一种三相电能表检定装置表位开路检测电路及方法与流程

1.本发明涉及检定装置表位隔离技术领域，尤其是涉及一种三相电能表检定装置表位开路检测电路及方法。


背景技术：

2.目前已实现的开路检测表位隔离方法，较多地是采用软件处理开路信号，下发指令以控制继电器切换的方式实现。而检定装置表位线检测过程中，可能出现部分表位接驳出现问题或者因为部分表本身存在问题，导致该处电流出现断路，导致该点后面所有的表位都出现检测不合格的问题。针对这种现象，由于需要软件先处理检表线某表位的开路信号再下发至下挂控制继电器才能实现表位隔离，存在较长的延迟反应时间。若mcu处理该信号到下发隔离信号的时间稍长，则会出现电流开路的时间过长，影响检定的准确性。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种三相电能表检定装置表位开路检测电路及方法，以解决上述技术问题，使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离，可自动开路隔离表位，大大提高了检表效率和准确性。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，包括：
5.采样模块，用于对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；
6.整流放大模块，用于对所述交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；
7.比较控制模块，用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。
8.上述方案提供的电路用于三相电能表检定装置表位开路检测，其针对软件控制开路检测反应速度较慢的缺点进行了改进，使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离。当发生开路故障时，可自动开路隔离表位，硬件动作的时间远远少于需先将开路信号发送至mcu处理后再下发控制指令所需要的时间，大大提高了检表效率和准确性。
9.进一步地，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：
10.所述整流子电路用于将所述交流电压信号整流为馒头波信号；
11.所述放大子电路用于将所述馒头波信号进行放大，得到放大信号；
12.所述反相加法器子电路用于将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。
13.进一步地，所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：
14.所述比较器子电路用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比
较结果生成控制信号；
15.所述控制子电路用于根据所述控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。
16.进一步地，所述比较器子电路包括前沿消隐单元和比较器单元；其中：
17.所述前沿消隐单元用于消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺；
18.所述比较器单元用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号。
19.进一步地，所述比较器子电路的基准电压基于所述放大子电路的信号放大倍数或基于所述反相加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。
20.本发明提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，基于一种三相电能表检定装置表位开路检测电路实现，具体包括以下步骤：
21.利用采样模块对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；
22.基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；
23.在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。
24.上述方案提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，实现对检表线运行过程中出现的表位开路导致的检表不准确、效率低的问题进行改进，使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离。当发生开路故障时，可自动开路隔离表位，硬件动作的时间远远少于需先将开路信号发送至mcu处理后再下发控制指令所需要的时间，大大提高了检表效率和准确性。
25.进一步地，所述基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号中，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：
26.通过整流子电路将交流电压信号整流为馒头波信号；
27.基于放大子电路对馒头波信号进行放大，得到放大信号；
28.在反相加法器子电路上将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。
29.进一步地，所述在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离，具体为：
30.所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：
31.通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号；
32.基于控制子电路根据控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。
33.进一步地，在所述通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号中，还包括：
34.采用前沿消隐单元消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺。
35.进一步地，比较器子电路的基准电压基于放大子电路的信号放大倍数或基于反相
加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。
附图说明
36.图1为本发明一实施例提供的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路架构示意图；
37.图2为本发明一实施例提供的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路应用示意图；
38.图3为本发明一实施例提供的一种三相电能表检定装置表位开路检测方法流程示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参见图1，本实施例提供一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，包括：
41.采样模块，用于对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；
42.整流放大模块，用于对所述交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；
43.比较控制模块，用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。
44.本实施例提供的电路用于三相电能表检定装置表位开路检测，其针对软件控制开路检测反应速度较慢的缺点进行了改进，使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离。当发生开路故障时，可自动开路隔离表位，硬件动作的时间远远少于需先将开路信号发送至mcu处理后再下发控制指令所需要的时间，大大提高了检表效率和准确性。
45.进一步地，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：
46.所述整流子电路用于将所述交流电压信号整流为馒头波信号；
47.所述放大子电路用于将所述馒头波信号进行放大，得到放大信号；
48.所述反相加法器子电路用于将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。
49.进一步地，所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：
50.所述比较器子电路用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号；
51.所述控制子电路用于根据所述控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。
52.进一步地，所述比较器子电路包括前沿消隐单元和比较器单元；其中：
53.所述前沿消隐单元用于消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺；
54.所述比较器单元用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号。
55.进一步地，所述比较器子电路的基准电压基于所述放大子电路的信号放大倍数或基于所述反相加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。
56.本实施例提供的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，主要适用于三相电能表流水线检测。其关键点在于输出到比较控制模块的电压信号的处理，合理调整电路中的电容值可实现将馒头波信号转化为脉动直流电压信号，加上直流偏执电压大于基准电压控制输出翻转从而控制继电器隔离表位。其中，直流偏执电压和采样到的交流电压信号相加最好是大于基准电压一定幅值，增强抗干扰能力，该抗干扰的窗口电压也可通过提高前级放大子电路的放大倍数进行设置。
57.为了进一步说明本发明的技术优势，本实施例提供一种三相电能表检定装置表位开路检测电路的具体应用，其电路原理图可参见图2所示。
58.在具体实施过程中，当表位开路时，电流将通过采样模块的互感器流入一个采样的交流电压信号，使用采样电阻将其转换为交流电压信号输入至后级的信号处理电路。采样输入的电流信号iin，理想运放输入阻抗为无穷大，实际运放的输入阻抗也一般在mω级，故输入采样电流信号可认为全部走采样电阻r10，此时输入电压信号uin＝iin*r10，由于经过纯电阻器件的电压波形和电流波形一致，因此uin为工频交流电压信号。
59.进一步地，前级输入的交流电压信号经过整流子电路，将信号整流输出成馒头波信号，输出幅值为|uin|；
60.进一步地，输出的馒头波信号由于还是交流小信号，故在放大子电路中使用一个同相比例放大器实现信号的放大后输出为(1+r3/r4)*|uin|，该信号的幅度与后级偏执电压和的绝对值大于基准电压。
61.进一步地，在反相加法器子电路的加法器单元中，将上述放大的馒头波信号与直流偏执电压相加，实现比较电压的幅值抬升，直流偏执若为2v，则经过该电路输出为-(2+(1+r3/r4)*|uin|)v；接着在反相加法器子电路的反相单元中，使用一个一比一放大的反相比例放大器将上述信号进行反相，即输出uout＝(2+(1+r3/r4)*|uin|)*r11/r15，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。
62.进一步地，将脉动直流电压信号输入比较器子电路中，与基准电路产生的基准电压进行比较，当检测到开路信号时，若uout＞vref，则比较器的输出逻辑电平发生翻转，控制子电路控制后续继电器动作实现开路检测自动隔离表位的功能。
63.需要说明的是，比较器子电路中包括前沿消隐单元，由于在检表线的功率源刚刚启动的瞬间会瞬间输出一个较大的电流过冲，采样模块此时采样的电流将远远大于开路检测的电流信号，可能瞬间造成表位判断为开路从而隔离表位，本实施例通过前沿消隐单元对该瞬间毛刺进行有效吸收，防止误动作，大大增强电路工作的稳定性。
64.本实施例针对检表线实际应用场合需要快速达到硬件隔离的应用要求做了改进，可以快速实现硬件隔离避免因响应时间的问题影响检表的效率，通过外部对采集模拟量的信号处理和调制可直接越过软件处理电表开路时的突发状况，保证检表能有序进行。在实现开路检测时硬件主动隔离的功能的同时，通过调节电路中关键部分的阻容参数设置窗口电压可以达到增强抗干扰的效果。
65.需要特别说明的是，该电路中通过加法器单元为放大的馒头波信号提供一个直流偏执电压从而使得输入电压在采集到开路信号时能够稳定地大于基准电压值，避免了比较器不翻转的问题出现。由于采样到的交流电压信号电位通过直流偏执电压提升了电位，故在设置比较基准电压的时候可以设置的更高，提高了比较的窗口电压，大大增强抗干扰能力。例如比较基准2.5v可以设置为更高的阈值3v，此时未开路时由于输出一个较小的电压与这个比较值离得更远，噪声门限得到了提升，在发生开路事件时，可增大上述的放大子电路的r3或反相单元的r11，提高放大倍数，使得输出大于基准电压即可。
66.请参见图3，本实施例提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，基于一种三相电能表检定装置表位开路检测电路实现，具体包括以下步骤：
67.s1：利用采样模块对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；
68.s2：基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；
69.s3：在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。
70.进一步地，所述基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号中，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：
71.通过整流子电路将交流电压信号整流为馒头波信号；
72.基于放大子电路对馒头波信号进行放大，得到放大信号；
73.在反相加法器子电路上将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。
74.进一步地，所述在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离，具体为：
75.所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：
76.通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号；
77.基于控制子电路根据控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。
78.进一步地，在所述通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号中，还包括：
79.采用前沿消隐单元消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺。
80.进一步地，比较器子电路的基准电压基于放大子电路的信号放大倍数或基于反相加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。
81.本实施例提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，实现对检表线运行过程中出现的表位开路导致的检表不准确、效率低的问题进行改进，使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离。当发生开路故障时，可自动开路隔离表位，硬件动作的时间远远少于需先将开路信号发送至mcu处理后再下发控制指令所需要的时间，大大提高了检表效率和准确性。
82.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，其特征在于，包括：采样模块，用于对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；整流放大模块，用于对所述交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；比较控制模块，用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。2.根据权利要求1所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，其特征在于，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：所述整流子电路用于将所述交流电压信号整流为馒头波信号；所述放大子电路用于将所述馒头波信号进行放大，得到放大信号；所述反相加法器子电路用于将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。3.根据权利要求2所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，其特征在于，所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：所述比较器子电路用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号；所述控制子电路用于根据所述控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。4.根据权利要求3所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，其特征在于，所述比较器子电路包括前沿消隐单元和比较器单元；其中：所述前沿消隐单元用于消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺；所述比较器单元用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号。5.根据权利要求4所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测电路，其特征在于，所述比较器子电路的基准电压基于所述放大子电路的信号放大倍数或基于所述反相加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。6.一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，其特征在于，基于一种三相电能表检定装置表位开路检测电路实现，具体包括以下步骤：利用采样模块对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。7.根据权利要求6所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，其特征在于，所述基于整流放大模块对交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号中，所述整流放大模块包括整流子电路、放大子电路和反相加法器子电路；其中：通过整流子电路将交流电压信号整流为馒头波信号；基于放大子电路对馒头波信号进行放大，得到放大信号；
在反相加法器子电路上将放大信号与直流偏执电压进行相加，并进行反相操作，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号。8.根据权利要求7所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，其特征在于，所述在比较控制模块上将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离，具体为：所述比较控制模块包括比较器子电路和控制子电路；其中：通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号；基于控制子电路根据控制信号对继电器动作进行控制，实现对表位的自动隔离。9.根据权利要求8所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，其特征在于，在所述通过比较器子电路将脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果生成控制信号中，还包括：采用前沿消隐单元消除三相电能表检定装置表位接入瞬间产生的毛刺。10.根据权利要求9所述的一种三相电能表检定装置表位开路检测方法，其特征在于，比较器子电路的基准电压基于放大子电路的信号放大倍数或基于反相加法器子电路的直流偏执电压大小进行设置。

技术总结
本发明提供了一种三相电能表检定装置表位开路检测电路及方法，该电路包括：采样模块，用于对三相电能表检定装置表位开路信号进行采样，获取交流电压信号；整流放大模块，用于对所述交流电压信号进行整流、放大及反相处理，得到过零点叠加在直流偏执电压上的脉动直流电压信号；比较控制模块，用于将所述脉动直流电压信号与基准电压进行比较，并基于比较结果进行继电器动作控制，实现对表位的自动隔离。本发明提供的电路用于三相电能表检定装置表位开路检测，其使用纯硬件方式实现表位开路信号检测与隔离。当发生开路故障时，可自动开路隔离表位，硬件动作的时间远远少于软件反馈下发控制指令所需要的时间，大大提高了检表效率和准确性。和准确性。和准确性。


技术研发人员：刘日荣 张永旺 化振谦 张科 赵炳辉 李健 姚智聪 宋鹏 何俊文 陈鹏
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司计量中心
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/6