便攜式電壓監測儀智能檢測裝置工作原理及使用注意事項

南方電網曲靖供電局 王莆 楊子力 尹定座 張崔金 周繼宏

0 引言

現階段實踐操作中針對電壓監測儀的檢定基本停留在手工階段，檢定人員的工作量大，但檢定效率低、易出錯，因此迫切需要一種能夠完成對電壓監測儀進行準確檢定的自動化檢定系統，實現數據對比、輸出檢定報告的自動化，提高檢定效率和精確率。

1 便攜式電壓監測儀智能檢測裝置特點

一是檢測功能全面：能實現對電壓監測儀的精度、功耗、監測統計、通信、維護等27項全部功能性檢測。

二是檢測結果智能自動判定研究：采用表源一體化檢測方式，通過軟件控制標準源輸出，按照業務規則計算測點統計時段內的超限率、超限時間，與電壓監測儀上送的統計值進行比較，從而實現電壓監測儀整定誤差及統計誤差的自動判斷。

三是定制化一鍵自動測試研發：通過導入靈活定制的用例化校驗規則，對電壓監測儀進行通信協議檢測和時間統計值檢測，并根據測試結果給出通信協議及時間統計值的正確性和完整性評價報告，充分體現電壓監測儀檢測自動化、智能化的特點。

四是在線式檢測管理：具備自動從電壓監測系統獲取電壓監測儀檔案生成及下裝定檢任務功能，自動匯總檢測結果。

2 便攜式電壓監測儀智能檢測裝置工作原理

針對目前電壓監測儀無法現場檢測問題，研制了0.05級單相便攜式電壓檢測儀智能檢測裝置，檢測裝置由程控電壓信號源（主要包括帶諧波的程控信號發生器、OCL互補推挽功率放大器）、單相標準電壓表、標準時間測量電路、以及單片微型計算機控制系統等部分組成。檢測軟件控制電壓信號源同時輸出電壓至裝置內部的標準電壓表和被檢測的電壓監測儀，通過串行口實時采集電壓監測儀電壓數據送給上位機，上位機的應用軟件自動完成采集電壓與內置電壓表電壓值數據比對分析，實現電壓監測儀的自動化一鍵檢測。

2.1 硬件工作原理

硬件電路由主控ARM+FPGA處理器、交流信號波形生成、功率放大、輸入輸出采樣電路、顯示屏、電源模塊組成，電路組成框圖如圖1：

圖1

2.1.1 主控ARM+FPGA處理器

本裝置控制系統采用了強大的MPU+FPGA雙核結構，因而可靈活配置和增強即時處理功能和擴展功能，MPU單片機系統通過鍵盤或RS232接收命令，通過編碼后，發送給FPGA，由FPGA譯碼后生成進行波形合成電壓信號，同時從輸出的電壓信號上取樣電壓和負載電流信號返回給機內信號采樣電路產生數字信號， MPU+FPGA對此數字信號進行綜合計算后，得出標準輸出的電壓、電流和負載功率的精確值。若輸出和設置有一點的偏差，則通過PID方式進行電壓的跟蹤調節，控制輸出電壓標準輸出值。

2.1.2 交流信號波形生成

交流信號波形生成電路采用了數字式信號發生器產生頻率、幅度、波形可調的標準交流信號波形，電路組成框圖如圖所示。

圖2 交流信號波形生成框圖

系統由ARM+FPGA處理模塊、并口的D/A轉換芯片AD7837、串口D/A轉換芯片MAX541、電壓基準MC1203、運算放大器INA128和OP07組成。MC1203產生2.5V的基準電壓，ARM+FPGA處理模塊的I/O口模擬輸出16位串行數字信號，控制MAX541產生可調輸出0～+2V的直流信號給AD7837，將交流信號波形數據存貯在ARM+FPGA處理模塊中，由ARM+FPGA連續輸出一個交流波形的12位數字信號，控制AD7837交流信號，再由運算放大器OP07及INA128放大到0～5V的交流信號，此交流信號提供給功率放大器。

2.1.3 功率放大電路

功率放大電路采用了輸入級，大功率場效應管放大電路，輸出電路、取樣反饋電路和保護電路，組成框圖如圖3所示。

圖3

輸入級和反饋電路由運算放大器OP07組成，有零漂移控制電路和濾波電路，從輸出電路中取樣0～5V交流信號與輸入的0～5V交流標準信號比較，控制功率放大電路保證輸出信號失真小、高穩定性和準確度。

大功率放大電路是甲乙類放大，采用場效應管，場效應管是電壓控制元件，具有輸入阻抗高，噪聲小，受外界溫度及輻射影響小，存在零溫度系數工作點。保護電路采用過流保護，當采樣到工作電流過保護點時，切斷功率放大電路的工作電源。

2.1.4 輸入輸出采樣電路

電壓電流采樣電路由ARM+FPGA處理模塊、并口的A/D轉換芯片AD976、精密電壓基準MAX6225、運算放大器PGA205AP組成。MAX6225產生2.5V基準，從輸出電壓、電流取樣0～5V交流波形信號經過運算放大器PGA205AP提供給AD976模擬信號，A/D轉換器AD976將模擬信號轉換為數字信號，ARM+FPGA處理模塊采樣到此數字信號，經FPGA和MPU進行綜合計算后，得出標準輸出的電壓、電流、負載功率的精確值。

秒脈沖檢測電路采樣被測表秒脈沖，由ARM+FPGA處理模塊計算被測表秒脈沖和標準秒脈沖的誤差，從而計算被測表秒脈沖誤差。

2.2 軟件工作原理

軟件基本工作流程圖如下：

3 維護使用注意事項

電壓監測儀，顧名思義就是用來監測電壓數據的裝置，可查看瞬時電壓值，每日、每月的電壓合格率及合格時間，超上（下）限時間，最大（小）值及出現時間，平均電壓及運行總時間等數據，具有自動對電壓進行統計、分析、存儲、上報、召測等功能。為保證其正常工作，在使用與維護中應注意如下事項：

一是電壓監測儀安裝位置選擇要合適。除滿足產品規定的工作條件外，還應安裝在干燥少塵且便于讀取數據處。

二是大多數電壓監測儀使用范圍都很廣，可適用于監測多種電壓等級的電壓值。監測電壓等級不同，其對應的工作電壓也不同。所以應根據監測的電壓等級，可靠正確的連接接線端子，且連接電源的導線線徑及長度要合適。

三是根據監測的電壓等級，提前設置正確的參數。定值設置好以后方可通電運行。

四是電壓監測儀的安裝、數據讀取、檢修等工作應由專業人員進行。

五是電壓監測儀要固定牢固，安裝在室外應使用表箱并上鎖。

六是使用電話卡（短信或流量）通信的電壓監測儀，應安裝在通信信號較好的位置。

七是電壓監測儀裝在金屬箱內時，要使用長天線，并將天線放置在金屬箱外并固定。天線與電壓監測儀連接要可靠。

八是應按相關規定或產品要求，由有資質的單位進行定期校驗。

九是使用環境溫度要求在-15℃～55℃之間，相對濕度在20%～90%，大氣壓力為79.5～106.0Kpa，額定工作電源電壓及額定輸入電壓模擬量為100V、220V、380V。工作電壓允許偏差在Un± 20%之間，工作電源頻率為50Hz±1%，工作電源波形為電壓正弦波形總畸變率≤5%。

十是在使用過程中應保持監測儀面板應整潔美觀，字跡清楚醒目，各顯示器件及調整器件應安裝得當，操作清晰便捷。監測儀的外表面應光潔而無明顯的機械損傷和涂復層剝落等現象，部件應安裝正確，牢固可靠，操作靈活，各緊固件無松動，塑料件無氣泡、變形等缺陷，外殼防護等級應不低于GB4942.2LP40的等級要求。監測儀使用的印制電路板，導線及電子元器件的質量應符合有關標準的規定。

4 結語

總之，應用便攜式電壓監測儀智能檢測裝置，可在電壓監測儀檢定管理系統中自動生成及下載檢定任務至便攜式檢定裝置，攜帶裝置至現場很快可以完成電壓監測儀檢定工作，無需將電壓監測儀拆回檢定。檢定結果可以通過便攜式檢定裝置上傳至電壓監測系統，自動更新系統中電壓監測儀的檢定記錄及生成定檢報告，極大的節省基層工作人員定檢工作量，可在供電所中發揮有巨大作用。