一種含無功補償、繼電保護功能的多功能電表的制作方法
【專利摘要】本發明創造提供一種含無功補償、繼電保護功能的多功能電表，它的功能包括測量監控室內溫度及濕度、三相電壓、電流、相位相序、頻率、功率、諧波、無功補償、繼電保護。多功能電表主要組成：1、采樣單元，2、模數轉換單元，3、計算判斷單元、4、顯示單元，5、命令執行單元，6、數據存儲單元。采樣單元有溫度傳感器、濕度傳感器、電流檢測器、電壓檢測器等；模數轉換單元把采集到的物理量變成數字量；計算判斷單元包含計算部分和判斷部分，這兩個部分由兩個處理器對數字了進行計算和判斷，這樣的設計能夠縮短從數據采集、處理到顯示的時間。顯示單元不僅在多功能電表上的LED屏上顯示，同時也要在監控系統主控機上顯示；命令執行單元包含自動調控和人工調控。
【專利說明】
一種含無功補償、繼電保護功能的多功能電表
技術領域
[0001]本發明屬于電力監控、調控設備，對室內溫度及濕度、三相電壓、電流、相位相序、頻率、功率、諧波等數據的監測、采集、調控，同時對變電所進行無功補償、繼電保護。
【背景技術】
[0002]傳統電表只作為電能計量儀器使用，功能相對而言比較單一，而且其穩定性、精度、靈敏度方面都比較難控制，需要定時做校調。本設計的多功能電表除了具備傳統電表基本用電量的計量功能以外，它還具有測量溫度、濕度、A、B、C各相的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素及電網頻率等。它的基本功能包括雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、數據記錄功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能，還包括無功補償、繼電保護功能。其中無功補償、繼電保護功能是它的特色功能。無功補償及繼電保護功能集中在多功能電表中，通過對各種數值的分析能夠準確、無誤的進行無功補償、繼電保護，提高系統的安全性。此款多功能電表體積小巧、測量精度高、低功耗、長壽命、高精度、經濟成本低，維修方便，更加符合變電所對電表的要求。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種含無功補償、繼電保護功能的多功能電表，不僅能夠完成常規的基礎物理量的監測(如溫度、濕度、電壓、電流)，同時進行監測相位相序、頻率、功率、諧波、無功補償、繼電保護。多功能電表采用雙處理器提高處理數據速度，數據可以傳輸到監控系統的主控機上，監控人員隨時掌握數據，對不在正常范圍值的數據，系統自動做出調控，在規定時間內未能調控成功，立即進行人工調控，達到正常范圍值。數據隨時進行存儲，有利于隨時查閱。
[0004]多功能電表的功能:
[0005]1、采樣單元利用溫度傳感器、濕度傳感器、電流檢測器、電壓檢測器等采集數據，這些元件通過RS485電纜與多功能電表連接。
[0006]2、模數轉換單元對采集到的物理數據進行轉換，轉換處理器采用DSP TMS2407芯片。
[0007]3、計算判斷單元分兩步，第一步計算，第二步判斷。利用采集到的數據計算相位相序、頻率、功率、諧波及無功補償和繼電保護中的量，再進行判斷這些量是否正常。采用DSPTMS2407芯片進行計算，ARM7NXP2123芯片進行判斷，這樣可以提高運行速度。
[0008]4、顯示單元包含兩部分:多功能電表上的LED顯示屏和監控系統主控機。采用RS485芯片進行通信。
[0009]5、命令執行單元由自動調控部分和人工調控部分組成。數據判斷不在正常值范圍內，發出警報，并自動調控。自動調控命令發出后在規定時間內，系統沒有恢復正常，再次出發出警報，請求人工調控，直至系統恢復正常。
[0010]6、數據存儲單元對數據進行存儲，存儲的數據要傳輸到監控系統主控機上。
[0011]7、多功能電表中的無功補償、繼電保護功能的數據來源更加精準，對系統保護采取的措施更加準確，確保系統更加安全、可靠。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明所述的多功能電表控制原理圖。
[0013]圖2是多功能電表基本流程圖。
[0014]圖3是室內溫度、濕度監控流程圖。
[0015]圖4是無功補償功能基本流程圖。
[0016]圖5是繼電保護基本流程圖。
【具體實施方式】
[0017]多功能電表的功能:
[0018]1、采樣單元利用溫度傳感器、濕度傳感器、電流檢測器、電壓檢測器等采集數據。這些元件通過RS485電纜與多功能電表連接。
[0019]2、模數轉換單元對采集到的物理數據進行轉換，轉換處理器采用DSP TMS2407芯片。
[0020]3、計算判斷單元分兩步，第一步計算，第二步判斷。利用采集到的數據計算相位相序、頻率、功率、諧波及無功補償和繼電保護中的量，再進行判斷這些量是否正常。
[0021 ] 無功補償功能基本原理是，當cos Φ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個范圍內，此時控制器沒有控制信號發出，這時已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當檢測到COS Φ不滿足要求時，如COS Φ滯后且〈0.95，那么將一組電容器投入，并繼續監測cos?如還不滿足要求，控制器則延時一段時間(延時時間可整定)，再投入一組電容器，直到全部投入為止。當檢測到超前信號如cos Φ〈0.98，即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是:先投入的那組電容器組在切除時就要先切除。多功能電表中的無功補償功能實現的內容是:操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據負載自動調節切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示(:08 0、1]、1、3、？、0及頻率。
[0022]繼電保護需要正確測量如下工頻電氣量:
[0023]當電流增大時，即短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。
[0024]當電壓降低時，即發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。
[0025]當電流與電壓之間的相位角改變，即正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°?85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180° +(60° ?85°)。
[0026]當測量阻抗發生變化，即測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗;金屬性短路時，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。
[0027]當不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量;單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。
[0028]通過采集正確的數據，進行計算判斷，采取相應地保護措施。具體的保護措施有電流保護(過電流保護、電流速斷保護、定時限過電流保護、反時限過電流保護、無時限電流速斷)、電壓保護(過電壓保護、欠電壓保護、零序電壓保護)、瓦斯保護、差動保護(橫聯差動保護、縱聯差動保護)、高頻保護、距離保護、平衡保護、負序及零序保護、方向保護等。
[0029]多功能電表計算、判別單元采用DSP TMS2407芯片進行計算，ARM7NXP2123芯片進行判斷，這樣可以提高運行速度。
[0030]4、顯示單元包含兩部分多功能電表上的LED顯示屏和監控系統主控機。采用RS485芯片進行通信。
[0031]5、命令執行單元由自動調控部分和人工調控部分組成。數據判斷不在正常值范圍內，發出警報，并自動調控。自動調控命令發出后在規定時間內，系統沒有恢復正常，再次出發出警報，請求人工調控，直至系統恢復正常。
[0032]6、數據存儲單元對數據進行存儲，存儲的數據要傳輸到監控系統主控機上。
【主權項】
1.一種含無功補償、繼電保護功能的多功能電表，檢測數據有室內溫度及濕度、三相電壓、電流、相位相序、頻率、功率、諧波等，并有無功補償、繼電保護功能。組成部分:采樣單元，模數轉換單元，計算判斷單元，顯示單元，命令執行單元，數據存儲單元。2.根據權利要求1所述的多功能電表，其特征是檢測的量可以在LED顯示也可以在監控系統主控機上顯示。3.根據權利要求1所述的多功能電表，其特征是計算判斷單元分兩個步驟完成，由兩個處理器分步處理數據，提高數據處理速度。4.根據權利要求1所述的多功能電表，其特征是數據存儲單元，對數據進行存儲。5.根據權利要求1所述的多功能電表，其特征是命令執行單元有自動調控和人工調控功能。6.根據權利要求1所述的多功能電表，其特征是同時對變電所進行無功補償、繼電保護。
【文檔編號】G01D21/02GK105866531SQ201610249086
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】徐惠勇, 井文麗, 鈕鑫, 溫凱瑞, 董娜
【申請人】中國地質大學（北京）