专利名称：电能表现场校验模拟负荷源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的供配电装置，具体涉及电网上运行的三相电能表误差现场测试的电流源装置。
背景技术：
电能测量技术与仪表在我国经济建设中起着非常重要的作用，它的准确与否直接关系着电力企业发电量、线损、煤耗、厂用电、供电量、用电量等各项电业技术指标的正确计算，涉及到国家和用户的经济效益，同时电力市场的逐步深化与改革对电能测量技术与仪表提出了更高的要求，越来越重视它的完整性和准确性。各电力企业加强了对现场电能计量表计运行中的监督性检测，按电力企业的《电能计量装置技术管理规程DL448-2000》的要求每年必须对所有重要计量电度表进行1-3次的现场测试，但实际完成的情况来看，大部分单位是很难达到甚至根本达不到规定。究其原因，撇开一些人为或管理的主观因素，单从客观的角度分析，以下提出的“不宜校表数”是问题的关键。按电力部颁发的SD109-83《电能计量装置检验规程》第4.2.2条第e款规定现场负载功率应为实际的经常负载。当负载电流低于被检电能表标定电流的10％或功率因数低于0.5时，不宜进行误差检定。
于是便有了不宜校表的概念，并且其数目在不断增加，产生的原因主要有如下几个方面1.某些企业已经停产整顿或生产规模急剧缩小致使用电负荷极小；2.备用线路或旁路安装的电能表长期无负荷；3.线路负荷一时太小不能满足校验要求；4.小水电等上网用户，上网时下网表计无负荷，下网时上网表计无负荷。
某些严重地区，其不宜校表数占到应校表总数的30～50％。因此不宜校表问题不同程度上困绕着各电力公司各项指标，从而影响了电力市场商业化营运的正常开展，进一步影响到电力企业和电力用户的经济利益。

发明内容
本发明所要解决的技术问题为有效消除不宜校表问题提供技术手段，研制出一种电能表现场校验模拟负荷源，不受用电状况制约，对现场运行电能表实施定期地校验，保障电测技术监督工作的正常开展和电能计量装置完好率，及时消除和发现计量隐患，提高计量装置可靠性，保证发、供、用电三方的经济利益和合法权益。
本发明采用的技术解决方案是这种电能表现场校验模拟负荷源装置主要由电压过零比较电路、报警单元、电源部分、单片机系统、电流信号移相放大电路、电流功放输出电路、电流保护电路组成。装置外接220V工作电源，经过电源部分转换成±5V和±30V直流提供给单片系统、各电子电路及电流功放输出电路的工作电源，电能计量屏端箱A、B、C任意一相电压或电能表表计电压端，输入给电压过零比较电路变成电压脉冲信号，输入给单片机系统检测，经过软件控制对脉冲信号移相设置所需角度的一路电流方波信号给B相，再经过移相滤波，单片机选择放大倍数进行放大输出，电流信号移相放大电路除了对B相电流信号进行放大、移相、滤波外，还经过硬件120度移相电路输出另外两相A、C，其相位差120度，并经过信号负反馈保证输出信号的稳定度，三相电流信号分别通过相同电路的电流功放输出电路，进行功放输出，三相电流信号输出还经过由三路比较电路构成的电流保护电路，输出给单片机系统进行监测判别，若输出异常、过载、过流，则单片机输出信号经报警单元，实施报警；整套装置输出三路相位、幅值可调的平衡电流负载。
本发明是在现场不宜校表情况下，拆除被校表与原CT连接的电流回路，电压回路保持不变，通过交流220伏工作电源，人为地提供一个三相模拟负荷校验电流源，其相位由单片机触发交流信号设置，同时送入标准表和被校表，从标准表上读出被校表的检定误差，通过键盘设置装置的相位和电流负荷大小，从而达到现场校验电能表，全面掌握电能表运行状况的目的。
装置由电源及单片机、信号处理、功放等三大部分组成，并同时具有电流相位选择与调整、电流报警、电流幅值选择与调整、过流保护、功率放大等功能，设计合理、功能齐全、智能化程度高、性能优良。利用本项目研制的模拟负荷源及其应用系统，可对现场安装电能表进行不同负荷、不同力率的综合误差测试，而不论其是否处于负荷小或无负荷的情况，本装置还可作为变电站或电厂中电气仪表现场调试用的测试电源，兼做室内的一般用的检定三相电流源。
装置的主要技术性能指标如下●输出最大电流3×6A/相(可扩展)●失真度＜2％，；功率稳定度＜0.1％●最大输出功率20VA/相●对称度＜1°●输出电流开路、异常可自动停机报警●微电脑控制，全电子化结构，操作完全程控●可提供各种类型的电流输出信号(不同负荷、不同力率)●重量、体积较一般三相源要轻便1/2以上综合以上，本发明是解决电力生产过程中疑难问题的创新技术，对比一般的电源装置，具有如下优点和积极效果。
a.结构简单、携带方便。其体积重量价格均仅有一般电源的1/2左右，不仅适用于现场的电能表校验，而且还可用作其他仪器仪表的检验以及室内的检定电源。装置属国内首创。
b.采用微机控制的数字化设计、模块化设计、结构简洁、功能强。
c.输出电流开路等异常的自动保护，并能功率放大故障自动监测保护指示。系统安全保护能力强。
d.创造性地提出利用单片机软件控制，触发交流工作电压输入信号进行相位设置，巧妙地对现场负荷小或无负荷情况校验电能表时的力率调整和设置，从而对表计进行不同负荷、不同力率下的测试，全面综合地了解电能表的运行状况，确保表计的正常可靠地长期运行。


图1为本发明结构原理框2、图3、图4、图5、图6为本发明具体实施电路图。其中图2包括电源部分、单片机系统、电压过零比较电路、报警单元电路；图3包括电流信号移相放大电路、电流保护电路；图4、图5、图6分别为A相、B相、C相电流功放输出电路，三个电路结构相同。
具体实施例方式
参见图1，本发明的电能表现场校验模拟负荷源装置，其主旨在于解决现场没有负荷或小电流负荷及低功率因数时运行的电能表现场误差校验问题。装置主要由电压过零比较、报警单元、电源部分、单片机系统、电流功放输出、电流信号移相放大、电流保护等几个部分组成。装置由外接工作电源220V提供，经过电源部分转换成直流±5V和±30V提供单片机系统、各电子电路及电流输出功放的工作电源；另外电能计量屏端子箱A、B、C任意一相电压(大小为57.7V/100V/220V从电能表表计电压端输出也可)输入给电压过零比较单元变成电压脉冲信号，输入给单片机系统检测，经过软件控制对脉冲信号移相设置所需角度的一路电流方波信号给B相；再经过移相滤波，单片机选择放大倍数进行放大输出。同时经过硬件120度移相电路输出另外两相A、C，其相位差120度。三相电流信号分别通过相同的放大电路输出，经过两路信号负反馈保证输出信号的稳定度。三相电流输出经过三路比较电路输出给单片机系统判别实施过流保护。以防止电流装置异常输出或电流回路开路。整套装置输出三路相位、幅值可调平衡电流负载。其稳定度0.1％，失真度2.0％，满足现场测试电能表及有关校验规程的技术要求。
参见图2为电路原理图(电源部分及单片机系统、电压过零比较电路、报警单元)由变压器T1、整流桥B1、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8电阻R1、R2、R3、发光二极管L1、，三端稳压器V1、V2、V3、V4以及风扇组成工作电源电路；由电阻R4、R5、R6、二极管D1和运算放大器U2A组成电压信号过零检测电路；单片机U1、排电阻R10、晶体振荡器X1、电容C10、C11和十个按键共同组成装置的核心控制部分即单片机系统；一方面处理按键(0°、30°、60°、300°、330°)进行相应的力率调整电流输出相角，同时根据按键(0.1Ib、0.2Ib、0.5Ib、1.0Ib)输出A、B、C三路信号以调整电流放大倍数；另一方面监控电流反馈信号，一旦异常报警同时复位禁止输出。系统的核心器件是U1单片机AT89C2051，其2、3、6脚为I/O口输出，连接A、B、C三路信号选择放大倍数，12、13、14、15、16、17、18、9脚为I/O口输入，接收键盘数据输入给单片机中央处理单元进行识别后处理，7脚则检测电压过零信号，作移相基准信号，通过11脚I/O输出经过单片机移相处理后的脉冲信号Uin；8脚为I/O口输出启动蜂鸣器报警；19脚I/O口输入Ip，检测三路电流信号是否异常、过载等故障。整个单片机系统交由单片机U1进行数据的采集、运算、处理和输出。
参见图3电路原理图(信号处理部分电流信号移相放大电路、电流保护电路)固定电阻R11、R13、可调电阻R12和运放U3A组成信号采样跟随单元，R12为幅值微调电阻；由电阻R14、R15、R16和运放U3B组成信号放大单元；由R17、R18、C12、C13、U3C组成二阶滤波单元；由R19、R20、R21、R22、R23、C14、U3D组成移相单元，R22为相位微调电阻；由R25、R26、R27、R28、R29、U4、U5A组成电流放大倍数设置单元；由R30、R31、R32、C15、C16、U5B组成二阶滤波单元；由R33、U5C组成跟随电路；由电解电容C201、C202、电阻R203、R205、R206、R207、R208和电容C203、C204、C205、U6C组成B相电流放大和负反馈单元，Ub为B相电压反馈信号，Ib给功放部分进行放大输出；R209、R210、R211、C207、C206、二极管D201、D202和U6D组成B相电流信号方波比较单元，用作B相过流保护；U5D14脚电流输出信号经过由R100、R101、R102、C100和U6A组成的逆时针移相120度单元电路，同样经过如同B相的电流放大输出负反馈单元和电流信号方波比较单元，Ua为A相电压反馈信号，Ia给功放部分进行放大输出；C相电流输出则是在A相运放U6A1脚基础上再经过由R300、R301、R302、C300和U6B组成的逆时针移相120度单元电路，同样经过如同A相的电流放大输出负反馈单元和电流信号方波比较单元，Uc为C相电压反馈信号，Ic给功放部分进行放大输出。信号Ip为检测三路电流信号是否异常、过载等故障，输入给单片机系统进行监测。
参见图4、5、6为三相功放输出电路原理图(功放部分)Ia信号经过，三极管Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106、Q107、电阻R112、R113、R114、R115、R116、R117、R118、R119、R120、R121、R122、电容C108、C109、C110、二极管D103、D104、D106、D108、10V、稳压管D107、D109、发光二极管D105组成的典型差模输入放大电路；再经过场效应管Q108、Q109、二极管D110、D111组成推挽输出电路；再经过R126、C111采样进行电压信号反馈给Ua；R127采样进行电流信号反馈给ia；最后经过输出变压器Ta输出5A、1A、0A三档电流。B相、C相电流功率放大均与A相类似(见附图5、6页)，输入分别是Ib、Ic，电流和电压反馈则分别是Ub、Uc、ib、ic，这些信号分别与附图第3页信号处理原理图相应的标号相连，同时B相、C相电流功率放大电路中各器件标号的第一位数字位分别由1改为2(B相)、3(C相)，以示区别，其余标志位则不变。
集成电路及有关元件型号如下U1(单片机AT89C2051) U2(四运放MAX479EPD)Q1(三极管8050) X1(晶振11.0592MHz)F1(保险管1A)S1(单刀双掷开关)V1(三端稳压器7815) V2(三端稳压器7805)V3(三端稳压器7915) V4(三端稳压器7905)B1(整流桥) T1(变压器220V30V)U3(四运放MAX479EPD) U4(模拟开关CD4051)U5(四运放MAX479EPD) U6(四运放MAX479EPD)U7(四运放MAX479EPD) Ta、Tb、Tc(输出变流器1A5A/1A/0A)Dxx(二极管) Rxx(电阻)Cxx(电容)
权利要求
1.一种电能表现场校验模拟负荷源，其特征在于装置主要由电压过零比较电路、报警单元、电源部分、单片机系统、电流信号移相放大电路、电流功放输出电路、电流保护电路组成，装置外接220V工作电源，经过电源部分转换成直流±5V和±3V提供给单片系统、各电子电路及电流功放输出电路的工作电源，电能计量屏端箱A、B、C任意一相电压或电能表表计电压端，输入给电压过零比较电路变成电压脉冲信号，输入给单片机系统检测，经过软件控制对脉冲信号移相设置所需角度的一路电流方波信号给A相，再经过移相滤波，单片机选择放大倍数进行放大输出，电流信号移相放大电路除了对B相电流信号进行放大、移相、滤波外，还经过硬件120度逆时针移相电路输出另外两相A、C，其相位差120度，并经过信号负反馈保证输出信号的稳定度，三相电流信号分别通过相同电路的电流功放输出电路，进行功放输出，三相电流信号输出还经过由三路比较电路构成的电流保护电路，输出给单片机系统进行监测判别，异常、过载、过流，则单片机输出信号经报警单元，实施报警；整套装置输出三路相位、幅值可调平衡电流负载。
全文摘要
一种电能表现场校验模拟负荷源，主要由电压过零比较电路、报警单元、电源部分、单片机系统、电流信号移相放大电路、电流功放输出电路、电流保护电路组成，在现场不宜校表的情况下，通过交流220V工作电源，人为地提供一个三相模拟负荷试验电流源，解决了现有现场没有负荷或小电流负荷及低功率因数时运行电能表现场误差校验问题。本发明设计合理，功能齐全，智能化程度高，携带方便，性能优良。
文档编号G01R35/00GK1435697SQ02113948
公开日2003年8月13日 申请日期2002年1月30日 优先权日2002年1月30日
发明者罗志坤, 徐植坚 申请人:湖南省电力试验研究所