专利名称：检测终端外部一次计量ct二次侧接线状态的方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测终端外部一次计量CT 二次侧接线状态的方法及其电路。
背景技术：
目前，国内外的大型电力用户用电电流达到数十至数千安培。一般通过电流互感器(一次计量CT)转换为5A或IA的电流供给用电管理终端计量使用。一些不法分子，通过将一次计量CT 二次侧短路或断开的方式来窃电。通过终端内部电路监控终端外面的一次计量CT 二次侧的开短路状态来防止窃电已经成为重要需求。目前已有的技术只能通过测试与外部一次计量CT相连的内置CT的二次侧的电流或相位变化，来识别被测CT 二次侧的开路、短路、正常用电状态。而对于一些不法分子通过将一次计量CT 二次侧部分短路来窃电的行为没有有效的检测手段。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能利用终端内部电路快速、准确地识别终端外部一次计量CT 二次侧的开路、短路、部分短路、正常用电状态的检测方法及其电路。本发明提供的用于检测终端外部一次计量CT 二次侧接线状态的方法，是在终端内设置测试CT，并将测试CT的一次侧与被测CT的二次侧连接，在测试CT的二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用终端内置单片机测量这个自激振荡电路输出波形的频率特征来获得该被测CT 二次侧电路的开路或短路或部分短路或正常的状态信息。上述方法采用的电路，包括测试CT、自激振荡电路、波形整形电路、单片机电路，其中自激振荡电路包含测试CT的二次侧，波形整形电路的输入端与自激振荡电路连接，输出端与单片机连接，对自激振荡电路的输出波形进行整形后输入单片机，单片机计算特定点的频率，根据频率值与理论值的对应关系得出终端外部一次计量CT 二次侧电路的开路或短路或部分短路或正常的状态信息。本发明利用CT 二次侧开路、部分短路、全部短路、正常用电情况下的电感值不同的原理来获得该被测CT 二次侧的电路开路、短路、部分短路、正常用电四种状态信息，解决了以往检测技术中不能检测出CT 二次侧部分短路的情况，有效地提高了防窃电水平。而且，该电路简单、可靠、价格低廉、方便生产。


图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的电路结构图。图3是本发明的自激振荡电路。图4是本发明的波形整形电路。图5是本发明的单片机电路。
图6是本发明的软件流程。
具体实施例方式本发明检测终端外部一次计量CT 二次侧接线状态的方法是在终端内设置测试 CT,并将测试CT的一次侧与被测CT的二次侧连接，在测试CT的二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用终端内置单片机测量这个自激振荡电路输出波形的频率特征来获得该被测CT 二次侧的电路开短路状态信息。本发明方法可以检测出四种用电状态，即开路、短路、部分短路、正常用电，其原理是CT在开路、短路、部分短路、正常用电情况下，其电感参数会随之变化。利用这一特性，可以通过测试由测试CT 二次侧和电容、反相器组成的自激振荡电路输出的波形频率特征来判断被测CT电感参数的变化，进而确定被测CT接线状态。被测CT 二次侧开路、短路这两种情况与部分短路、正常用电这两种情况的区别在于被测CT 二次侧开路或短路时，由测试CT 二次侧和电容、反相器组成的自激振荡电路输出的波形是一个频率稳定的波形；而被测CT二次侧部分短路或正常用电时，由测试CT二次侧和电容、反相器组成的自激振荡电路输出的波形含有工频成分。而最小频率检测法可以检测出这个被测CT 二次侧是正常用电还是部分短路。故被测CT 二次侧开路还是短路根据自激振荡输出波形频率区分，而被测CT 二次侧是部分短路还是正常用电则根据自激振荡电路输出波形的最小频率值区分。由图1可知，本发明是将被测CT 二次侧与终端内置的测试CT 一次侧相连，通过内置电路测试测试CT 二次侧的电感来获得该被测CT 二次侧电路的接线状态信息。由图2可知，本发明的硬件电路部分包括自激振荡电路、波形整形电路、单片机电路。被测CT二次侧与测试CT一次侧相联，测试CT二次侧与电容、反相器组成自激振荡电路。自激振荡电路输出的波形经过整形后输入单片机。单片机计算特定点的频率，根据频率值与理论值的对应关系得出电流互感器二次侧的电路开短路状态信息。由图3可知，本发明的自激振荡电路由测试CT二次侧、电容Cl、电容C2、反相器Dl 组成。设被测CT 二次侧等效电感为Li，测试CT 一次侧等效电感为L2，测试CT 二次侧等效电感为L3，测试CT互感系数为M，测试CT 一次侧与二次侧匝数比为η。当谐振频率较大 (IKHz以上)时，CT及互感器的电抗参数远远大于绕线电阻。因此，在等效电路中，可以忽略绕线及线路电阻。由此可以得到图3自激振荡电路等效电感为
当出现CT短路或者开路等任何引起电感L变化的情况时，电路谐振频率随之改变，由
电路谐振频率
4此判断被测CT 二次侧接线状况，以下是两种极端情况。短路时，L1=0，等效电感
L = L3-M2L3 ； 开路时，Li= ，等效电感
￡ ￡3 ο为提高检测的可靠性，测试CT的设计需要重点考虑以下两个方面
一.选磁导率比较高的磁芯材料。磁导率高了，自然CT两侧的电感量也增大很多，相
O Z3·—
应的^If值就变化很大，那么就比较容易区分电感的变化；
￡1+-^5-
二.减少二次侧的匝数。虽然一次侧匝数变少了，电感量也变小，但是也可以使Lff:L ^胃的值变大，有利于区分开路和正常下的频率变化。经过实际测试，测试CT 二次侧的匝数在3到6匝时，测试效果最好。现在窃电的手段包括在终端外部一次计量CT 二次侧进行分流窃电，就是所谓的上电流不完全短路，比如从5A分流短到3A。这与直接上电流到3A是不一样的，因为短路到3A会使一次侧的阻抗发生变化，其等效电感值变小。而正常上3A电流其一次侧的阻抗不变，所以在电流为零附近的频率会比正常上3A的时候电流过零点的频率要大很多，只是此时的频率并非特定电流下的谐振频率。
最小频率检测算法的依据是在不考虑磁滞的影响的情况下，自激振荡的最小频率反映的就是电流为零时频率。因此，该频率消除了电流的影响，与CT回路无电流时情况一样， 该频率即可反映CT的开短路状况。
因为不完全短路和直接上电流在过零点的时候终端外部一次计量CT 二次侧的阻抗不一样，那么其等效电感值就是不一样的，所以过零点的频率值就是不一样的，从而知道其最小频率值也是不一样的。因此，最小频率检测法可以检测出这个终端外部一次计量CT 二次侧是正常用电还是部分短路。被测CT 二次侧开路、短路这两种情况与部分短路、正常用电这两种情况的区别在于被测CT 二次侧开路或短路时，由测试CT 二次侧和电容、反相器组成的自激振荡电路输出的波形是一个频率稳定的波形；而被测CT二次侧部分短路或正常用电时，由测试CT二次侧和电容、反相器组成的自激振荡电路输出的波形含有工频成分。因此，根据自激振荡输出波形是否含有工频成分可以区分。被测CT二次侧开路还是短路根据自激振荡输出波形频率区分，而被测CT 二次侧是部分短路还是正常用电则根据自激振荡电路输出波形的最小频率值区分。由图4可知，波形整形电路由电容C5、电阻R1、反相器D2、D3组成。这个电路的功能是将自激振荡电路输出的正弦波转化为方波，方便单片机计算频率。由图5可知，单片机D4外接电源与晶振，单片机通过一个普通IO脚接收自激振荡电路输出的波形。由图6可知，软件判断流程为
第一步，连续测量超过一个工频周期时间长度的自激振荡电路输出的每个方波频率；第二步，通过判别这个波形是否含有工频成分，将CT 二次侧接线分为两种情况开路或短路，正常用电或部分短路；
第三步，通过测量频率区分开路与短路，通过最小频率区分正常用电与部分短路； 第四步，如果，测试结果与某种接线理论频率值相符，则输出结果。如果测得的结果不在理论值范围内，则重新测试。最小频率法部分的软件流程是，当方波的上升沿到来时，产生一个中断。第一个中断使能定时器并清零寄存器，之后每个中断程序完成以下工作开辟两个字地址空间ADDl 和ADD2依次保存最近二次中断时的计数寄存器数值，假设目前是第N次中断，则应保存第 N-I次和N-2次的计数寄存器数值。读取第N次中断计数寄存器数值并与第N-I次中断读取的寄存器数值比较，若大于N-I次中断读取的寄存器数值，则用N-I次的计数寄存器数值覆盖N-2次计数寄存器数值，用第N次中断计数寄存器数值覆盖N-I次的计数寄存器数值， 否则不作处理。在经历大于一个工频周期以后，读取ADDl的数值即为最小频率值，而ADD2 地址保存的是电路没有谐振时的频率(该值通常很大)。为了使此方法具有较强的抗干扰性，最好是记接近最小频率的4个值，然后算出其平均值。所取的频率最小值应该大于开路频率的基准值，当频率低于开路频率时，不比较，直接跳过。该技术利用CT 二次侧开路、部分短路、全部短路、正常用电情况下的电感值不同的原理，将被测CT 二次侧与终端内置的测试CT 一次侧相连，给测试CT 二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用内置单片机测试这个自激振荡电路输出波形的频率来获得该被测CT 二次侧的接线状态信息。该技术使用的电路部分包括测试CT、自激振荡电路、波形整形电路、单片机电路。 被测CT 二次侧与测试CT 一次侧相联，测试CT 二次侧与电容、反相器组成自激振荡电路。自激振荡电路输出的波形经过整形后输入单片机。单片机计算特定点的频率，根据频率值与理论值的对应关系得出这个被测CT 二次侧的接线状态信息。该技术解决了以往检测技术中不能检测处CT 二次侧部分短路的情况。将以往可以检出的CT 二次侧开路、短路、正常用电三种状态，提高到开路、短路、部分短路、正常用电四种状态，有效地提高了防窃电水平。而且，该电路简单、可靠、价格低廉、方便生产。
权利要求
1.一种检测终端外部一次计量CT二次侧接线状态的方法，其特征是在终端内安装测试CT，并将测试CT的一次侧与被测CT的二次侧连接，在测试CT的二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用终端内置单片机测量这个自激振荡电路输出波形的频率特征来获得该被测CT 二次侧电路的开路或短路或部分短路或正常的状态信息。
2.根据权利要求1所述的用于检测终端外部一次计量CT二次侧接线状态的方法，其特征是包括如下步骤(1)将终端内置测试CT一次侧与终端外部一次计量CT 二次侧相连，将终端内置的测试 CT 二次侧与电容、反相器组成自激振荡电路；(2)连续测量超过一个工频周期时间长度的自激振荡电路输出的每个方波频率；(3)通过判别这个波形是否含有工频成分，将被测CT二次侧接线分为两种情况开路或短路，正常用电或部分短路；(4)通过测量频率区分开路与短路，通过最小频率区分正常用电与部分短路；(5)测试结果与某种接线理论频率值相符，则输出结果，测得的结果不在理论值范围内，则重新测试。
3.—种如权利要求1或2所述方法采用的电路，其特征在于该电路包括测试CT、自激振荡电路、波形整形电路、单片机电路，其中自激振荡电路包含测试CT的二次侧，波形整形电路的输入端与自激振荡电路连接，输出端与单片机连接，对自激振荡电路的输出波形进行整形后输入单片机，单片机计算特定点的频率，根据频率值与理论值的对应关系得出被测CT 二次侧电路的开路或短路或部分短路或正常的状态信息。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于所述自激振荡电路由测试CT二次侧、两个电容(C1、C2)、反相器(Dl)组成。
5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于所述测试CT的磁芯材料选择高磁导率的磁芯材料，测试CT的二次侧匝数不高于6匝。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测终端外部一次计量CT二次侧接线状态的方法及电路。本发明是在终端内设置测试CT，并将测试CT的一次侧与被测CT的二次侧连接，在测试CT的二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用终端内置单片机测量这个自激振荡电路输出波形的频率来获得该被测CT二次侧电路的开路或短路或部分短路或正常的状态信息。本发明解决了以往检测技术中不能检测处CT二次侧部分短路的情况，有效地提高了防窃电水平。而且，该电路简单、可靠、价格低廉、方便生产。
文档编号G01R31/02GK102411112SQ201110219559
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者刘金龙, 汤可, 黄雄凯 申请人:长沙威胜信息技术有限公司