一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的方法

摘要

本发明公开了一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的方法，通过检测表内变压器二次侧电压、电表带载能力及载波通讯模块动态功耗，实现误掉电原因判断。所述方法是通过一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的装置实现的，所述装置由三相标准源、抄控器、接触器、控制单元、调理电路、负载箱、PC机、直流电源分析仪和现场工况模拟单元组成。本发明利用DSP实现了单相载波智能电能表的误掉电故障分析，可以准确分析造成该类故障的具体原因，如变压器损坏、电表带载能力不足和通讯模块动态功耗过大，便于故障的分析和排查。本发明还能模拟现场通讯环境，检测分析现场实际工况下单相载波智能电表内载波通讯模块的动态功耗。

说明书

技术领域    

本发明涉及一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的方法，属电能计量技术领域。

背景技术    

电力线载波通信已成为一种完成集中器和电能表通讯的常用方式，而具有载波通讯功能的单相载波智能电表也被广泛应用在智能电网中。国网公司企业标准Q/GDW1364-2013《单相智能电能表技术规范》规定：当电能表的电压端子电压低于其参比电压的60%时，电表应掉电且记录掉电事件。但在现场发现：当部分电表的电压端子电压为其参比电压时，电表仍然发生掉电，该故障现象不仅造成台区线损的增大给供电公司带来巨大的经济损失，还会引起计量纠纷的发生。

故障表的掉电判断采样电压取在电能表供给载波模块的直流电源电压处。因此变压器损坏、载波模块功耗过大、电能表带载能力不足等因素均会拉低该处电压。当电压被拉低到设定的掉电阀值以下时，CPU判断电表掉电，触发表内相应的中断程序，掉电事件的发生和结束时间还有掉电事件总次数被记录和存储在CPU中。针对单相载波智能电表误掉电的故障，目前还没有具体的方法和装置对故障原因进行判断。

 

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术的不足，提供了一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的方法，用于判断分析单相载波电能表误掉电故障的具体原因，便于及时排查故障。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明通过检测被测表内变压器二次侧的交流电压、被测表的带载能力及被测表内载波通讯模块的动态功耗来分析判断被测表发生误掉电故障的原因，并能模拟现场通讯环境，检测分析现场实际工况下单相载波智能电表内载波通讯模块的动态功耗；本发明方法是通过一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的装置实现的。

表内供给载波通讯模块功率的变压器发生损坏，会造成变压器的二次侧电压低于正常值，整流桥后的电压值相应的低于正常值，电表发生误掉电故障。可以通过检测被测表内该变压器二次侧的交流电压来判断排查此类故障原因。

电能表和集中器发生载波通讯时，由于被测表的带载能力不足，载波通讯模块正常消耗的动态功耗会将其直流供电电源电压拉低到掉电阀值以下，电表发生误掉电故障。可以通过检测电能表的带载能力来判断排查此类故障原因。

电表和集中器在进行载波通讯时，载波通讯模块的动态功耗过大会将其直流供电电源电压拉低到掉电阀值以下，电表发生误掉电。可以通过检测被测表内载波通讯模块的动态功耗来排查此类故障原因。

本发明还提供了一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的装置：

该装置由三相标准源、抄控器、接触器、控制单元、调理电路、负载箱、PC机、直流电源分析仪和现场工况模拟单元组成。

抄控器按照设定的参数和单相载波表进行载波通讯，从而完成对电表内相关数据的采集。

控制单元主要由DSP和AD模块组成。DSP采用的TMSF2812芯片，将采集到的各交流、直流电压值通过AD转换模块进行AD转换，DSP再将转换后的数据进行处理分析，实现故障分析和判断。由于AD转化模块输入端允许的电压值较小，因此可以通过调理电路实现对输入电压的调整，进而得到满足要求的输入电压。DSP对数据处理分析后，通过控制GPIO管脚输出高低电平实现对接触器闭合和关断状态的控制。

负载箱由几个阻值为96Ω（精度为±5%）的纯阻性电阻组成，用于检测电能表的带载能力。

现场工况模拟单元包括：输入端口、输出端口、信号衰减器、电力线容性负载模拟器、电力线感性负载模拟器及接触器开关（K1和K2）。

信号衰减器、电力线容性负载模拟器和电力线感性负载模拟器并联通过接触器开关K1和K2连接在输入接口与输出接口之间。另外一对接触器KM1和KM2用于控制电阻箱是否接入载波模块直流电源输出端。

三相标准源分别连接抄控器和被测电表内变压器的一次绕组；控制单元连接二路调理电路；其中一路的二个输入端口并联连接在被测电表内的变压器二次绕组上；另一路二个输入端口并联连接在被测电表整流桥的输出端；负载箱通过接触器KM1和KM2连接被测电表整流桥的输出端；

PC机通过USB接口与直流电源分析仪数据通讯端口相连，控制直流电源分析仪读取并记录功耗数据；直流电源分析仪波通讯模块相连接，给其提供直流电源。电表通过弱电接口和载波通讯模块相连并实现二者间的数据交换；现场工况模拟单元分别与载波通讯模块和抄控器相连；抄控器通过RS232接口与PC机相连，通过PC机控制抄控器，设置测试时所需读取的电表内相关数据和读取的时间间隔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用DSP实现了单相载波智能电能表的误掉电故障分析，可以准确分析造成该类故障的具体原因，如变压器损坏、电表带载能力不足和通讯模块动态功耗过大，便于故障的分析和排查。本发明还能模拟现场通讯环境，检测分析现场实际工况下单相载波智能电表内载波通讯模块的动态功耗。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；图2是本发明的现场工况模拟单元原理图；

图3是本发明的故障判断方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1所示是本发明的装置结构示意图，虚线内所示是检测时和本装置有关联的被测电表结构部分，虚线外所示为装置的本体结构。

三相标准源提供单相载波智能表（抄控器）所需的单相（三相）标准参比交流电压，该交流电压通过电表内的变压器转化为更小的二次侧交流电压，通过整流桥得到幅值为12V的直流电压，该直流电压为电表的载波模块提供直流输出，电表的掉电事件采用电压取在此处。通过7805稳压管稳压，得到值约为5.7V的直流电压，该电压通过二极管的降压变为数值为5V的直流，为电表其它功能部分提供直流电源。

取下电表的载波模块，在变压器的二次侧测量交流电压值，通过DSP的分析处理，如果该端交流电压值低于设定初始值（根据三相标准源提供给电表内变压器一次侧的电压和变压器理想变比，设定该数值并留有一定的裕度），则可以判定该电表的误掉电故障是由表内变压器损坏引起。

如果DSP已判断电表内的变压器功能正常，则对电表的带载能力进行测试。接触器KM1和KM2处于闭合的初始状态，此时在载波模块的直流电源处，相当于接入了一阻值为96Ω（精度±5%）纯阻性电阻，通过DSP的分析处理，如果该直流电压值不在(12±1)V范围内，则判定该电表的误掉电故障是由电表带载能力不足引起。

如果DSP已经判断电表的带载能力满足要求，则在被测电表上安装载波通讯模块，通过PC机设置需采集的被测电能表内的数据类型和采集时间间隔，然后按照设定的参数，抄控器开始和被测电表进行载波通讯。此时接触器KM1和KM2由闭合切换为断开状态，DSP对载波模块的直流电源电压进行分析处理，如果该直流电压低于11V，则判定该电表的误掉电故障由载波通讯模块的动态功耗过大引起，此时对载波通讯模块的在不同工况下的动态功耗进行测量。

通过USB端口的连接，PC机可以控制直流电源分析仪设置参数，电表的数据通过载波模块，经现场工况模拟单元，由抄控器接收并通过RS485数据回传给PC机。改变现场工况模拟单元的类型，相应的载波模块功率会发生改变，进而得到载波通讯模块在该工况下的实际动态功耗，该功耗数据即可以从直流电源分析仪面板上直接读取，也可由PC机读取直流电源分析仪的数据并存储，便于对采集到的数据进行分析。

图2是本发明的现场工况模拟单元的原理图。现场工况模拟单元包括：接触器开关K1和K2、载波衰减器、电力线容性负载模拟器、电力线感性负载模拟器。

载波衰减器、电力线容性负载模拟器和电力线感性负载模拟器并联通过开关连接在输入接口与输出接口之间。接触器开关K1和K2用来选择所需要模拟的现场工况。电力线容性负载模拟器用来模拟当实际电力线等效电路负载呈容性时的现场工况；电力线感性负载模拟器用来模拟当实际电力线等效电路负载呈感性时的现场工况；信号衰减器的衰减系数应可调，用来模拟载波信号经过不同程度衰减后的现场工况。

图3所示是本发明的故障判断方法流程图，其具体步骤如下：

步骤1：三相标准源升压，给抄控器及被测的单相载波智能表提供标准的参比电压；

步骤2：检测电表内电压采样回路里的变压器二次侧电压，如果该电压值低于初始设定值，则判定误掉电故障由电表内变压器损坏引起；

步骤3：如果步骤2中的电压值高于初始设定值，则接触器KM1和KM2闭合；

步骤4：利用直流电源分析仪对电能表提供给载波模块的直流电源电压进行检测，如果该电压值不在(12±1)V范围内，则判定误掉电故障由电表带载能力不足引起；

步骤5：如果步骤4中电压值在(12±1)V范围内，则接触器KM1和KM2断开；

步骤6：抄控器按照设定的参数和电能表进行载波通讯；

步骤7：对电能表提供给载波模块的直流电源电压进行检测，如果该电压值低于11V，则判定误掉电故障由载波通讯模块动态功耗过大引起；

步骤8：进入检测载波通讯模块动态功耗测量程序，测量不同现场工况下，载波通讯模块的动态功耗，通过PC机记录并保存数据；

步骤9：在步骤7中，如果测得的电压值不低于11V，则三相电压源降压，测试结束。

通过本发明一种判断单相载波智能电表误掉电故障原因的方法，可以针对单相载波智能电能表的误掉电故障进行具体的原因分析和判断，并对载波通讯模块动态功耗进行检测。不仅保证了电能表的准确可靠运行，也避免了供电公司和用电客户之间的计量纠纷。