高精度全自動(dòng)交直流指示儀表標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

河南電力試驗(yàn)研究院 劉瑋蔚

電網(wǎng)電參量測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，各種高精度的測(cè)量裝置在電網(wǎng)和電廠的應(yīng)用也越來(lái)越多。高精度的標(biāo)準(zhǔn)表及檢定裝置具有功能齊全、測(cè)量量程大的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地滿(mǎn)足各市級(jí)單位工作的需要，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，檢定任務(wù)也較為繁重。目前在電力系統(tǒng)使用的檢定裝置、標(biāo)準(zhǔn)表和指示儀表類(lèi)型較多，每種儀器的功能、使用方法和量程設(shè)置也不相同，每次檢定都需查看說(shuō)明書(shū)和歷史測(cè)試記錄，使檢定工作變得更加繁雜，也增加了檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，高精度全自動(dòng)交直流指示儀表標(biāo)準(zhǔn)器的研發(fā)就顯得尤為重要。

一、工作原理

整個(gè)系統(tǒng)由主控制模塊、三相交流精密測(cè)試電源、單相直流精密測(cè)試電源、切換模塊、COM3000 三相交流標(biāo)準(zhǔn)、8508A單相直流標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)等功能模塊組成。其基本工作原理是由計(jì)算機(jī)通過(guò)讀出被檢表或被檢裝置的各種電參量，同時(shí)由主控制模塊讀出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量器具的各種電參量，并將這些電參量值上傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，計(jì)算出被檢表或被檢裝置的誤差，并根據(jù)設(shè)置的誤差限給出測(cè)量結(jié)果。

二、主控制模塊

主控制模塊通過(guò)擴(kuò)展RS232 串口實(shí)現(xiàn)對(duì)交流標(biāo)準(zhǔn)電源、直流標(biāo)準(zhǔn)電源、切換模塊和COM3000 的控制，將計(jì)算機(jī)控制軟件設(shè)置的電源信息、控制信息傳遞到交流標(biāo)準(zhǔn)電源，并增加實(shí)時(shí)握手功能，用來(lái)保證交流標(biāo)準(zhǔn)電源、直流標(biāo)準(zhǔn)電源、切換模塊和COM3000 的工作可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

三、三相交流精密測(cè)試電源

標(biāo)準(zhǔn)交流測(cè)試電源采用模塊化設(shè)計(jì)，包括波形發(fā)生與控制模塊、波形前置放大模塊、功率放大模塊、輸出反饋控制模塊等部分，各模塊組裝成兩個(gè)機(jī)箱，即波形發(fā)生控制、波形前置放大與電壓輸出箱和電流輸出箱。電流輸出易產(chǎn)生較強(qiáng)電磁干擾，為避免干擾，要采取合理的走線工藝，以減少其電磁干擾強(qiáng)度；同時(shí)還要將波形發(fā)生控制與電壓輸出箱放置在離電流輸出箱較遠(yuǎn)的位置，通過(guò)適宜的工藝處理，最終使電壓電流的輸出都能達(dá)到比較高的輸出穩(wěn)定度和較小的失真度，而且輸出時(shí)互不影響。

四、單相直流精密測(cè)試電源

標(biāo)準(zhǔn)裝置整體采用模塊化設(shè)計(jì)思路，所以直流電源作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊而嵌入到整個(gè)工作系統(tǒng)之中。直流電壓的實(shí)現(xiàn)分成兩個(gè)部分，10 V 及其以上擋位的電壓信號(hào)由交流源的電壓輸出通過(guò)整流濾波生成；10 V 以下?lián)跷挥蒀PU 通過(guò)D/A 合成直流電壓波形信號(hào)，然后再對(duì)波形信號(hào)的放大來(lái)實(shí)現(xiàn)。

直流電流信號(hào)的實(shí)現(xiàn)是先由CPU 通過(guò)D/A 合成一個(gè)直流電壓波形信號(hào)，再讓這個(gè)電壓信號(hào)流過(guò)一個(gè)高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)電阻而產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)，然后再對(duì)這個(gè)電流信號(hào)進(jìn)行放大進(jìn)而得到需要的電流值。直流電壓電流的報(bào)警保護(hù)功能是通過(guò)取樣電阻對(duì)輸出進(jìn)行采樣，再將采樣得到的電壓信號(hào)送給CPU 進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)測(cè)量值與設(shè)置的輸出值是否一致來(lái)判斷有無(wú)電壓短路、電流開(kāi)路的現(xiàn)象出現(xiàn)，如果判斷有電壓短路、電流開(kāi)路的情況出現(xiàn)，應(yīng)立即關(guān)掉電源輸出，以保護(hù)電源的安全使用。

五、切換模塊

由于交直流標(biāo)準(zhǔn)裝置既有交流特性又有直流特性，因此，需要有至少兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器具分別進(jìn)行交流和直流的各種電參量的測(cè)量。本文，筆者選用了ZERA 公司的標(biāo)準(zhǔn)功率電能表COM3000作為交流測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)比較器具，選用了FLUKE 公司的直流電壓電流參考標(biāo)準(zhǔn)8508A 作為直流測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)比較器具。

切換模塊能由用戶(hù)設(shè)置手動(dòng)或自動(dòng)切換使用，因?yàn)镃OM3000的電壓測(cè)量范圍為30～500 V，所以由裝置默認(rèn)自動(dòng)選擇標(biāo)準(zhǔn)表時(shí)，30～500 V 的交流電壓擋位使用COM3000 作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，30 V 以下和500 V 以上（小于800 V）的交流電壓擋位以8508A 為主要標(biāo)準(zhǔn)。該裝置還設(shè)置了用戶(hù)手動(dòng)選擇標(biāo)準(zhǔn)表的功能，當(dāng)用戶(hù)選擇手動(dòng)選擇標(biāo)準(zhǔn)表的時(shí)候在0～500 V 的電壓擋位可以由用戶(hù)根據(jù)需要選擇使用標(biāo)準(zhǔn)為COM3000 或8508A，但當(dāng)設(shè)置電壓大于500 V 后，因?yàn)樵O(shè)置值已超出COM3000 的最大測(cè)試范圍，所以此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表就固定選擇8508A，而不管用戶(hù)設(shè)置的是否為8508A。

六、軟件控制方案

軟件編制模塊化設(shè)計(jì)，總控臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)電源、標(biāo)準(zhǔn)表控制及誤差和數(shù)據(jù)的處理，校驗(yàn)?zāi)K針對(duì)不同被檢裝置類(lèi)型方便地定制不同的校驗(yàn)方案，可較方便地進(jìn)行通訊協(xié)議配置及檢定內(nèi)容設(shè)置，并能方便地進(jìn)行方案編輯和修改。軟件支持自動(dòng)和手動(dòng)模式，手動(dòng)模式可由軟調(diào)節(jié)按鈕設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，誤差結(jié)果可存入相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)?？刂栖浖煽刂蒲b置、電源，能夠與標(biāo)準(zhǔn)表通訊，并能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表的顯示直接調(diào)整電源的輸出。

七、結(jié)論

電側(cè)量指示儀表檢定是確保電氣設(shè)備安全、電網(wǎng)可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。0.01 級(jí)交直流指示儀表標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)研制高穩(wěn)定的電源、了解各儀表生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約、配合0.01 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)儀表和儀表裝置的全自動(dòng)檢定，實(shí)現(xiàn)檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)處理、證書(shū)打印等操作，極大地提高了檢定的準(zhǔn)確度，并降低了檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使電測(cè)儀表計(jì)量檢定工作更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。本文，筆者所研制的高精度全自動(dòng)交直流指示儀表標(biāo)準(zhǔn)裝置自2009年1月起在河南電力試驗(yàn)研究院進(jìn)行了使用，運(yùn)行穩(wěn)定、準(zhǔn)確、有效地提高了檢定效率。