智能电能表检测优化设计

摘要:随着智能电网的建设，国网省级计量中心进一步加大对电子式电能表的检测能力，为满足对电能表抽检、全检、复检能力，智能检定在智能电能表检测环节中起到不可替代的作用，同时也对检定装置安全及性能提出了更加严格的考验。在传统检定装置基础上优化安全检测设计，提高检测装置安全性能，确保检测人员人身安全，实现智能电能表检定自动化。

关键词:自动化控制;温度检测;续流保护;隔离PT;隔离CT;自动拆接线

随着国家电子式电能表自动化、集中化检定的逐步推进，检定装置的自动化程度要求也在日渐提升，对检测装置的安全性能要求也更加严格。每个批次的智能电能表需要在检定装置上进行不同类别的检定，对检定速度和检定质量提出了更加严格的要求。旧式检定装置的使用还停留在人工观察、人工调控、人工接线方式，随着大批量智能电表检定的需要，旧式人工检定装置效率和安全性能很难能满足需求。随着温度监测、过载续流、自动旁路、隔离PT、隔离CT等技术的相继涌现，智能检定装置自动化检定技术相继成熟，使得检定装置能够在异常状态的时候做出迅速、准确地判断，及时报警，保证检定装置稳定运行与检定人员安全生产。

1检定装置系统组成

智能检定装置是采用ARM芯片STM32作为主控芯片的智能检测控制系统［1］，配合其他相关硬件，实现了对整个系统的温度状态、电流状态、继电器状态的监测与自动化控制。系统既可以作为一个独立的控制系统运行，还可以配合大型控制系统，组成自动化检定流水线［2］。1．1系统安全优化设计。智能检定装置整个硬件系统采用STM32作为总体控制CPU，配合其他硬件系统，实现了对检定装置的实时温度监测和电流继电安全保护。整个系统安全优化设计可分为五大模块:总体控制模块、温度检测模块、过载检测模块、状态显示模块、继电器控制模块。整个系统的各个模块通过CPU的智能控制，实现了对整个检定系统的安全监测和自动化保护功能［3］。系统的安全设计结构框图如图1所示。1．2总体控制模块总体控制模块采用主流。CPU控制芯片STM32系列，CPU模块是整个系统的控制核心，是检定系统的“大脑”。检测模块把测试数据传送到CPU模块，由CPU模块进行处理和计算，同时，CPU模块对继电器模块下达断开、闭合的命令。另外，通过对检测模块测试的温度数据和过载信号等各个数据的汇总和计算，CPU模块将每个表位的检定状态等信息通过显示模块显示多种检测状态［4］，CPU模块还能把整个系统的各种信息通过通信模块把数据传输到PC软件中，从而实现了整个系统的智能化控制与友好的人机交互界面。1．3温度检测模块。温度检测模块通过温度传感器实时采集检定装置电流端子的温度［5］，并把检测到的温度实时与设定的温度阈值做对比，当实际温度超过阈值温度的时候，温度模块会向CPU发送一个电平信号，当CPU接收到由温度模块发送出来的电平信号之后会立即对继电器控制模块下发“旁路”指令，使该表位的旁路继电器闭合从而切断经过电表的电流保护设备避免因高温损坏。温度检测模块主要是通过一个热敏传感器来实时采集挂表座上电流端子的温度，通过实时地解析热敏电阻阻值的变化，根据热敏电阻传感器的T/R对照表来得到对应的温度。温度模块将采集到的温度值传递个给CPU模块，CPU模块对比采集温度值跟设定的温度阈值，当CPU实际温度值超限之后，CPU模块会给继电器模块下发“旁路”指令，使得温度值超限的表位电流旁路继电器闭合，使温度超限的表位电流从整个检定的电流回路切除，但并不影响其他正常表位的电流检定。温度检测模块控制示意图如图2所示。1．4过载检测模块。过载检测模块通过两个桥堆构成一个续流板来检测过载电流信号，并把这个电流信号转换为电压信号。此电压信号给到继电器控制模块，使旁路继电器闭合，同时该电压信号传给CPU，触发过载事件，CPU向继电器控制模块下发“旁路”指令，使旁路继电器闭合，通过这样硬件跟软件的双重“旁路”来避免因某一表位挂表问题而影响整个装置的自动化检定。续流检测模块用于检测装置，通过一组桥堆检测电路的过载电流，经过一个CT采样线圈采样到的电流信号利用一个分压电阻转换成电压值，电压信号通过驱动电路传输到继电器模块，使得旁路继电器闭合;同时CT采样之后的电压信号也传给CPU模块，CPU模块接收到这个电压信号立即给继电器模块发送“旁路”指令;通过这样硬件自身的旁路跟CPU第二次发指令旁路继电器，保证了在检测装置发生电流过载的时候能够及时地闭合旁路继电器，将过载表位移除电流回路并且不影响其他表位的正常检定。1．5继电器控制模块。继电器控制模块的功能主要是控制旁路继电器的闭合、断开。模块采用了磁保持继电器，使得继电器的状态不会因为突然掉电而改变原来的状态，保证了检定装置在突发状况下断电后上电的安全性。同时采用隔离PT与隔离CT技术，将检测的各表位之间的电压、电流完全独立开，表位之间互不影响。隔离电压源(隔离PT)是将一路电压信号转化为多路电压信号的装置［6］，不会因为其中一个表位电压的短路而对整个检定系统的电压源造成过载;隔离电流源(隔离CT)是通过互感器原理将电流回路的电流传递到各个检测表位的装置，即使检测表位电流回路断路，电流也可以通过过载检测与继电器控制模块的控制，使电流从“旁路”流过，电流源回路不会有过载现象，减少了对电流源的冲击［7］。这样双重保险的设计将大大减少检测系统中电压源与电流源的设备损坏，保证了检测设备和检定人员的安全。1．6状态显示模块。状态显示模块是将检定装置不同的检定项目、各种异常状态通过数码管显示出来。状态显示模块是通过CPU主控模块驱动外设，将检测设备检定过程中的各种实时检测状态呈现给检测人员，这样的设计方便对整个系统的状态检测、维护、调试。常见的状态指示对照表如表1所示。

2优化设计意义

通过对智能检测装置系统的安全检测优化设计，温度检测模块与过载检测模块能够快速判断检定系统电流回路的过载以及温度过高的故障现象，从而快速地切断与之相关的设备，避免因高温和过流引起的设备故障，确保检测系统设备的安全性能;继电器控制模块结合隔离电源技术将各检测表位互相独立开来，降低检测过程中各表位互相影响的概率;状态指示模块实时呈现检定系统在检测过程中的状态，人机交互更加直观，方便检测人员实时掌握检定系统工作情况。

3结束语

本文详细介绍了对于电子式电能表检测装置系统安全性能的优化设计。系统通过添加不同外设及智能监测模块，实现了温度控制、过载电流控制、继电器控制、表位隔离控制等功能的自动化，提高了检定系统安全性能、稳定性能，实现电子式电能表全智能检测，同时提高了检测人员的安全保护等级，真正意义上实现了全自动检测过程。

参考文献:

［1］刘火良．STM32库开发实战指南［M］．北京:机械工业出版社，2013．

［2］瞿晓卉，刘宏国．智能电能表自动化流水线检定系统的设计与实现［J］．山东电力技术，2014(6):36－38．

［3］张斌．电能表自动化检定系统的应用研究［J］．机电信息，2014(27):90－91．

［4］李忠波．电子技术［M］．北京:机械工业出版社，2002．

［5］邱关源．电路［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［6］JEFFKELJIK．ElectricMotors＆MotorControls［M］．Del-mar:CengageLearning，2006．

［7］张燕，黄金娟．电能表智能化检定流水线系统的研究与应用［J］．电测与仪表，2009，46(12):74－77．

作者:赵皓 李艳 朱勇成 单位:1.国网湖北省电力有限公司 2.湖北华中电力科技开发有限责任公司