CN112526443A - 一种电能表误差自检测功能的测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电能表误差自检测功能的测试装置，包括功率源模块、标准表、故障模拟控制板、电能表核心板和PC机软件；PC机软件通过串口控制功率源模块产生电压信号和电流信号，并经过故障模拟控制板输入电能表核心板中，PC机软件通过串口控制所述故障模拟控制板产生故障模拟信号，并通过串口获取所述标准表的干扰信号数据，分析故障模拟信号输入后所述电能表核心板产生的计量偏差。本申请通过故障模拟控制板集成了多个故障模拟电路，分别能够模拟电能表核心板的计量电路部分出现的多种故障，以实现对电能表误差自检测功能的全面测试，并且能够评估出电能表误差自检测所能够检测到的误差精度，从而实现对电能表误差自检测功能的自动测试。

Description

一种电能表误差自检测功能的测试装置

技术领域

本申请涉及电能表误差自检测功能测试技术领域，尤其涉及一种电能表误差自检测功能的测试装置。

背景技术

电能表误差自检测功能是智能电能表通过设置自检测芯片自带的一种自检功能，该功能通过自检芯片内部提供标准源，与实际要采样的电流电压源进行叠加，经过传感器后通过ADC采样，提取出自检测信号，根据自检测信号幅值和相位进行计算。

现有技术中，针对电能表误差自检测功能的检测，提出了三种检测方法，第一种是常规的电能表校验装置，可以检测到电能表的精度，但是不能模拟电能表器件参数变化导致的误差改变；第二种是在电能表校验台上内置火线、零线电流旁路电路，可以模拟锰铜、电流互感器的改变，但是只能模拟火线、零线电流旁路；第三种是是通过在火线进出端并联导线、手工改变电能表线路上的器件参数来验证电能表是否具备误差自检测功能，可以模拟所有器件参数的改变，以及其能够检测的误差精度，但是需要耗费大量的人工成本和检测时间，不能自动完成测试过程。并且现有技术中的测试方法得到的检测数据不标准，不能自动模拟所有器件参数的改变，也不能适应不同规格型号的电能表，适用性较差。

发明内容

本申请提供了一种电能表误差自检测功能的测试装置，以解决现有技术中存在的不能自动完成测试过程，得到的检测数据不标准，不能自动模拟所有器件参数的改变，也不能适应不同规格型号的电能表，适用性较差的问题。

本申请提供一种电能表误差自检测功能的测试装置，包括：

功率源模块、标准表、故障模拟控制板、电能表核心板和PC机软件；

其中，所述功率源模块用于产生电压信号和电流信号；

所述标准表用于测量干扰信号数据；

所述故障模拟控制板用于产生故障模拟信号；

所述电能表核心板通过接口与所述故障模拟控制板连接；

所述PC机软件通过串口控制所述功率源模块产生电压信号和电流信号，并经过所述故障模拟控制板输入所述电能表核心板中，所述PC机软件通过串口控制所述故障模拟控制板产生故障模拟信号，并通过串口获取所述标准表的干扰信号数据，分析所述故障模拟信号输入后所述电能表核心板产生的计量偏差。

在本申请的较佳实施例中，所述故障模拟板包括时钟异常模拟电路、火线锰铜开路模拟电路、火线锰铜旁路模拟电路、零线电流互感器旁路模拟电路、零线电流互感器开路模拟电路、电压采样回路异常模拟电路、参考电压异常模拟电路和通信接口电路以及控制器，所述控制器通过所述通信接口电路接收所述PC机软件的指令，并控制所述各个模拟电路的实现上开关的闭合或断开，完成不同模拟电路之间的切换。

在本申请的较佳实施例中，所述时钟异常模拟电路通过所述控制器控制开关K2闭合，晶体振荡器的输出端增加负载，使得所述晶体振荡器无法正常输出，模拟所述电能表核心板的计量电路时钟异常。

在本申请的较佳实施例中，所述火线锰铜开路模拟电路通过所述控制器控制开关K1断开，锰铜MR5上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的锰铜电流信号，模拟火线锰铜开路。

在本申请的较佳实施例中，所述火线锰铜旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K3闭合，火线电流将通过所述开关K3所在支路的电流分流出一部分锰铜电流，所述电能表核心板的计量电路采集的锰铜电流信号减少，模拟火线锰铜旁路。

在本申请的较佳实施例中，所述零线电流互感器旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K7闭合，零线电流将通过所述开关K7所在支路的电流分流出一部分电流互感器电流，所述电能表核心板的计量电路采集的电流互感器电流信号减少，模拟零线电流互感器旁路。

在本申请的较佳实施例中，所述电流互感器开路模拟电路通过所述控制器控制开关K11断开，电流互感器MT1上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的电流互感器电流信号，模拟电流互感器开路。

在本申请的较佳实施例中，所述参考电压异常模拟电路由开关K14和负载组成，通过向所述电能表核心板的计量电路的参考电压施加短时负载，使得所述参考电压发生改变，模拟参考电压异常。

在本申请的较佳实施例中，所述电压采样回路异常模拟电路由开关K13和负载组成，所述开关K13闭合时，接入所述负载，所述电压采样回路的电压采样信号幅度改变，使得所述电能表核心板的计量电路的电压改变，模拟电压采样回路异常。

在本申请的较佳实施例中，所述检测装置还能用于电压缓升缓降测试、频繁上下电测试以及漏电流测试；

其中，所述电压缓升缓降测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生电压缓升缓降信号；所述频繁上下电测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生频繁上下电信号；所述漏电流测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生不同的火线电流和零线电流，从而产生漏电流。

上述技术方案中，当零线端和火线端的电流不同时，火线和零线之间会产生漏电流，PC机软件通过串口获取被测电能表核心板的计量电路检测到的漏电流，从而评估电能表核心板检测的漏电流与实际产生的漏电流偏差，并给出精度。

本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置，相较于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本申请通过故障模拟控制板集成了时钟异常模拟电路、火线锰铜开路模拟电路、火线锰铜旁路模拟电路、零线电流互感器旁路模拟电路、零线电流互感器开路模拟电路、电压采样回路异常模拟电路、参考电压异常模拟电路等多个故障模拟电路，分别能够模拟电能表核心板的计量电路部分出现的时钟异常、火线锰铜开路、火线锰铜旁路、零线电流互感器旁路、电流互感器开路、参考电压异常以及电压采样回路异常等故障，以实现对电能表误差自检测功能的全面测试，并且能够评估出电能表误差自检测所能够检测到的误差精度，从而实现对电能表误差自检测功能的自动测试。

(2)本申请在模拟火线锰铜旁路和零线电流互感器旁路故障时，通过接入不容的负载电阻，引入不同的旁路电流，以便评估分析电能表核心板的计量电路能够测试到的旁路电流的精度。

(3)本申请通过电能表核心板，将关键信号引出到接口上，并通过该接口与故障模拟控制板连接，因此在电能表核心板的接口固定时，能够满足对于各种不同规格型号电能表的误差自检测功能的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的结构框图；

图2为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分电路示意图；

图3a为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的时钟异常模拟电路示意图；

图3b为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的火线锰铜开路模拟电路示意图；

图3c为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的火线锰铜旁路模拟电路示意图；

图3d为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的零线电流互感器旁路模拟电路示意图；

图3e为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的电流互感器开路模拟电路示意图；

图3f为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的参考电压异常模拟电路示意图；

图3g为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟部分中的电压采样回路异常模拟电路示意图；

图3h为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的电能表核心板中的计量部分电路示意图；

图4为本申请的一种电能表误差自检测功能的测试装置的故障模拟控制板的控制器部分和通信部分电路示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

实施例

参见图1，为一种电能表误差自检测功能的测试装置的结构框图。

如图1所示，本申请提供的一种用于模拟电能表误差自检测功能的检测装置，包括：

功率源模块、标准表、故障模拟控制板、电能表核心板和PC机软件；

其中，所述功率源模块用于产生电压信号和电流信号；

所述标准表用于测量干扰信号数据；

所述故障模拟控制板用于产生故障模拟信号；

所述电能表核心板通过接口与所述故障模拟控制板连接；

所述PC机软件通过串口控制所述功率源模块产生电压信号和电流信号，并经过所述故障模拟控制板输入所述电能表核心板中，所述PC机软件通过串口控制所述故障模拟控制板产生故障模拟信号，并通过串口获取所述标准表的干扰信号数据，分析所述故障模拟信号输入后所述电能表核心板产生的计量偏差。

如图2和图3a至图3h所示，图中的P1、P2、P3、P4、P5、P6和P7均为故障模拟控制板与电能表核心板之间的接口，二者通过排针和排座连接，且该接口为规定好的，以便能够完成对不同规格型号的电能表误差自检测功能的测试。

如图2至图4所示，在本实施例中，所述故障模拟板包括时钟异常模拟电路、火线锰铜开路模拟电路、火线锰铜旁路模拟电路、零线电流互感器旁路模拟电路、零线电流互感器开路模拟电路、电压采样回路异常模拟电路、参考电压异常模拟电路和通信接口电路以及控制器，所述控制器通过所述通信接口电路接收所述PC机软件的指令，并控制所述各个模拟电路的实现上开关的闭合或断开，完成不同模拟电路之间的切换。

如图4所示，在本实施例中，所述控制器为图4中的U1，采用STM32芯片，所述通信接口电路为图4中的以U4为核心所构建的RS485通信接口电路。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述时钟异常模拟电路通过所述控制器控制开关K2闭合，晶体振荡器的输出端增加负载，使得所述晶体振荡器无法正常输出，模拟所述电能表核心板的计量电路时钟异常。

如图3a、图3h和图2所示，在本实施例中，时钟异常模拟电路主要包括开关K2和负载R1，负载R1通过接口P1连接电能表核心板的计量电路，用于模拟晶体振荡器异常，时钟缺失的故障。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述火线锰铜开路模拟电路通过所述控制器控制开关K1断开，锰铜MR5上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的锰铜电流信号，模拟火线锰铜开路。

如图2、图3b、图3h所示，在本实施例中，火线锰铜开路模拟电路主要包括开关K1，开关K1通过接口P2连接电能表核心板的计量电路中的锰铜MR5和防飞走电阻MR3，初始状态下，开关K1为闭合状态，电能表核心板的计量电路能够正常采集锰铜MR5上的电压(等效为通过电能表的电流)，模拟火线锰铜开路故障需要通过控制器STM32控制开关K1断开实现。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述火线锰铜旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K3闭合，火线电流将通过所述开关K3所在支路的电流分流出一部分锰铜电流，所述电能表核心板的计量电路采集的锰铜电流信号减少，模拟火线锰铜旁路。

如图2、图3c、图3h所示，在本实施例中，火线锰铜旁路模拟电路主要包括开关K3、K4、K5、K6、R2、R3、R4、R5以及火线电流检测电路，其中，K3与R2串联为一条支路，K4与R3串联为一条支路，K5与R4串联为一条支路，K6与R5串联为一条支路，并且上述多个支路并联之后与火线电流检测电路串联，通过P3接口与电能表核心板的计量电路中的锰铜采样电阻连接，R2、R3、R4、R5与电能表核心板计量电路中的锰铜采样电阻，即图2中的MR5配合，用于模拟锰铜旁路电流1％、2％、5％和10％，火线电流检测电路用于测量实际旁路时带入的旁路电流值，用于评估电能表在加入多少旁路电流时能检测到故障。

需要特别说明的是，在本实施例中，虽然仅列举出R2、R3、R4、R5四个不同阻值负载，但是在实际使用时，负载的个数可以根据需要模拟的旁路电流大小而选择；例如电能表核心板的计量电路中的锰铜采样电阻，即MR5的阻值为200uΩ，当旁路电流1％时，旁路电阻约等于(1÷1％)*200uΩ＝20mΩ，当旁路2％电流时，旁路电阻约等于(1÷2％)*200uΩ＝10mΩ，当旁路5％电流时，旁路电阻约等于(1÷5％)*200uΩ＝4mΩ，当旁路10％电流时，旁路电阻约等于(1÷10％)*200uΩ＝2mΩ。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述零线电流互感器旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K7闭合，零线电流将通过所述开关K7所在支路的电流分流出一部分电流互感器电流，所述电能表核心板的计量电路采集的电流互感器电流信号减少，模拟零线电流互感器旁路。

如图2、图3d、图3h所示，在本实施例中，零线电流互感器旁路模拟电路主要包括开关K7、K8、K9、K10、R6、R7、R8、R9以及零线电流检测电路，其中，K7与R6串联为一条支路，K8与R7串联为一条支路，K9与R8串联为一条支路，K10与R9串联为一条支路，并且上述多个支路并联之后与零线电流检测电路串联，通过P4接口与电能表核心板的计量电路中的电流互感器连接，R6、R7、R8、R9与电能表核心板计量电路中的电流互感器，即MT1配合，用于模拟电流互感器旁路电流1％、2％、5％和10％，零线电流检测电路用于测量实际旁路时带入的旁路电流值，用于评估电能表在加入多少旁路电流时能检测到故障。

需要特别说明的是，在本实施例中，虽然仅列举出R6、R7、R8、R9四个不同阻值负载，但是在实际使用时，负载的个数可以根据需要模拟的旁路电流大小而选择。

例如电能表核心板的计量电路中的电流互感器，即MT1的原边阻抗为200uΩ，当旁路电流1％时，旁路电阻约等于(1÷1％)*200uΩ＝20mΩ，当旁路2％电流时，旁路电阻约等于(1÷2％)*200uΩ＝10mΩ，当旁路5％电流时，旁路电阻约等于(1÷5％)*200uΩ＝4mΩ，当旁路10％电流时，旁路电阻约等于(1÷10％)*200uΩ＝2mΩ。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述电流互感器开路模拟电路通过所述控制器控制开关K11断开，电流互感器MT1上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的电流互感器电流信号，模拟电流互感器开路。

如图2、图3e、图3h所示，电流互感器开路模拟电路主要包括开关K11，K11通过接口P5连接电能表核心板的计量电路中的电流互感器MT1和MR6，初始状态下，K11为闭合状态，电能表核心板的计量电路能够正常采集通过电流互感器MT1上的电压(等效为通过电能表的电流)，模拟电流互感器开路故障需要通过控制器STM32控制开关K11断开实现。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述参考电压异常模拟电路由开关K14和负载组成，通过向所述电能表核心板的计量电路的参考电压施加短时负载，使得所述参考电压发生改变，模拟参考电压异常。

如图2、图3f、图3h所示，参考电压异常模拟电路主要包括开关K11和负载R11，负载R11通过接口P7以及其他负载连接电能表核心板的计量电路中的MR13参考电压REF，当开关K11闭合时，向电能表核心板的计量电路中的参考电压施加一个短时负载R11，模拟参考电压异常。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述电压采样回路异常模拟电路由开关K13和负载组成，所述开关K13闭合时，接入所述负载，所述电压采样回路的电压采样信号幅度改变，使得所述电能表核心板的计量电路的电压改变，模拟电压采样回路异常。

如图2、图3g、图3h所示，电压采样回路异常模拟电路主要包括开关K12、K13和电容C1、负载R10，K12与C1串联为一条支路，K13与R10串联为一条支路，两个支路并联后通过接口P6及其他负载连接电能表核心板的计量电路的电压端，即MU1上的V3N和V3P端，在K13闭合时接入负载R10，改变其电压采样信号幅度，模拟电压采样回路异常故障，其他负载具体包括MR7、MR8、MR9、MR10、MR11，接口P6的两端分别为零线N端，接地AGND端，例如MR7、MR8、MR9、MR10的取值均为250KΩ，R10取值为250KΩ，MR11为1KΩ，如零线N端和接地AGND端之间输入220V交流电压信号，则当开关K13断开时，MU1的V3P端输出电压为220*1/1001＝0.21978V；当开关K13闭合时，MU1的V3P端输出电压为：(220*125/875)*(1/251)＝0.125V。

在上述具体实施方式的基础上，更进一步地，所述检测装置还能用于电压缓升缓降测试、频繁上下电测试以及漏电流测试；

其中，所述电压缓升缓降测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生电压缓升缓降信号；所述频繁上下电测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生频繁上下电信号；所述漏电流测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生不同的火线电流和零线电流，从而产生漏电流。

上述技术方案中，当零线端和火线端的电流不同时，火线和零线之间会产生漏电流，PC机软件通过串口获取被测电能表核心板的计量电路检测到的漏电流，从而评估电能表核心板检测的漏电流与实际产生的漏电流偏差，并给出精度。

需要特别说明的是，在本实施例中，图2至图4中的N代表零线端，L代表火线端，本实施例中的所有开关均为继电器，本实施例中仅描述了本申请技术方案主要的电路部分，关于本申请的电路图中的其他组成元器件以及本申请中未说明的电能表核心板的其他部分电路，本领域技术人员能够根据本申请所公开的技术方案结合本领域公知常识得出，因此不作赘述，但是未描述的相关元器件组成对本申请技术方案的保护范围并不构成限定。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，包括：

功率源模块、标准表、故障模拟控制板、电能表核心板和PC机软件；

其中，所述功率源模块用于产生电压信号和电流信号；

所述标准表用于测量干扰信号数据；

所述故障模拟控制板用于产生故障模拟信号；

所述电能表核心板通过接口与所述故障模拟控制板连接；

所述PC机软件通过串口控制所述功率源模块产生电压信号和电流信号，并经过所述故障模拟控制板输入所述电能表核心板中，所述PC机软件通过串口控制所述故障模拟控制板产生故障模拟信号，并通过串口获取所述标准表的干扰信号数据，分析所述故障模拟信号输入后所述电能表核心板产生的计量偏差。

2.根据权利要求1所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述故障模拟板包括时钟异常模拟电路、火线锰铜开路模拟电路、火线锰铜旁路模拟电路、零线电流互感器旁路模拟电路、零线电流互感器开路模拟电路、电压采样回路异常模拟电路、参考电压异常模拟电路和通信接口电路以及控制器，所述控制器通过所述通信接口电路接收所述PC机软件的指令，并控制所述各个模拟电路的实现上开关的闭合或断开，完成不同模拟电路之间的切换。

3.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述时钟异常模拟电路通过所述控制器控制开关K2闭合，晶体振荡器的输出端增加负载，使得所述晶体振荡器无法正常输出，模拟所述电能表核心板的计量电路时钟异常。

4.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述火线锰铜开路模拟电路通过所述控制器控制开关K1断开，锰铜MR5上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的锰铜电流信号，模拟火线锰铜开路。

5.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述火线锰铜旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K3闭合，火线电流将通过所述开关K3所在支路的电流分流出一部分锰铜电流，所述电能表核心板的计量电路采集的锰铜电流信号减少，模拟火线锰铜旁路。

6.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述零线电流互感器旁路模拟电路通过所述控制器控制开关K7闭合，零线电流将通过所述开关K7所在支路的电流分流出一部分电流互感器电流，所述电能表核心板的计量电路采集的电流互感器电流信号减少，模拟零线电流互感器旁路。

7.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述电流互感器开路模拟电路通过所述控制器控制开关K11断开，电流互感器MT1上的输出信号断开，所述电能表核心板的计量电路采集不到正确的电流互感器电流信号，模拟电流互感器开路。

8.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述参考电压异常模拟电路由开关K14和负载组成，通过向所述电能表核心板的计量电路的参考电压施加短时负载，使得所述参考电压发生改变，模拟参考电压异常。

9.根据权利要求2所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述电压采样回路异常模拟电路由开关K13和负载组成，所述开关K13闭合时，接入所述负载，所述电压采样回路的电压采样信号幅度改变，使得所述电能表核心板的计量电路的电压改变，模拟电压采样回路异常。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种电能表误差自检测功能的测试装置，其特征在于，所述检测装置还能用于电压缓升缓降测试、频繁上下电测试以及漏电流测试；

其中，所述电压缓升缓降测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生电压缓升缓降信号；所述频繁上下电测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生频繁上下电信号；所述漏电流测试通过所述PC机软件控制所述功率源模块，产生不同的火线电流和零线电流，从而产生漏电流。

Images