CN111830297B - 一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，包括如下步骤：1)上电初始化；2)对电能表的输出功率进行采样，如果功率大于第一预设值，进入步骤3)，否则进入步骤4)；执行常规的计量功能，回到步骤2)；4)将采样到的功率与第二预设值进行比较，如果连续采样到N次小于第二预设值，进入步骤5)；5)进入工频磁场判定流程，每秒采样电能表的电压电流功率数据，设定一个统计周期，每个统计周期结束后，进入步骤6)；6)根据上一个统计周期采样的功率，判断上一个统计周期的工频磁场状态，如果判定处于工频磁场状态进入步骤7)；7)在确定上一个统计周期内、电能表处于工频磁场状态下，将当前而来的脉冲信号屏蔽。

Description

一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，生产生活的自动化智能化越来越被人们依赖，而这些都离不开对电力的需求。电力终端作为电网终端的一环，规模也在不断扩大。而电能表是一种非常重要的电力终端。

国网2013年新标准《单相智能电能表技术规范》对0.5mT工频磁场无负载要求：电能表处于工作状态，电流线路无电流，将其放置在0.5mT工频磁场干扰中，电能表的测试输出不应产生多于一个的脉冲。在高精密设备如电能表的设计中，因电能信号的采样精确到毫伏级，微小的磁场波动也可能引起计量的失准，故而必须对磁场进行深入的研究，以屏蔽其干扰。

现有的磁场屏蔽方式主要从锰铜采样方面入手，有两种方式：1)改变取样信号线的焊接位置，使感应电压相互抵消；2)改变采样信号线的缠绕方式，两根信号线未绕紧情况下，线与线之间有缝隙，当电能表处于磁场环境中，磁感线穿过两根线间缝隙，导线上会出现感应电压，干扰采样信号；两根导线绕紧后，线与线间缝隙可以忽略，感应电压大大减小，提高了电能表误差稳定性。如申请号为201310008166.3的中国专利公开的抗干扰的智能电能表，或者如申请号为201810282319.6的中国专利公开的一种锰铜分流器。

采用如上方式在用电功率大于10w的情况下，磁场感应影响基本可忽略不计。而实际按照电能表技术规范要求，单相电能表的起动电流为0.4％Ib(根据国南网智能电能表技术规范，Ib电流大小为5A，参比电压为220V，则启动功率为4.4w)。这样在小电流的情况下，就会存在磁场感应风险，造成误差偏差较大等情况，甚至在居民未用电的情况下，也会因磁电感应原理引起电能表“莫明”走字，从而影响正常使用，伤害使用者利益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，能够方便地检测磁场感应并屏蔽，避免造成计量误差。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)上电初始化，电能表上电后，默认开启工频磁场判定屏蔽；

2)对电能表的计量部分的输出功率进行采样，如果功率大于第一预设值，进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)执行常规的计量功能，回到步骤2)；

4)将采样到的功率与第二预设值进行比较，该第二预设值小于第一预设值，如果连续采样到N次小于第二预设值，进入步骤5)，否则重复本步骤；N为预先设定的容错值；

5)进入工频磁场判定流程，每秒采样电能表的电压电流功率数据，设定一个统计周期，每个统计周期结束后，首先判断上一个统计周期内的采样次数，如果小于N’，则不进行工频磁场判定，重复本步骤，否则进入步骤6)；N’为预先设定的最低采样次数；

6)根据上一个统计周期采样的功率，判断上一个统计周期的工频磁场状态，判断功率小于第二预设值的比率是否大于预设的比率，如果是，表示上一个统计周期内功率存在波动，初步判定处于工频磁场状态，进入步骤7)；如果不是，表示上一个统计周期内功率不存在波动，回到步骤5)；

7)在确定上一个统计周期内、电能表处于工频磁场状态下，将当前而来的脉冲信号屏蔽，不计入有效的电能值。

优选的，在步骤5)中，以一分钟作为一个统计周期。

优选的，为能确保正常计量有效电能，在步骤5)中，同时将采样的功率实时与第一预设值比较，一旦大于第一预设值，则回到步骤3)。

优选的，在步骤6)中，判断功率小于第二预设值的比率是否大于预设的比率，是指在一个统计周期内所采样的功率值中，小于第二预设值的功率的个数是否大于一定的数值，所述比率为小于预设值的功率的个数和采样次数的比值。

优选的，为避免仅通过功率采样导致误判，在电能表中设置有磁敏电阻采样电路，通过采样磁敏电阻的电压来进一步确认是否处于工频磁场状态。

优选的，所述磁敏电阻采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻为磁敏电阻，所述第一电阻的一端接地、另一端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端连接到供电电源。

优选的，确保工频磁场判定的准确性，当步骤6)初步判定处于工频磁场状态进入步骤7)之前，采样第一电阻两端的电压值，然后判断是否大于电压预设值，来进一步确认当前是否处于磁场环境，如果是，表示处于工频磁场状态，进入步骤7)；如果否，则表示不处于工频磁场状态，回到步骤5)。

进一步地，在步骤7)中，电能表同时记录相关事件记录，包括工频磁场状态进入时间、退出时间和处于工频磁场状态过程中的费率脉冲个数。

进一步地，电能表将相关记录通过通信通道传递到用电信息采集***，用电信息采集***通过通信通道抄读电能表监测到的工频磁场事件，定位故障电能表，排除故障。

所述通信通道为载波、RS485、红外或无线模块。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对采样功率进行判断，判定是否处于工频磁场状态，并对在工频磁场状态中产生的脉冲信号进行屏蔽，不计入有效的电能值，避免影响正常使用，伤害使用者利益；能够实现用户用电磁场环境监测、数据传输、能及时、快捷、准确的反馈电能表用电情况；同时通过磁敏电阻采样电路进一步确保工频磁场状态判定的准确性；能及时、快捷地获取用户现场异常状态，及时处理；有完整的工频事件记录，可根据费率脉冲，进行电量数据追溯。

附图说明

图1为本发明的方法所采用的磁场监测***的框图；

图2为0.5mT磁场环境功率一分钟采样数据参考变化图；

图3为本发明的方法所采用的磁敏电阻采样电路的示意图；

图4为本发明的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1，本发明要保护的是一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，利用电能表1、通信通道2和用电信息采集***3构成磁场监测***，磁场监测***的各组成部分均为现有技术，通信通道2主要包括：载波、RS485、红外、无线模块等。为确保磁场监测的准确性，电能表1中(主控制线路板上)还设置有磁敏电阻采样电路，参见图3，包括第一电阻RM1和第二电阻101，第一电阻RM1为磁敏电阻，第一电阻RM1的一端接地、另一端与第二电阻101的一端连接，第二电阻101的另一端连接到供电电源VCC，通过ADC采样第一电阻RM1两端的电压。通过电能表1的功率监测和磁敏电阻的电压监测，共同判断工频磁场的存在与否。

本发明的原理是，通过对0.5mT工频磁场环境的研究，在参比电压220V、不加电流的情况下，磁场感应信号的影响可直接体现在电能表1的计量芯片的输出功率有效值数据上，按一分钟统计，功率的波动情况可以参见图2，其中横坐标为时间，纵坐标为功率。

按国南网技术规范，单相智能电能表的起动功率为4.4W，考虑到计量芯片精度等因素，常规计量芯片内部防潜设置在起动功率的70％，即3W以下不累积入计量芯片电能量寄存器中。在0.5mT磁场环境下，功率存在波动，必然有部分能量累积计入到计量芯片电能量寄存器中，当累计的电能量达到一定值时，就会造成电能表处脉冲走字的现象。

正常的起动试验，电能表所表现的功率值基本稳定在4.4w上下，与0.5mT磁场环境下的功率波动存在较大差异，由此可以识别电能表的用电环境。

本发明的防干扰的方法，包括如下步骤：

1)上电初始化，电能表1上电后，默认开启工频磁场判定屏蔽，屏蔽小信号电流、功率、屏蔽出脉冲，防止上电过程中电流冲击，过早进入工频磁场判定流程；

2)对电能表1的计量部分的输出功率(如1秒1次)进行采样，如果功率大于第一预设值，如10W，进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)执行常规的计量功能：将采样到的功率作为有效的功率进行保存，并通过累计获得有效的电能值；回到步骤2)；

4)将采样到的功率与第二预设值进行比较，如3W，该第二预设值小于第一预设值，如果连续采样到N次小于第二预设值，进入步骤5)，否则重复本步骤；N为预先设定的容错值，可以为大于等于1的自然数；

5)进入工频磁场判定流程，每秒采样电能表1的电压电流功率数据，以一分钟作为一个统计周期，每个统计周期结束后，首先判断上一个统计周期内的采样次数，如果小于N’，则不进行工频磁场判定，重复本步骤，否则进入步骤6)；N’为预先设定的最低采样次数，为不大于60的自然数，在本实施例中，优选的为20；这是因为在上电后进行采样时，每分钟的计时是不变的，而进入采样的时间是可变的，可能从一分钟的如58s开始***进行采样，则该统计周期内的采样次数过少，容易导致误差，失去统计意义，因此不予进行统计；在本步骤中，同时将采样的功率实时与第一预设值比较，一旦大于第一预设值，则回到步骤3)；

6)根据上一个统计周期采样的功率，判断上一个统计周期的工频磁场状态，判断功率小于第二预设值的比率是否大于预设的比率，即在一分钟内所采样的功率值中，小于第二预设值的功率的个数是否大于一定的数值，该比率即为小于预设值的功率的个数和采样次数的比值，如优选的为80％，如果是，表示上一分钟内功率存在波动，即初步判定处于工频磁场状态，进入步骤7)；如果不是，表示上一分钟内功率不存在波动，回到步骤5)；

7)通过ADC采样第一电阻RM1两端的电压值，然后判断是否大于电压预设值，来进一步确认当前是否处于磁场环境，如果是，表示处于工频磁场状态，进入步骤8)；如果否，则表示不处于工频磁场状态，回到步骤5)；

8)在确定上一个统计周期内、电能表1处于工频磁场状态下，将当前而来的脉冲信号屏蔽，不计入有效的电能值，同时记录相关事件记录，包括状态进入时间、退出时间，过程中的费率脉冲个数；将相关记录通过通信通道2传递到用电信息采集***3；

9)用电信息采集***3通过通信通道2抄读电能表1监测到的工频磁场事件，定位故障电能表1，排除故障，即及时维护、纠正异常。

当确定进入工频磁场状态时，电能表1与用电采集***3通过通信通道2实现数据交互，能够实时的将电能表1现场检测到的异常事件和报警信号传递给用电信息采集***3。

在上述过程中，默认电能表1处于工频防强磁状态。

Claims (10)

1.一种电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)上电初始化，电能表(1)上电后，默认开启工频磁场判定屏蔽；

2)对电能表(1)的计量部分的输出功率进行采样，如果功率大于第一预设值，进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)执行常规的计量功能，回到步骤2)；

4)将采样到的功率与第二预设值进行比较，该第二预设值小于第一预设值，如果连续采样到N次小于第二预设值，进入步骤5)，否则重复本步骤；N为预先设定的容错值；

5)进入工频磁场判定流程，每秒采样电能表(1)的电压电流功率数据，设定一个统计周期，每个统计周期结束后，首先判断上一个统计周期内的采样次数，如果小于N’，则不进行工频磁场判定，重复本步骤，否则进入步骤6)；N’为预先设定的最低采样次数；

6)根据上一个统计周期采样的功率，判断上一个统计周期的工频磁场状态，判断功率小于第二预设值的比率是否大于预设的比率，如果是，表示上一个统计周期内功率存在波动，初步判定处于工频磁场状态，进入步骤7)；如果不是，表示上一个统计周期内功率不存在波动，回到步骤5)；

7)在确定上一个统计周期内、电能表(1)处于工频磁场状态下，将当前而来的脉冲信号屏蔽，不计入有效的电能值。

2.根据权利要求1所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：在步骤5)中，以一分钟作为一个统计周期。

3.根据权利要求1所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：在步骤5)中，同时将采样的功率实时与第一预设值比较，一旦大于第一预设值，则回到步骤3)。

4.根据权利要求1所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：在步骤6)中，判断功率小于第二预设值的比率是否大于预设的比率，是指在一个统计周期内所采样的功率值中，小于第二预设值的功率的个数是否大于一定的数值，所述比率为小于预设值的功率的个数和采样次数的比值。

5.根据权利要求1所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：在电能表(1)中设置有磁敏电阻采样电路，通过采样磁敏电阻的电压来进一步确认是否处于工频磁场状态。

6.根据权利要求5所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：所述磁敏电阻采样电路包括第一电阻(RM1)和第二电阻(101)，所述第一电阻(RM1)为磁敏电阻，所述第一电阻(RM1)的一端接地、另一端与第二电阻(101)的一端连接，所述第二电阻(101)的另一端连接到供电电源(VCC)。

7.根据权利要求5所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：当步骤6)初步判定处于工频磁场状态进入步骤7)之前，采样第一电阻(RM1)两端的电压值，然后判断是否大于电压预设值，来进一步确认当前是否处于磁场环境，如果是，表示处于工频磁场状态，进入步骤7)；如果否，则表示不处于工频磁场状态，回到步骤5)。

8.根据权利要求1所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：在步骤7)中，电能表(1)同时记录相关事件记录，包括工频磁场状态进入时间、退出时间和处于工频磁场状态过程中的费率脉冲个数。

9.根据权利要求8所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：电能表(1)将相关记录通过通信通道(2)传递到用电信息采集***(3)，用电信息采集***(3)通过通信通道(2)抄读电能表(1)监测到的工频磁场事件，定位故障电能表(1)，排除故障。

10.根据权利要求9所述的电能表0.5mT工频磁场下防干扰的方法，其特征在于：所述通信通道(2)为载波、RS485或无线模块。

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