智能型三相用電檢查儀的研制

王宇飛 郭浩琳

摘 要：本文基于高精度霍爾元件，研制了一種智能型三相用電檢查儀，解決了傳統(tǒng)用電檢查方法中存在的費(fèi)力、耗時和繁瑣復(fù)雜的問題。具體地，通過高精度采樣單元獲取電能表電壓、電流信息，經(jīng)處理單元處理后，分析單元進(jìn)行錯誤接線分析，最終通過顯示單元顯示錯誤接線判別結(jié)果。經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了直觀、高效地對電能計(jì)量裝置進(jìn)行用電檢查。

關(guān)鍵詞：高精度霍爾元件;三相用電檢查儀;電能計(jì)量裝置

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0063-03

Development of Intelligent Three-phase Electricity Inspection Instrument

WANG Yufei1 GUO Haolin2

（1.State Grid Zhengzhou Eletric Power Company，Zhengzhou Henan 450000;

2.State Grid Huixian Eletric Power Company，Huixian Henan 453000）

Abstract： An intelligent three-phase power inspection instrument based on high-precision Hall element was proposed， which solved the laborious， time-consuming and complicated problems existing in traditional power inspection methods. The design idea was that the voltage and current information of the watt-hour meter could be obtained by high-precision sampling unit. After being processed by processing unit， the analysis unit carried out error wiring analysis， and finally displayed the result of error wiring discrimination through display unit. Through field verification， it realized the intuitive and efficient inspection of electric energy metering device.

Keywords： high precision Hall element;three-phase electric power inspector;electric energy metering device

電能計(jì)量裝置包括各種類型的電能表，計(jì)量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計(jì)量柜（箱）等[1]。電能計(jì)量是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)。電能計(jì)量的準(zhǔn)確度關(guān)系到電力供需雙方的經(jīng)濟(jì)效益，是電力企業(yè)生產(chǎn)、科研和經(jīng)營管理不可缺少的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。憑借準(zhǔn)確可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)，電力企業(yè)才能保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，才能有優(yōu)質(zhì)、誠信的電力營銷和良好的企業(yè)形象。

用電檢查是為了維護(hù)正常的供用電秩序而對用戶的用電行為及與用電安全和用電合法性密切相關(guān)的行為實(shí)施的檢查[2]。其中，保證計(jì)量裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性是用電檢查的重要環(huán)節(jié)。工作人員在電能計(jì)量裝置新裝后一個月內(nèi)、更換計(jì)量裝置前、處理計(jì)量裝置故障時，必須檢查計(jì)量回路接線是否正確。

1 傳統(tǒng)的用電檢查方法存在的弊端

1.1 對工作人員的理論水平和專業(yè)素養(yǎng)要求較高

目前，工作人員在進(jìn)行用電檢查時，使用的工具為數(shù)字式雙鉗相位伏安表，如圖1所示。以三相三線電能計(jì)量裝置為例，工作人員需要先測量[Ia]和[Ic]的電流值，再用電壓表筆測得電壓值[Uab]和[Ucb]，然后通過電流和電壓判斷負(fù)荷是否達(dá)到要求，是否可以進(jìn)行接線判斷。負(fù)荷大小達(dá)標(biāo)后，使用相位伏安表分別測量[UabIa]、[UabIc]、[UcbIa]、[UcbIc]的相位角，通過理論分析計(jì)算接線正確與否。三相三線電能計(jì)量裝置的相量圖如圖2所示。

1.2 工作人員多

使用數(shù)字式雙鉗相位伏安表進(jìn)行測量時，需要1人測量電壓、電流幅值及相位角，1人記錄并計(jì)算，1人監(jiān)護(hù)，共計(jì)3人。

1.3 工作效率低

筆者對某班組2018年的用電檢查情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在一年542次檢查中有378次檢查無法一次完成，其中由于負(fù)荷電流低于相位伏安表的電流測量范圍下限（通常為150mA）而導(dǎo)致無法一次完成的情況累計(jì)達(dá)359次，占所有無法完成情況總次數(shù)的95%，如表1所示。工作人員只能通過詢問客戶負(fù)荷增長時間后，再次往返現(xiàn)場進(jìn)行用電檢查，大大增加了時間成本和人力成本。

2 市面上現(xiàn)有用電檢查儀的調(diào)查

筆者通過咨詢生產(chǎn)廠家和走訪科技市場的方式，對市面上現(xiàn)有的用電檢查儀情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過市場調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)市場上已經(jīng)有利用電能表電壓、電流量即可自動判斷錯誤接線的用電檢查設(shè)備，但和數(shù)字式雙鉗相位伏安表存在的問題相同，即小電流情況下判斷結(jié)果的可信度下降，同時功角為60°時無法判斷錯誤接線。

3 智能型三相用電檢查儀設(shè)計(jì)方案的確定

通過上述市場調(diào)查，筆者利用現(xiàn)有成熟的小電流高精度測量儀器霍爾元件，自行研制具有高精度小電流測量能力的智能型三相用電檢查儀。該儀器的需求分析如表3所示。

根據(jù)以上需求分析，設(shè)計(jì)思路確定為由高精度采樣單元獲取電能表電壓、電流信息，經(jīng)過處理單元數(shù)據(jù)處理后，送入操作系統(tǒng)單元進(jìn)行錯誤接線判斷，并通過顯示單元顯示錯誤接線判別結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，原理如圖3所示。

經(jīng)過分析，各個元器件技術(shù)或尺寸上所需達(dá)到的要求，如表4所示。

經(jīng)過對比分析，確定最佳方案如下：鉗形電流互感器選取三相式電流鉗，霍爾元件選取LT120A型霍爾元件，主板選取Pico-ITX主板，處理單元選取AD380KD，操作系統(tǒng)單元選取Windows CE，存儲單元選取外置存儲卡，供電模塊選取內(nèi)置電源，顯示屏選取電容式顯示屏，外殼選取輻射交聯(lián)聚乙烯。

確定最佳方案后，整理電路圖、線路圖、零件清單制作電流鉗，最終制成集成電路板，并利用Visual C++工具編寫錯誤接線判斷分析程序，以實(shí)現(xiàn)在任何功角下判斷錯誤接線的功能。

不同于傳統(tǒng)算法，本計(jì)算程序首先利用所測得的電壓、電流及相位角信息，確定三相電壓[Ua]、[Ub]、[Uc]與[U1]、[U2]、[U3]的對應(yīng)關(guān)系，判斷電壓回路是否存在斷相、錯相序及極性反接等錯誤類型。在此基礎(chǔ)上，將[U1]、[U2]、[U3]與[I1]、[I3]之間的相角關(guān)系轉(zhuǎn)換為[Ua]、[Ub]、[Uc]與[I1]、[I3]之間的相角關(guān)系。此時，即可根據(jù)相電壓與對應(yīng)相電流跟相原則，判斷電流回路錯誤接線類型。整個設(shè)備的制作具體實(shí)施步驟，如表5所示。

4 現(xiàn)場驗(yàn)證

智能型三相用電檢查儀研制成功后，筆者對近幾次工作中用電檢查儀的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)用電檢查儀使用正確率可以達(dá)到100%。

同時，為檢測所研制的三相用電檢查儀能否在任何功角下正確實(shí)現(xiàn)錯誤接線判斷，將負(fù)荷大小范圍分別設(shè)置為5～150mA及150mA～10A，在不同功角下使用三相用電檢查儀分別進(jìn)行50次測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，三相用電檢查儀能夠在所有功角情況下準(zhǔn)確判斷錯誤接線。

同時，由于電流測量范圍拓展為5mA～10A，改變了過去需要等待負(fù)荷增長使工組人員二次往返進(jìn)行用電檢查的情況，用電檢查平均作業(yè)時間大幅度降低，工作效率大大提高。另外，使用三相用電檢查儀現(xiàn)場作業(yè)時，可以1人操作，1人監(jiān)護(hù)，工作人數(shù)由3人降為2人。

5 結(jié)語

智能三相用電檢查儀的研制與使用，創(chuàng)造性地解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題，收到了預(yù)期效果，為用電檢查工作的更好開展提供了有力的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部.電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]電力行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)書用電監(jiān)察員[M].北京：中國電力出版社，2009.