专利名称：一种工频交流量的测量方法及其测量前端的制作方法
技术领域：
本发明涉及供电网中交流电流、电压、电度、功率等工频交流量的测量方法及其设备(测量前端)，属电力及计算机领域。
目前，在工频交流量的测量中已逐步淘汰传统的电磁测量方式，而以电子测量技术取而代之。电子测量方式精度高、功耗省、体积小、功能强，但成本较高，为了降低成本，通常在不降低性能和精度的情况下尽量提高测点数量。交流测量的结果是以线路的概念给出的，一条线路的测量结果(例如功率、电度、功率因数等)与这条线路的电压、电流以及两者之间的关系有关，而每一条线路由于其“制式”的不同(单相线路、三相三线制线路、三相四线制线路)所需要的CT、PT通道数也不同，单个CT、PT通道通常是没有意义的。正是这个原因，一般的交流测量仪表在型号定义时必须以线路制式和数量作为依据之一，不同的线路制式和数量的组合被定义为一个规格，例如某种规格的测量仪可测量5条三相三线制线路，而另一种规格的仪表可测量3条三相三线制线路和2条三相四线制线路，当用户的实际线路配置情况不能符合这种组合时，将造成资源的浪费。同时用户在使用上也缺乏灵活性。
针对以上缺陷，本发明提出了一种新的思想，这种思想的核心仍然以毫无意义的独立的CT、PT通道而不是以线路作为基本测量元素，通过用户在现场的设置将无意义的独立CT、PT变成有意义的实际被测交流线路的具体参数。基于这种思想，本设计中通过“命令”进行测量线路制式的配置，用户可以完全根据其实际线路情况按照顺序依次接入CT和PT测点，而不管其制式如何，然后通过“命令”将具体的线路制式及所连接的通道号告诉前端，前端提供的CT、PT通道可由用户任意配置使用。例如，前端提供的16个CT通道可配置为16个单相线路、或8个三相三线制线路、或5个三相四线制线路，也可以是不同制式线路的任意组合，只要所用的CT总数不超过16个就行。
依据上述设计思想，本发明所采取的测量方法是将被测电流、电压直接或通过一次电流、电压互感器接入与被测线路线制相匹配的测量前端CT、PT端子，其特征是测量前端提供的所有CT、PT通道，由用户按实际要求设置组合，以匹配单相、三相三线、三相四线制的测量。由用户按实际要求设置组合以匹配任意线制的方式可以是测量前端接受上位机通过网络发来的“线路模式设置”命令，向被测用户提供与任意线制随机匹配的CT及PT测量通道。对于同一线制的被测量，多条被测线路的PT值共享，即如果一台前端所测量的线路属于一个母线，则只需要接入一组PT，而让所有其他被测量共享这组PT ；如果被测对象采用双母线供电，则多条被测线路的PT值采取“动态共享”，即对双母线供电线路中的CT指定两组PT，用前端提供的开并量输入通道监视母线切换开关的动作，前端根据母线切换开关的状态，自动选择两组PT之一进行电度、功率等电气参数测量和计算。上述方法的测量步骤如下①将被测的交流信号依次接入测量前端的若干CT及PT端子，每一组CT和PT通道均设有两个接线端子，一条单相线路接一组CT和一组PT通道，一条三相线制线路接两组连续的CT和PT通道，一条三相四线制线路接三组连续的CT和PT通道，应注意电压、电流的同名端，根据前端上提供的CT和PT端子总数量，按需任意组合接入用户实际若干条不同线制的被测线路；②当多条线路制式相同，且源自同一母线，则第二、三……条线路只需要接入CT信号，PT信号与第一条线路共享，如果是双母线供电，对第一条线路接线时，应为该线路分别接入两个母线的PT，并将母线切换开关状态引入前端开入通道，第二、三……条线路只需要接入CT信号；③按照实际线路的联接情况(制式、CT、PT通道号等)对接入前端的每条线路设置其测量模式，前端将按照用户设定的测量模式中所给出的该线路的制式、CT通道号、PT通道号等信息，通过内部软、硬件实现与实际线路完全相符的交流量测量。根据上述测量方设计的测量前端，包括①前端上设有用于交流电流、电压测量的接入端子、开关量输入/输出端子、网络通讯端子等；②前端机壳内设有以CPU为核心的采集数据计算整理的软、硬件；③供实时显示、监测的接口端子；④掉电数据保护电路；其特征是该前端还包括⑤为了通过“命令”实现灵活的测量，前端内设置了受CPU控制的数字信号处理及逻辑控制电路和受控于该电路的隔离及信号切换电路及A/D和采样保持电路。隔离及信号切换电路直接与前端CT、PT输入端子相连接，控制信号控制该电路接入哪几路CT、PT通道，被接入的CT、PT通道信号经过信号调理电路送入A/D转换器，经A/D转换为数字信号后由CPU读取最终的测量结果。
下面通过附图及实施例，对本发明作进一步说明。


图1为体现本发明思想的不同线制随机匹配方式；图2为传统的CT、PT连接方式；图3为多组CT共享一组PT；图4为传统的双母线供电切换方式；图5、6为双母线供电下，动态共享PT的自动切换方式；图7为本发明测量前端的外形；图8为本发明测量前端的电原理框图(略去了公知的次要模块)；图9为本发明测量前端的所有接线端子；图10为本发明采取动态PT共享的一种测量流程；图11、12为与图8相应的模式命令处理及测量过程流程图。
参看图1，用户的系统中可能包含多种不同的线制，本发明前端允许不同线制的线路混合接入。接线时应注意对一条线路而言，应按照上述各个线制的接线要求，顺序地接入被测量线路所需的CT或PT(相同线制和同一母线电压的PT可共享)，单相线路接入一个CT(和PT)，三相三线制线路接入A、C相CT(和UAB、UCB两个PT)，三相四线制线路接入三个CT(和PT)。例如对于图1中的6个CT通道，如果前3个通道已被一条三相四线制线路A1占用，则剩下的3个通道可以再接入一条三相四线制线路A2，也可以接入一个单相线路B和一条三相三线制线路C。
交流测量还有一个特点，即多条线路的电压是相同的，它们均源自一个“母线”。针对这个特点，本发明前端提出了共享(共用)PT的思想，也就是如果一台前端所测量的线路属于一个母线，则只需要接入一组PT，让所有线路共享这组PT。这样的设计不但简化了用户接线，而且节省了一次PT的资源。参见图3，由图中可看出，A母线上的三条出线的3组CT共用1组PT(没有阴影)，B母线上的两条出线的2组CT也共用1组PT(有阴影)。而传统的设计每条线路均需要同时连接各自的CT、PT，多使用了四组PT，参见图2。
在可靠性要求比较高的场合，通常采用“双母线”供电的方案，在这种情况下进行出线线路测量时比较复杂，一般采用母线开关的辅助接点分别切入两条母线的电压来测量不同母线供电时该线路的电气参数，参见图4，图中K为互锁的切换开关。在多出线的情况下根本无法实现PT的共用，本发明前端在原来的PT共享基础上又提出PT的动态共享来解决这种问题，即对“双母线”供电线路中的CT指定两组PT，用前端提供的开入通道监视母线切换开关的动作，前端根据母线切换开关的状态自动选择两组PT之一进行电气参数测量。参见图5，为出线CT与A母线PT关联，图6为出线CT与B母线PT关联，图中K1来自切换开关辅助接点，K为互锁的切换开关。既提高了测量精度又增强了可靠性，由于多条线路可共享PT，也节省了PT资源。
图7为测量前端外形正面图，与传统已有的测量前端区别不大。图中1为电源输入端子，2为直流24V输出端子，3为开关量输入/输出端子，4为局部通信口，5为网络通信端子，6为LED指示，7为接线指示，8为铭牌，9、10分别为若干PT及CT端子。
图9为本发明一个系列产品的一种接线端子排列。图中并未给出线路号，而只给出了CT、PT通道号，当用户接实际现场情况接完线以后再贴上有线络标识的标签，则前端就成为由用户定制了其输入线路特征的符合用户特定测量要求的专用前端，图中标号说明与图7一致。
前端实现测量的过程叙述如下参看图8，例如要测量一条三相四线制线路的三相电流，我们假设使用前端的第5、6、7号CT通道测量该线路的三相电流，使用第1、2、3号PT通道测量其电压。
1.依次将该线路一次CT的A、B、C三相输出接入前端的第5、6、7号CT输入通道，PT信号与其他线路共用1、2、3号PT输入通道，无须连接；2.通过计算机，向前端发送线路设置命令“LN4M3CT5PT1”。该命令的含义是第4条线路(线路序号根据前几个通道已接入的线路数而定)，三相四线制，使用从第5号CT通道开始的三个连续CT通道和从第1号PT通道开始的三个连续PT通道进行测量(测量线路的功率、电度等参数需要相关的电压值)。前端收到命令后，将第4条线路的设置参数存放在前端内部的相关数据单元中。
3.当前端开始进行第4条线路的测量时，首先由“CPU”从第4条线路的参数区读取线路模式设置参数，由“数字信号处理及逻辑控制”模块根据“CPU”的指示，向“隔离电路及信号切换”模块发出控制信号，让CT部分的第5、6、7号通道接通，让PT部分的第1、2、3通道接通，这时，第4条线路的所有信号全部被连接到前端内部；然后由“数字信号处理及逻辑控制”模块发出采样和保持触发信号，经过信号调理后的交流信号由模数转换器变换为数字信号。“CPU”读取所有数据后，按照三相三线制线路的要求对数据进行计算整理，并得到最终结果。
如果测量的是一条三相三线制线路，则只要使用第5、6号CT通道，并相应地向前端发送命令“LN4M2CT5PT4”，前端将按照命令的要求接通CT部分的第5、6号通道和PT部分的第4、5号通道进行测量，第7号CT通道可以与后续通道组合被下一条线路使用。上述第4条线路的模式命令处理流程及实现上述测量过程的程序流程如图11、12。
基于这种思想，对于不进行高速故障录波记录等实时性要求不高的一般计量应用，也可以只设计一组电流A/D模块和一组电压A/D模块完成同样的测量。
在图8所示的测量原理的基础上很容易实现多条线路共享PT，因为“线路模式设置”命令中已包含了该测量线路的PT通道的信息，当多条线路指定的PT通道号相同时，“数字信号”处理及逻辑控制”电路在依次切换代表不同线路的CT通道组时，将切入同一组PT通道。因此，只要线路的制式相同并源自一个母线，则多条线路只需接入一条线路的PT即可。
前端提供的开关量检测通道为动态共享PT提供了触发信号，根据“线路模式设置”命令同样也可以理解动态共享PT的实现方法。例如，我们要对用互锁的两条母线供电的一条线路进行电度计量，正常时线路由A母线供电，当A母线故障时，系统保护机构自动切换为B母线供电。测量思路应该是A母线供电时，由A母线电压和该线路的电流完成电度计量，当切换为B母线供电时，应由B母线电压和该线路的电流继续电度的计量，这里就有个切换PT的问题。通过动态共享PT实现如下假设被测量的线路为三相三线制，线路序号为第3条线路，电流测量使用从第5号CT开始的CT通道(即第5、6号CT通道)，A母线电压使用第1、2号PT通道，B母线电压使用第3、4号PT通道，用第1号开入通道检测母线切换开关状态，则线路模式设置命令应为LN3M2CT5PT1，3ON1。即当第1号开入通道状态为“0”时，该线路的电度由A母线电压和该线路的电流计量，当第1号开入通道状态变为“1”时，则线路的电度自动改由B母线电压和该线路的电流计量。其程序流程如图10。
对于上述可实现任意的交流线路测量的方法，本前端采用“命令”的方式，通过设置模式来使独立的CT或PT输入通道与具体的线路建立了联系，有了这种思想可以有很多方法来实现可任意线制的交流线路测量，例如，也可以在前端上设置跳线开关来指定线路的模式和可使用的CT、PT通道号，也可以实现上述测量。
由于具体的A/D转换、信号隔离切换，信号调理、通信等功能块可以是多种多样的，也是电力及计算机领域普通技术人员所公知的，这里不再赘述。
本发明的优点及效果①最大限度地节省用户投资，用户不必为自己不同的测量要求选择多种型号的仪器，也不必因为测量要求或线制的改变而浪费前端提供的测点，本前端所提供的CT通道用户可完全利用；②本前端给用户以最大的灵活性，用户只需考虑接入前端的各种线路所使用的CT、PT总量不超过前端所提供的CT、PT通道总数，而不必考虑因线制不同会造成测点浪费或增加新的型号。
本发明前端直接接受来自电压、电流互感器的信号，因而它可替换目前变电所、配电室等工业现场的大部分常规电气仪表及其变送器或其他信号调理设备，完成几乎所有的工频交流量的测量采集工作，同时，由于前端可配置开关量输出通道，因而也可实现某些现场控制功能。另外，配合其他显示、测控模块，可十分方便地组成一个灵活、完善的现场测控系统；配合其他网络设施(例如局域网、公用电话网等)还可构成一个实时MIS系统。
权利要求
1.一种工频交流量的测量方法，将被测电流、电压直接或通过一次电流、电压互感器接入与被测线路线制相匹配的测量前端CT、PT端子，其特征是测量前端提供的所有CT、PT通道，由用户按实际要求设置组合，以匹配单相、三相三线、三相四线制的测量。
2.根据权利要求1所述的工频交流量的测量方法，其特征是所说的由用户按实际要求设置组合以匹配任意线制的方式是测量前端接受上位机通过网络发来的“线路模式设置”命令，向被测用户提供与任意线制随机匹配的CT及PT测量通道。
3.根据权利要求1或2所述的工频交流量的测量方法，其特征是对于同一线制的被测量，多条被测线路的PT值共享，即如果一台前端所测量的线路属于一个母线，则只需要接入一组PT，而让所有其他被测量共享这组PT；如果被测对象采用双母线供电，则多条被测线路的PT值采取“动态共享”，即对双母线供电线路中的CT指定两组PT，用前端提供的开并量输入通道监视母线切换开关的动作，前端根据母线切换开关的状态，自动选择两组PT之一进行电度、功率等电气参数测量和计算。
4.根据权利要求3所述的工频交流量的测量方法，其特征是上述方法的测量步骤如下①将被测的交流信号依次接入测量前端的若干CT及PT端子，每一组CT和PT通道均设有两个接线端子，一条单相线路接一组CT和一组PT通道，一条三相线制线路接两组连续的CT和PT通道，一条三相四线制线路接三组连续的CT和PT通道，应注意电压、电流的同名端，根据前端上设置的CT和PT端子总数量，按需任意组合接入用户实际若干条不同线制的被测线路；②当多条线路制式相同，且源自同一母线，则第二、三……条线路只需要接入CT信号，PT信号与第一条线路共享，如果是双母线供电，对第一条线路接线时，应为该线路分别接入两个母线的PT，并将母线切换开关状态引入前端开入通道，第二、三……条线路只需要接入CT信号；③按照实际线路的联接情况(制式、CT、PT通道号等)对接入前端的每条线路设置其测量模式，前端将按照用户设定的测量模式中所给出的该线路的制式、CT通道号、PT通道号等信息，通过内部软、硬件实现与实际线路完全相符的交流量测量。
5.根据上述测量方法设计的测量前端，包括①前端上设有用于交流电流、电压测量的接入端子、开关量输入/输出端子、网络通讯端子等；②前端机壳内设有以CPU为核心的采集数据计算整理的软、硬件；③供实时显示、监测的接口端子；④掉电数据保护电路；其特征是该前端还包括⑤为了通过“命令”实现灵活的测量，前端内设置了受CPU控制的数字信号处理及逻辑控制电路和受控于该电路的隔离及信号切换电路及A/D和采样保持电路，隔离及信号切换电路直接与前端CT、PT输入端子相连接，控制信号控制该电路接入哪几路CT、PT通道，被接入的CT、PT通道信号经过信号调理电路送入A/D转换器，经A/D转换为数字信号后由CPU读取最终的测量结果。
全文摘要
本发明提出了一种新的思想,通过模式“命令”进行测量线路制式的配置,用户可以完全根据其实际线路情况按照顺序依次接入CT和PT测点,而不管其制式如何,然后通过“命令”将具体的线路制式及所连接的通道号告诉前端,前端提供的CT、PT通道可由用户任意配置使用。最大限度地节省用户投资,用户不必为自己不同的测量要求选择多种型号的仪器,也不必因为测量要求或线制的改变而浪费前端提供的测点,它可替换目前变电所、配电室等工业现场的大部分常规电气仪表及其变送器或其他信号调理设备,完成几乎所有的工频交流量的测量采集工作。
文档编号G01R21/133GK1263268SQ0011212
公开日2000年8月16日 申请日期2000年3月10日 优先权日2000年3月10日
发明者王利明, 仲未央, 黄彬业 申请人:南京东远科技有限公司