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，解決了傳統用電檢查方法中存在的費力、耗時和繁瑣復雜的問題。具體地，通過高精度采樣單元獲取電能表電壓、電流信息，經處理單元處理后，分析單元進行錯誤接線分析，最終通過顯示單元顯示錯誤接線判別結果。經過現場驗證，該設計實現了直觀、高效地對電能計量裝置進行用電檢查。

關鍵詞：高精度霍爾元件;三相用電檢查儀;電能計量裝置

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：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

電能計量裝置包括各種類型的電能表，計量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計量柜（箱）等[1]。電能計量是電網經濟核算的依據。電能計量的準確度關系到電力供需雙方的經濟效益，是電力企業生產、科研和經營管理不可缺少的一項重要基礎工作。憑借準確可靠的計量數據，電力企業才能保證電力系統安全、經濟運行，才能有優質、誠信的電力營銷和良好的企業形象。

用電檢查是為了維護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的行為實施的檢查[2]。其中，保證計量裝置的計量準確性是用電檢查的重要環節。工作人員在電能計量裝置新裝后一個月內、更換計量裝置前、處理計量裝置故障時，必須檢查計量回路接線是否正確。

1 傳統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素養要求較高

目前，工作人員在進行用電檢查時，使用的工具為數字式雙鉗相位伏安表，如圖1所示。以三相三線電能計量裝置為例，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荷是否達到要求，是否可以進行接線判斷。負荷大小達標后，使用相位伏安表分別測量[UabIa]、[UabIc]、[UcbIa]、[UcbIc]的相位角，通過理論分析計算接線正確與否。三相三線電能計量裝置的相量圖如圖2所示。

1.2 工作人員多

使用數字式雙鉗相位伏安表進行測量時，需要1人測量電壓、電流幅值及相位角，1人記錄并計算，1人監護，共計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行統計分析，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）而導致無法一次完成的情況累計達359次，占所有無法完成情況總次數的95%，如表1所示。工作人員只能通過詢問客戶負荷增長時間后，再次往返現場進行用電檢查，大大增加了時間成本和人力成本。

2 市面上現有用電檢查儀的調查

筆者通過咨詢生產廠家和走訪科技市場的方式，對市面上現有的用電檢查儀情況進行調查，結果如表2所示。

經過市場調查，筆者發現市場上已經有利用電能表電壓、電流量即可自動判斷錯誤接線的用電檢查設備，但和數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計方案的確定

通過上述市場調查，筆者利用現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。

根據以上需求分析，設計思路確定為由高精度采樣單元獲取電能表電壓、電流信息，經過處理單元數據處理后，送入操作系統單元進行錯誤接線判斷，并通過顯示單元顯示錯誤接線判別結果，從而實現人機交互，原理如圖3所示。

經過分析，各個元器件技術或尺寸上所需達到的要求，如表4所示。

經過對比分析，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，操作系統單元選取Windows CE，存儲單元選取外置存儲卡，供電模塊選取內置電源，顯示屏選取電容式顯示屏，外殼選取輻射交聯聚乙烯。

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，以實現在任何功角下判斷錯誤接線的功能。

不同于傳統算法，本計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]的對應關系，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。在此基礎上，將[U1]、[U2]、[U3]與[I1]、[I3]之間的相角關系轉換為[Ua]、[Ub]、[Uc]與[I1]、[I3]之間的相角關系。此時，即可根據相電壓與對應相電流跟相原則，判斷電流回路錯誤接線類型。整個設備的制作具體實施步驟，如表5所示。

4 現場驗證

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行統計，發現用電檢查儀使用正確率可以達到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現錯誤接線判斷，將負荷大小范圍分別設置為5～150mA及150mA～10A，在不同功角下使用三相用電檢查儀分別進行50次測試，實驗結果如表6所示。

由上述實驗結果可以看出，三相用電檢查儀能夠在所有功角情況下準確判斷錯誤接線。

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荷增長使工組人員二次往返進行用電檢查的情況，用電檢查平均作業時間大幅度降低，工作效率大大提高。另外，使用三相用電檢查儀現場作業時，可以1人操作，1人監護，工作人數由3人降為2人。

5 結語

智能三相用電檢查儀的研制與使用，創造性地解決了生產中的實際問題，收到了預期效果，為用電檢查工作的更好開展提供了有力的技術支撐。

參考文獻：

[1]國家電力公司發輸電運營部.電能計量裝置技術管理規程[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]電力行業職業技能鑒定指導中心.職業技能鑒定指導書用電監察員[M].北京：中國電力出版社，2009.