CN211955652U - 一种配变终端功耗测量电路及配变终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种配变终端功耗测量电路及配变终端，属于配变终端智能化技术领域，包括电压功耗测量电路和/或电流功耗测量电路；电压功耗测量电路包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器；所述第一计量芯片，用于根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗；所述电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片，所述第二计量芯片，用于根据采集的配变终端三相电流的各相电压结合施加电流计算各相的电流功耗，解决配变终端功耗检测过程需要反复接线、精度差、效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种配变终端功耗测量电路及配变终端，属于配变终端智能化技术领域。
背景技术
智能配变终端(TTU)主要用于农网智能型低压配电箱内，终端采用GPRS/CDMA数据通讯方式，以公共的GSM移动通信网络为载体，辅助以现场RS485总线、红外线等通讯方式，将农网配电箱内的断路器、剩余电流漏电动作断路器、无功补偿投切状态、配电变压器工况、计量电能表等为主要控制管理对象，对相关的用电信息进行监测，实现供用电监测、控制和管理，具有远程抄表、用电异常信息报警、负荷管理与控制等多种功能。是电力企业实现配电变压器工况监测和用电管理现代化的首选设备，也是实现需求侧管理的一个重要手段。
在智能配变终端产品产业化关键技术研究过程中，智能配变终端(TTU)的功耗测量是检测项目的常规检测项目，检验装置根据厂家不同，一般有6位、12位的检验装置。现有智能配变终端(TTU)的功耗检测通常有电压功耗检测和电流功耗检测两种，一般需要外接毫伏电压表和交流毫安电流表分别对这两个指标进行测试，且需要每相分别测试，这就导致了在生产测试时，需要反复接线；而且，每次测试的测试位置，接触电阻都会对结果有相因测量误差的引入，造成测量结果不准确，使得批量生产、检验效率非常低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种配变终端功耗测量电路及配变终端，以解决配变终端功耗检测过程需要反复接线、精度差、效率低的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：本实用新型提供了一种配变终端功耗测量电路，包括电压功耗测量电路和/或电流功耗测量电路；
所述电压功耗测量电路包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器；
所述电流互感器的一次侧采样连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片；
所述电压互感器的原边通过每相对应的第一分压电路连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片；
所述第一计量芯片，用于根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗；
所述电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片，所述第二分压电路采样连接所述配变终端三相电流的对应相线路，所述第二分压电路还连接所述第二计量芯片；
所述第二计量芯片，用于根据采集的配变终端三相电流的各相电电压结合施加电流计算各相的电流功耗。
本实用新型通过设计一种配变终端功耗测量电路，通过计量芯片和对应相的电压、电流传感器采样三相电压中的各相电压、电流信息，并计算得到电压功耗，和/或通过计量芯片和对应相的分压电路获取三相电流中的各相电流，从而计算得到对应各相的电流功耗。通过该功耗测量电路，只需要一次接线，就能实现三相的功耗的全部检测，有效减少了接线次数，同时在检测过程中，电压电流信息同时同步测量，有效减少了功耗测量误差，提高了批量生产、检验的效率。
进一步的，还包括MCU，所述MCU采样连接所述第一计量芯片和所述第二计量芯片，并控制连接所述所述第一计量芯片和所述第二计量芯片的使能端，用于根据测试需求选通对应的计量芯片。
进一步的，所述第一计量芯片、第二计量芯片采用RN8302B芯片，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片的电流输入引脚；所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片的电压输入引脚；所述第二分压电路连接所述第二计量芯片的电流输入引脚。
进一步的，还包括通信电路，所述通信电路连接所述MCU，用于将MCU采集的功耗信息上送。
进一步的，所述第一计量芯片与MCU、所述第二计量芯片与MCU之间还设置有信号调理电路，所述信号调理电路为三极管放大电路。
进一步的，所述通信电路为485通信电路。
进一步的，还包括计量电源电路，所述计量电源电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的电压输入端连接直流电源，并通过稳压管接地；所述电压转换芯片的输出端连接所述第一计量芯片和第二计量芯片。
进一步的，所述第二分压电路包括若干个串联的分压电阻，分压电阻与第二计量芯片之间还连接有箝位二极管。
本实用新型还提出了一种配变终端，包括配变终端本体，以及配变终端功耗测量电路，配变终端功耗测量电路包括电压功耗测量电路和/或电流功耗测量电路；
所述电压功耗测量电路包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器；
所述电流互感器的一次侧采样连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片；
所述电压互感器的原边通过每相对应的第一分压电路连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片；
所述第一计量芯片，用于根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗；
所述电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片，所述第二分压电路采样连接所述配变终端三相电流的对应相线路，所述第二分压电路还连接所述第二计量芯片；
所述第二计量芯片，用于根据采集的配变终端三相电流的各相电流计算各相的电流功耗。
本实用新型通过设计一种配变终端功耗测量电路，通过计量芯片和对应相的电压、电流传感器采样三相电压中的各相电压、电流信息，并计算得到电压功耗，和/或通过计量芯片和对应相的分压电路获取三相电流中的各相电压结合施加电流，从而计算得到对应各相的电流功耗。通过该功耗测量电路，只需要一次接线，就能实现三相的功耗的全部检测，有效减少了接线次数，同时在检测过程中，电压电流信息同时同步测量，有效减少了功耗测量误差，提高了批量生产、检验的效率。
进一步的，还包括MCU，所述MCU采样连接所述第一计量芯片和所述第二计量芯片，并控制连接所述所述第一计量芯片和所述第二计量芯片的使能端，用于根据测试需求选通对应的计量芯片。
进一步的，所述第一计量芯片、第二计量芯片采用RN8302B芯片，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片的电流输入引脚；所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片的电压输入引脚；所述第二分压电路连接所述第二计量芯片的电流输入引脚。
进一步的，还包括通信电路，所述通信电路连接所述MCU，用于将MCU采集的功耗信息上送。
进一步的，所述第一计量芯片与MCU、所述第二计量芯片与MCU之间还设置有信号调理电路，所述信号调理电路为三极管放大电路。
进一步的，所述通信电路为485通信电路。
进一步的，还包括计量电源电路，所述计量电源电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的电压输入端连接直流电源，并通过稳压管接地；所述电压转换芯片的输出端连接所述第一计量芯片和第二计量芯片。
进一步的，所述第二分压电路包括若干个串联的分压电阻，分压电阻与第二计量芯片之间还连接有箝位二极管。
附图说明
图1是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例1中的电压功耗测量电路原理图；
图2是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例1中的电压功耗测量电路中电压检测原理图；
图3是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例1中的计量电源原理图；
图4是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例2中的电流功耗测量电路原理图；
图5是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例3中的功耗测量电路原理图；
图6是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例3中的MCU连接原理图；
图7是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例3中的信号调理电路原理图；
图8是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例3中的485通信电路原理图；
图9是本实用新型配变终端功耗测量电路实施例3中的上位机显示界面图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
配变终端功耗测量电路实施例1：
本实施例中给出了一种配变终端功耗测量电路，包括一个电压功耗测量电路，本实施例中的电压功耗即配变终端三相的有功功率。该电压功耗测量电路主要包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器。具体的，如图1所示，包括第一计量芯片1U3、与A、B、C三相的对应相线路分别对应连接的电流互感器CT-A、CT-B、CT-C。
以对电压A相相线的电压、电流检测，计算电压功耗为例，电流互感器CT-A的一次侧采样连接所述配变终端三相电压的A相，电流互感器CT-A的二次侧连接所述第一计量芯片1U3，从而将采集的电流信息送入第一计量芯片1U3。为了防止交流短接，本实施例中，还设置了防交流220V短接的热敏电阻RT7--RT9。
如图2所示，电压互感器1PT-A的原边通过与该相对应的第一分压电路连接配变终端三相电压的对应相线路，即原边第一接口通过第一分压电路连接A相UAin，第二接口连接中性点UNin，电压互感器的副边连接所述第一计量芯片1U3。其中第一分压电路为串联连接的电阻1RA5--1RA10。本实施例中，电压互感器的副边还经采样电阻1RA/B/C13采样后接入第一计量芯片。其中，UAin和Uaout表示施加节点位置。
第一计量芯片1U3根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗。本实施例中，计量芯片采用RN8302B芯片，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片的IAP引脚、IAN引脚，或IBP引脚、IBN引脚，或ICP引脚、ICN引脚；所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片的VAP、VAN引脚，或VBP、VBN引脚，或VCP、VCN引脚。
对于B相、C相的测量，与上述过程同理，故不再详细说明。本实施例中，由于电压线路的电流较小(上限200mA)，可以采用互感器CT-A/B/C(200mA:2.5mA)采样，互感器二次侧经采样电阻1RA/B/C1、1RA/B/C2采样后接入计量芯片。电压信号，经电阻1RA/B/C5--1RA/B/C10分压后，经隔离变压器1PT-A/B/C输入后级。当然根据实际应用需要，也可以选用其他标准的互感器类型。
如图3所示，本实施例中还提供了计量电源电路，所述计量电源电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的电压输入端连接直流电源，并通过稳压管接地；所述电压转换芯片的输出端连接所述第一计量芯片和第二计量芯片。
配变终端功耗测量电路实施例2：
本实施例中给出了测量配变终端电流功耗即视在功率的功耗测量电路，如图4所示，本实施例中，电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片2U3，所述第二分压电路采样连接所述配变终端三相电流的对应相线路，第二分压电路还连接所述第二计量芯片2U3；第二计量芯根据采集的配变终端三相电流的各相电压结合施加电流计算各相的电流功耗；第二分压电路连接第二计量芯片的IAP引脚、IAN引脚，或IBP引脚、IBN引脚，或ICP引脚、ICN引脚。图4中，IA+、IA-表示测量的电流线路两端的，也即测量电流测量线路两端的电压。
本实施例中，其一，对计量芯片来说电压、电流通道本质上是一样的，对外只是名称不同，需外部电路配合来实现电压/电流的测量功能，对内其本质上是一样的(均是经放大电路后连接至ADC)；其二，电流通道功耗测量上需求的电压测量路数是4路(A、B、C三相和零序)，考虑到计量芯片电压通道只有3路，电流通道为4路；因此，电在压测量时，将其设计接入第二计量芯片的电流引脚上，但其本质仍然是测量的线路两端的电压。具体的，以通道A为例，其RT3作短接保护，2RA15、2RA1、2RA2、2RA16作输入分压采样用，2RA3和2CA3、2RA4和2CA4构成滤波电路，D1和D2起钳位作用；采样上，输入和输出电压比上为1：4。
本实施例中，施加电流通过上位机与电流发生装置通信获取，也可以通过与MCU通讯来获取。
本实施例中，电流回路电压较小(上限2V)，采用2RA/B/C1、2RA/B/C2、2RA/B/C15、2RA/B/C16电阻分压采样后接入后级计量芯片。
作为对本实施方式的进一步改进，如果配变终端未接入台体电流回路，且台体不带表位自动短接功能，此时台体的最大6A电流将全部加载于第二分压电路的分压电阻之上可能会导致电阻烧毁(也有可能由于负载太重而电流停止输出)，在电流输入口加入PTC自恢复保险RT3-RT6避免6A信号直接接入***，分压电阻采用3W大功率电阻防止自恢复保险来不及动作过程中电阻烧毁，同时在取样电阻需增加钳位二极管D1-D8以保护计量芯片引脚不受损坏。
配变终端功耗测量电路实施例3：
上述配变终端功耗测量电路实施例1是对配变终端各相有功功率进行测量，配变终端功耗测量电路实施例2中则是对各相视在功率进行测量。
本实施例与上述配变终端功耗测量电路实施例1和配变终端功耗测量电路实施例2的区别仅在于，本实施例中同时采用配变终端功耗测量电路实施例1和配变终端功耗测量电路实施例2中的电路对有功功率和视在功率进行检测。
因而，本实施例中给出了采用MCU对计量模式进行选择方案。具体的如图5、6所示，本实施例中，提供了MCU与上述配变终端功耗测量电路实施例1中的功耗测量电路和配变终端功耗测量电路实施例2中的功耗测量电路的连接形式。MCU采样连接所述第一计量芯片和所述第二计量芯片，两片计量芯片采用总线并联方式，并控制连接所述所述第一计量芯片和所述第二计量芯片的使能端，从而根据测试需求选通对应的计量芯片，通过片选引脚进行切换选择，即可实现如上述配变终端功耗测量电路实施例1、配变终端功耗测量电路实施例3的单独测量，也可实现配变终端功耗测量电路实施例3联合测量。
作为对本实施方式的改进，如图7所示，本实施例中还给出了信号调理电路，信号调理电路为三极管放大电路。第一计量芯片和第二计量芯片的输出端连接所述三极管N2的控制极——基极，三极管N2的集电极连接直流电源，还作为输出连接MCU。
本实施例中，还设置有相应的RS485通信电路，实现MCU与上位机的通信。如图8所示，计量芯片1U3将收到的电压信号和电流信号，经过AD转换和相乘后，输出功率数据至单片机U1。计量芯片2U3将收到的电流信号，经过AD转换后，输出电流数据至单片机U1。单片机U1将数据存储后实时的经通讯芯片U9传输给台体上位机和主控。
应用示例：
如下表1是本实施例进行测量的主要测量指标：
表1
如下表2是通过上述配变终端功耗测量电路实施例2中电流功耗测量电路，在不同的标准电压下，测得的电流线路功耗数据记录：
表2
如下表3为采用配变终端功耗测量电路1中的电压互感器测得的，电压数据记录：
表3
如下表4为采用配变终端功耗测量电路1中的电流互感器测得的电流数据记录：
表4
如下表5为计算得到的电压线路功耗，即有功功率、视在功率数据。
表5
如图9所示，为经过测量计算后，将所测得的电压、电流信息及功率数据上送至上位机中显示的数据。
配变终端实施例：
本实施例中还提供了一种配变终端，包括配变终端本体，以及配变终端功耗测量电路，配变终端功耗测量电路
包括电压功耗测量电路和/或电流功耗测量电路；
所述电压功耗测量电路包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器；
所述电流互感器的一次侧采样连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片；
所述电压互感器的原边通过每相对应的第一分压电路连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片；
所述第一计量芯片，用于根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗；
所述电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片，所述第二分压电路采样连接所述配变终端三相电流的对应相线路，所述第二分压电路还连接所述第二计量芯片；
所述第二计量芯片，用于根据采集的配变终端三相电流的各相电压并结合施加电流计算各相的电流功耗。
上述配变终端功耗测量电路的具体组成结构已在上述配变终端功耗测量电路实施例1、2和3中详细说明，故此处不再赘述。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种配变终端功耗测量电路，其特征在于，包括电压功耗测量电路和/或电流功耗测量电路；
所述电压功耗测量电路包括第一计量芯片，以及用于测量各相电流的电流互感器、用于测量各相电压的电压互感器；
所述电流互感器的一次侧采样连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片；
所述电压互感器的原边通过每相对应的第一分压电路连接所述配变终端三相电压的对应相线路，所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片；
所述第一计量芯片，用于根据采集的配变终端的三相电压的各相电压、各相电流计算各相的电压功耗；
所述电流功耗测量电路包括第二分压电路和第二计量芯片，所述第二分压电路采样连接所述配变终端三相电流的对应相线路，所述第二分压电路还连接所述第二计量芯片；
所述第二计量芯片，用于根据采集的配变终端三相电流的各相电压结合施加电流计算各相的电流功耗。
2.根据权利要求1所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，还包括MCU，所述MCU采样连接所述第一计量芯片和所述第二计量芯片，并控制连接所述第一计量芯片和所述第二计量芯片的使能端，用于根据测试需求选通对应的计量芯片。
3.根据权利要求1所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，所述第一计量芯片、第二计量芯片采用RN8302B芯片，所述电流互感器的二次侧连接所述第一计量芯片的电流输入引脚；所述电压互感器的副边连接所述第一计量芯片的电压输入引脚；所述第二分压电路连接所述第二计量芯片的电流输入引脚。
4.根据权利要求2所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，还包括通信电路，所述通信电路连接所述MCU，用于将MCU采集的功耗信息上送。
5.根据权利要求1所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，所述第一计量芯片与MCU、所述第二计量芯片与MCU之间还设置有信号调理电路，所述信号调理电路为三极管放大电路。
6.根据权利要求4所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，所述通信电路为485通信电路。
7.根据权利要求1所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，还包括计量电源电路，所述计量电源电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的电压输入端连接直流电源，并通过稳压管接地；所述电压转换芯片的输出端连接所述第一计量芯片和第二计量芯片。
8.根据权利要求1所述的配变终端功耗测量电路，其特征在于，所述第二分压电路包括若干个串联的分压电阻，分压电阻与第二计量芯片之间还连接有箝位二极管。
9.一种配变终端，其特征在于，包括配变终端本体，以及如权利要求1-8任意一项所述的配变终端功耗测量电路。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |