CN103293374A

CN103293374A - 一种三相电子互感器接入式电能表及其计量方法

Info

Publication number: CN103293374A
Application number: CN2013102194011A
Authority: CN
Inventors: 陈永山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明提供一种三相电子互感器接入式电能表及其计量方法，所述方法是三相电网中A、B、C相每相各接入一个电阻分压式电子式电压互感器和一个电子式电流互感器，组成三元件电子互感器的电网参数检测单元，然后电子互感器二次侧输出的模拟量电压信号接入三相智能电能表进行电能计量。由于本发明提供的电子互感器接入式三相智能电能表采用三相四线三元件的计量模式，彻底的解决了三相三线两元件在不平衡负载情况下的错误计量的问题，同时也解决了窃电漏洞问题，实现了高精度、高可靠的计量。

Description

一种三相电子互感器接入式电能表及其计量方法

技术领域：

本发明属于电能计量领域，具体涉及用于计量电子互感器二次侧输出的弱电压模拟量信号的智能电能表，是一种新型计量模式的电能表。

背景技术：

在三相电网中，尤其是在6kV、10kV、35kV中低压电网的计量***采集一次侧电网参数时，电子互感器采用电阻分压原理，运用公司自主知识产权的纳米导电材料，比传统电磁互感器功耗更低、体积重量更小、自身的材料损耗更少、而且更安全，因此使用电子互感器可以做到节能降损和节约属于国家战略资源的铜、铁材料。

电子互感器计量方案有整体计量的方案，即电子互感器和计量电能表为一整体的计量方案。这种模式局限性很大，若电子互感器或计量电能表中有一个损坏，则必须整体更换。整体计量方案必须进行整体精度校验，导致生产工艺复杂，操作不安全；另外整体计量方案也很难实现供电部门进行定期的检验复查。

在传统的计量模式里还有三相三线两元件计量方式，在不平衡负载时计量是错误的。现实中的电网负载是不可能平衡的，因此三相三线两元件计量方式有很多的局限性，同时也存在很多的窃电漏洞。

发明内容：

本发明的目的是提供一种适用于电子互感器的高精度三相智能电能表及其计量方法，能够解决三相三线两元件在不平衡负载情况下的错误计量的问题，并能够使电子互感器得到广泛的推广和应用，为国家电网节能降损和节约国家的铜、铁这些战略资源做出积极贡献。

本发明提供一种电子互感器接入式三相智能电能表，所述三相智能电能表与电子互感器是独立的，所述电能表采用三相四线制的计量模式；

进一步地，所述电子互感器二次侧A、B、C三相的电压、电流信号线及中性线以三相四线信号模式接入所述电能表；

进一步地，所述电子互感器包括电子式电压互感器和电子式电流互感器；

进一步地，所述电子式电压互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Vna 、Vnb、 Vnc、VN，其中Vna 、Vnb、 Vnc三个信号的额定电压值为2/

V或者4/

V, 所述电子式电流互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Inva 、Invb 、Invc、VN，其中Inva 、Invb 、Invc三个信号的额定电压值为4V；

进一步地，所述电能表包括电压跟随器、电能计量芯片、微处理器、显示单元、存储单元、通信单元；其中所述电压跟随器的输入端连接电子互感器二次侧输出端，所述电压跟随器的输出端连接至所述电能计量芯片的输入端，所述电能计量芯片的输出端连接至所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端连接至所述显示单元、存储单元和通信单元；

进一步地，所述电压跟随器为2片或3片；

进一步地，所述电压跟随器的供电电压为±12V以上；

本发明还提供一种电子互感器接入式电能计量方法，所述方法是三相电网中A、B、C相每相各接入一个电阻分压式电子式电压互感器和一个电子式电流互感器，组成三元件电子互感器的电网参数检测单元，然后电子互感器二次侧输出的模拟量电压信号接入三相智能电能表进行电能计量；

进一步地，所述方法包括以下步骤：

1）通过电子式电压互感器将高电压信号转换成低电压信号；

2）通过电子式电流互感器将大电流信号转换成小电流信号；

3）将上述低电压和小电流信号和参考信号一起输入电能表的电压跟随器；

4）所述电压跟随器对上述弱电压信号进行处理后输出至电能计量芯片；

5）电能计量芯片进行AD转换及计算，得到相应的计量数据；

6）微处理器通过SPI总线控制和读取这些计量数据并进行分析，将分析后的数据通过LCD显示，并将相关的数据存储在EEPROM和FLASH存储芯片里，通过USART通信方式和后台管理***进行通信。

本发明的优点是：

1）本发明提供的电子互感器接入式三相智能电能表是独立于电子互感器的计量装置。它是在弱电压条件下进行生产和单独校准，生产工艺类似于传统电能表的生产工艺，所述三相智能电能表独立于电子互感器，方便供电部门进行定期检验和复查，因此实用性很强。

2）本发明提供的电子互感器接入式三相智能电能表采用三相四线三元件的计量模式，彻底的解决了三相三线两元件在不平衡负载情况下的错误计量的问题，同时也解决了窃电漏洞问题，实现了高精度、高可靠的计量。

附图说明：

图1是本发明的电能表的***结构示意图；

图2(a)、图2(b)分别是本发明中的电压跟随器与电流互感器、电压互感器的连接的原理图；

图3是本发明中三相四线经电子式电压、电流互感器接入式的典型接线图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

参见图1，本发明提供一种电子互感器接入式三相智能电能表，所述电能表包括电压跟随器、电能计量芯片、微处理器、显示单元、存储单元、通信单元。其中电压跟随器的输入端连接电子互感器二次侧输出端，电子互感器二次侧输出的模拟量信号均是弱电压形式，为了保证弱电压模拟量信号进行AD转换处理时不失真，电能表使用电压跟随器对此弱电压信号进行处理；电压跟随器的输出端连接至电能计量芯片的输入端，电压跟随器处理后的模拟量电压信号输出给电能计量芯片，由电能计量芯片进行AD转换及计算，得到相应的计量数据，电能计量芯片的输出端连接至微处理器的输入端，微处理器的输出端分别接显示单元、存储单元和通信单元，微处理器通过SPI总线控制和读取这些计量数据并进行分析，微处理器将分析后的数据通过LCD显示，并将相关的数据存储在EEPROM和FLASH存储芯片里，微处理器通过USART通信方式和后台管理***进行通信，从而实现了电子互感器输出的电压模拟量信号的计量和智能化操作。

其中三相电网中A、B、C相每相各接入一个电阻分压式电子式电压互感器和一个电子式电流互感器，组成三元件电子互感器的电网参数检测单元，然后电子互感器二次侧输出的模拟量电压信号接入电能表进行计量。每个电子互感器二次侧输出的信号参考点连接起来做为中性线，将电子互感器二次侧A、B、C三相的电压、电流信号线及中性线以三相四线信号模式接入电能表，电能表用三相四线计量模式进行计量。电压互感器的通过分压在二次端侧产生一个与一次端侧电压V1相对应的电压V2：V2=K*V1，其中，K为电压变比；电流互感器二次端侧的电压V2’=K’*I1*R，其中I1为一次端侧的电流，K’为变流比，R为高精度小电阻。采用三相四线计量模式可以解决传统的三相三线计量模式在不平衡负载情况下出现错误计量的问题。这是因为三相四线电路中,如果由于三相负载不平衡,导致三相电流的向量和不等于零,即Ia+Ib+IC＝0≠0，这部分电流就会流过中性线的电流，即为零序分量。

所述三相四线计量的方法包括以下步骤：

1）通过电子式电压互感器将高电压信号转换成低电压信号；

2）通过电子式电流互感器将大电流信号转换成小电流信号；

3）将上述信号与参考信号一起输入电能表的电压跟随器；

4）电压跟随器对上述弱电压信号进行处理后输出至电能计量芯片；

5）电能计量芯片进行AD转换及计算，得到相应的计量数据；

如图1，图2所示，电子互感器输出的Vna 、Vnb、 Vnc、 Inva 、

Invb、Invc、VN是电子式电压互感器和电子式电流互感器二次侧输出的弱电压模拟量信号，其中VN是组成三相四线制的中性线。三相电能表测量电阻分压式电子式电压互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Vna 、Vnb、 Vnc、VN，其中Vna 、Vnb、 Vnc三个信号参考VN的额定电压值为2/

V或者4/V, 三相电能表测量电子式电流互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Inva 、Invb 、Invc、VN，其中Inva 、Invb 、Invc三个信号参考VN的额定电压值为4V。

由于电子互感器二次输出均是弱电压模拟量信号，因此使用电压跟随器进行信号处理，采用上述的额定电压值输出适合本发明中的电压跟随器的输入，如果太大的话，由于电压跟随器放大器末级的工作电流变化太大，失真度比较难以保证，并且上述电压值是参考中性线VN的电压，在负载不平衡的状态下易于得到精确的计量值；处理后的电压模拟量信号进入ATT7022电能计量芯片进行计量换算，得到相应的电量数据和电网模拟量数据，这些数据通过SPI总线传输给微处理器进行数据分析、显示、通信、存储等智能化操作。

弱电压模拟量信号接入电能表，电能表使用电压跟随器对信号进行处理，因为有6路输入信号，所以需要使用集成4个通道的电压跟随器2片，或集成2通道的电压跟随器3片。考虑到电子互感器可能过载的情况，比如电子式电流互感器1倍过载后二次侧会输出8V信号，因此电压跟随器使用的供电电压应为±12V以上。

电压跟随器处理完输入信号后，电能表对此信号进行相应的降压处理，使信号满足ATT7022电能计量芯片AD口的转换要求。

本发明提供的电子互感器接入式三相智能电能表是独立于电子互感器的计量装置。它是在弱电压条件下进行生产和单独校准，生产工艺类似于传统电能表的生产工艺，所述三相智能电能表独立于电子互感器，方便供电部门进行定期检验和复查，因此实用性很强；并且本发明提供的电子互感器接入式三相智能电能表采用三相四线三元件的计量模式，彻底解决了三相三线两元件在不平衡负载情况下的错误计量的问题，同时也解决了窃电漏洞问题，实现了高精度、高可靠的计量。

以上内容是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电子互感器接入式三相智能电能表，其特征在于，所述三相智能电能表与电子互感器是独立的，所述电能表采用三相四线制的计量模式。

2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述电子互感器二次侧A、B、C三相的电压、电流信号线及中性线以三相四线信号模式接入所述电能表。

3.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述电子互感器包括电子式电压互感器和电子式电流互感器。

4.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述电子式电压互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Vna 、Vnb、 Vnc、VN，其中Vna 、Vnb、 Vnc三个信号的额定电压值为2/

V或者4/

V, 所述电子式电流互感器二次侧输出的模拟量电压信号是Inva 、Invb 、Invc、VN，其中Inva 、Invb 、Invc三个信号的额定电压值为4V。

5.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述电能表包括电压跟随器、电能计量芯片、微处理器、显示单元、存储单元、通信单元；其中所述电压跟随器的输入端连接电子互感器二次侧输出端，所述电压跟随器的输出端连接至所述电能计量芯片的输入端，所述电能计量芯片的输出端连接至所述微处理器的输入端，所述微处理器的输出端连接至所述显示单元、存储单元和通信单元。

6.根据权利要求5所述的电能表，其特征在于，所述电压跟随器为2片或3片。

7.根据权利要求6所述的电能表，其特征在于，所述电压跟随器的供电电压为±12V以上。

8.一种电子互感器接入式电能计量方法，其特征在于，所述方法是三相电网中A、B、C相每相各接入一个电阻分压式电子式电压互感器和一个电子式电流互感器，组成三元件电子互感器的电网参数检测单元，然后电子互感器二次侧输出的模拟量电压信号接入三相智能电能表进行电能计量。

9.根据权利要求8所述的电能计量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）通过电子式电压互感器将高电压信号转换成低电压信号；

2）通过电子式电流互感器将大电流信号转换成小电流信号；

5）电能计量芯片进行AD转换及计算，得到相应的计量数据；

6）微处理器通过SPI总线控制和读取这些计量数据并进行

分析，将分析后的数据通过LCD显示，并将相关的数据存储在EEPROM和FLASH存储芯片里，通过USART通信方式和后台管理***进行通信。