计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置

1.一种计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，它由高频激励模块1、信号耦合模块2、信号采样模块3、信号处理模块4、判断模块5、状态输出模块6、电源模块7、时钟模块8、状态记录模块9、状态显示模块10、网络通信模块11、等模块组成，其中：高频激励模块1用于产生高频激励信号，并向信号耦合模块2提供高频激励信号，同时向信号处理模块4提供基准信号；信号耦合模块2与高频激励模块1、信号采样模块3相连，信号耦合模块2用于隔离计量电流互感器的强电回路和高频激励模块1的弱电回路以及信号采样模块3的弱电回路；信号耦合模块2将高频激励模块1的高频激励信号耦合输出给计量电流互感器的强电回路，并将计量电流互感器强电回路的高频反馈信号耦合给信号采样模块3；信号采样模块3用于对信号耦合模块2提供的计量电流互感器强电回路的高频反馈信号进行实时在线信号采样、放大、滤波、整形等处理后向信号处理模块4提供反馈信号；信号处理模块4与高频激励模块1、信号采样模块3相连，将高频激励模块1提供的基准信号进行模数转换等处理，并将信号采样模块3提供的反馈信号进行模数转换、数字滤波、傅立叶转换等处理后，将处理后的基准信号和反馈信号送至判断模块5；判断模块5与信号处理模块4相连，对信号处理模块4输出的信号进行分析判断，当计量电流互感器出现故障时，自动对故障类型及相别进行分类判断，并将判断结果送至状态输出模块6；状态输出模块6与判断模块5相连，状态输出模块6按照标准数据格式，输出计量电流互感器故障或防窃电类型及发生相别。
2.根据权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的装置由高频激励模块电路、信号耦合模块电路、信号采样模块电路、信号处理模块电路、判断模块电路、状态输出模块电路、电源模块电路、时钟模块电路、状态记录模块电路、状态显示模块电路、网络通信模块电路组成；其中：高频激励模块1的电路包括：由集成运算放大器U15(LM324)、电阻R54～R57(1K)、R58～R59(10K)、电容C51～C54(4700p)、C55～C57(0.01uF)构成正弦波发生器；高频激励模块1产生30kHz～60kHz的频率和1V～3V的幅值高频信号，高频信号作为激励信号输给信号耦合模块2，并同时将高频信号作为基准信号输给信号处理模块4；信号耦合模块2的电路包括：耦合隔离线圈L1～L2(10T)、瞬变电压吸收二极管SA1～SA2(SA5.0CA)、电阻R10(2.7K)；信号耦合模块2隔离高频激励模块1和计量电流互感器的强电回路，并向计量电流互感器的强电回路耦合输出高频激励信号，信号耦合模块2隔离信号采样模块3和计量电流互感器的强电回路，并将计量电流互感器强电回路的高频反馈信号耦合给信号采样模块3，信号耦合模块2通过隔离耦合消除计量电流互感器的强电流回路对计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测装置的影响和破坏；信号采样模块3的电路包括：集成运算放大器U1(LM324)、电阻R11～R15(5.1K)、R16(15K)、电容C5(0.01uF)；信号采样模块3对信号耦合模块2产生的强电回路中的高频反馈信号进行实时在线信号采样、放大、滤波、整形处理，并将处理后的反馈信号输给信号处理模块4；信号处理模块4的电路包括：数字集成电路U4(TLC1543C)、微型处理器U5(P89C668)，信号处理模块4对信号采样模块3提供的反馈信号进行模数转换、数字滤波、傅立叶转换处理并滤除反馈信号中的电网基波信号和谐波信号，反馈信号变换成不受电网电压和负荷影响的相位数字信号、幅值数字信号输给判断模块5。
3.按照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的判断模块5的电路包括：微型处理器U5(P89C668)，判断模块5对信号处理模块4提供的基准相位数字信号、基准幅值数字信号、反馈相位数字信号、反馈幅值数字信号对计量电流互感器故障或窃电类型进行分析判断；其故障或窃电类型的检测方法包括相位比较法、幅值比较法、自适应算法、间断扫描法；微型处理器U5(P89C668)产生30k-60k的方波信号，经外部整形电路整形后形成标准的正弦波信号，经激励放大电路放大后，周期性的对计量二次回路进行扫描分析，计量回路在无外界扫描信号和有扫描信号时产生两种不同的特征信号，特征信号通过运算和自适应处理算法的匹配，计算出计量二次回路中的各类数据，准确判断计量电流互感器是否二次线圈绝缘性能降低、匝间短路、输入输出端子接触不良、变流比变化、以及二次输出回路是否开路和短路等各类故障或窃电信息，记录并显示故障或窃电的起止时间、故障类型、故障相别。
4.照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：状态输出模块6的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、光电隔离器OP1～OP2(PS2501-1)、发光二极管LED、蜂鸣器(SPEAKER)、电阻R17～R18(1K)、R20(1K)、R21(10K)；状态输出模块6为输出判断模块5提供故障相别及故障类型信号，状态输出模块6包括编码、数据总线、I2C总线、电平等输出类型，状态输出模块6对计量电流互感器故障或窃电实现实时在线声光报警。
5.照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的电源模块7的电路包括：电源变压器T1、整流桥D8、电解电容C8～C9(2200uF)、电阻R30～R31(2.2K)、二极管D9～D14(1N4007)、后备蓄电池组BT2-1～BT2-1(6V)、集成稳压电路U2(7805)、U3(7905)；电源模块7为检测装置提供工作电源，当检测装置外部电源失电时，电源模块7不间断启动后备蓄电池组为检测装置提供工作电源。
6.按照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的时钟模块8的电路包括：时钟电路U6(PCF8563F)、电池组BT1(3.6V)、电阻R26(10R)、电容C4(0.1uF)、C6～C7(22P)、二极管D3(1N4007)、晶体振荡器XT1(32.768K)；时钟模块8为检测装置提供实时计时信号。
7.按照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的状态记录模块9的电路包括：数字存储器U7(24LC256)，状态记录模块9在判断模块5、时钟模块8的共同控制下，对故障或窃电的起始时间、结束时间、种类、相别进行记录；并将记录模块9的数据输给状态显示模块10和网络通信模块11。
8.按照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的状态显示模块10的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、汉字液晶显示器LCD、数字集成电路U8(74HC04)、U9(74HC00)，状态显示模块10受时钟模块8、状态记录模块9的共同控制，并显示动态时间数据、故障数据和运行参数。
9.按照权利要求1所述的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其特征在于：所述的网络通信模块11的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、集成电路U10(MAX1487)、电阻R19(1K)、R22～R25(10K)、R27～R28(680R)、R29(2K)光电隔离器OP3～OP5(PS2501-1)、二极管D4～D7(1N4007)，网络通信模块11的输出接口包含RS232、RS485接口，其联网方式包括电力载波、电缆传输、光缆传输、远红外传输、无线传输等方式。

计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置\n所属技术领域本发明属于电能计量中的计量电流互感器故障或防窃电检测，特别是涉及一种计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置。\n背景技术\n现有技术中，计量电流互感器的故障和防窃电检测，通常是针对计量电流互感器的二次线圈绝缘性能降低、匝间短路、输入输出端子接触不良、变流比、二次输出回路人为开路和短路等故障进行检测。其检测方法通常是在计量电流互感器的安装现场，通过人工目测，对计量电流互感器的外观、外部接线端子以及电能计量装置中的电度表进行不定期检查。其检测结果通常由以下几种方式来判定：1)根据计量电流互感器的外观变化、外部接线端子的连接情况以及电能计量装置中的电度表是否非正常计量来确定计量电流互感器是否存在输入输出端子接触不良、二次输出回路开路和短路等少量表征故障；2)采用普通电压表和电流表，监测用电系统的电压和电流，根据用电系统电压的有无以及系统电流的变化量及变化趋势来估计计量电流互感器是否存在故障；3)在电网电源的输入端加装前级专用检测电流互感器，根据专用检测电流互感器与计量电流互感器二次输出电流值的数量差、功率值的数量差、电度数的数量差来判断计量电流互感器是否存在故障或窃电。以上几种检测方式在运用中存在实时性、准确性、可靠性差等缺陷，在线检测能力受到极大的限制和影响，窃电检测与判断结果真实性差，不能满足计量电流互感器故障或防窃电准确、可靠、实时在线检测的使用要求。\n发明内容\n本发明的目的是提供一种计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，该检测方法及装置能有效解决现有电能计量中计量电流互感器故障或防窃电检测准确性低、实时性和可靠性差、操作不方便、不能实时在线检测记录等关键问题。\n计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，它由高频激励模块1、信号耦合模块2、信号采样模块3、信号处理模块4、判断模块5、状态输出模块6、电源模块7、时钟模块8、状态记录模块9、状态显示模块10、网络通信模块11、等模块组成。其中：高频激励模块1用于产生高频激励信号，并向信号耦合模块2提供高频激励信号，同时向信号处理模块4提供基准信号。信号耦合模块2与高频激励模块1、信号采样模块3相连，信号耦合模块2用于隔离计量电流互感器的强电回路和高频激励模块1的弱电回路以及信号采样模块3的弱电回路；信号耦合模块2将高频激励模块1的高频激励信号耦合输出给计量电流互感器的强电回路，并将计量电流互感器强电回路的高频反馈信号耦合给信号采样模块3。信号采样模块3用于对信号耦合模块2提供的计量电流互感器强电回路的高频反馈信号进行实时在线信号采样、放大、滤波、整形等处理后向信号处理模块4提供反馈信号。信号处理模块4与高频激励模块1、信号采样模块3相连，将高频激励模块1提供的基准信号进行模数转换等处理，并将信号采样模块3提供的反馈信号进行模数转换、数字滤波、傅立叶转换等处理后，将处理后的基准信号和反馈信号送至判断模块5。判断模块5与信号处理模块4相连，对信号处理模块4输出的信号进行分析判断，当计量电流互感器出现故障时，自动对故障类型及相别进行分类判断，并将判断结果送至状态输出模块6。状态输出模块6与判断模块5相连，当计量电流互感器发生故障时，状态输出模块6按照标准数据格式，输出计量电流互感器故障或防窃电类型及发生相别。\n电源模块7为计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测装置提供工作电源，工作电源的相关部件中包含有电源变换器、稳压器及后备蓄电池组，当计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测装置外部供电电源失电时，电源模块7启动后备蓄电池组检测计量电流互感器的各类故障。\n状态记录模块9与判断模块5、时钟模块8相连，时钟模块8用于提供当前时间。当计量电流互感器发生故障时，记录故障的起止时间、故障类型、发生相别。状态显示模块10，它由汉字库和汉字液晶显示器两部分组成。状态显示模块10与状态记录模块9相连，当故障发生或需查阅相关故障时，可以汉字和数字两种方式显示相关故障。网络通信模块11与状态记录模块9相连，通过网络通信模块11，按照相关标准规定的通信协议，在计量电流互感器发生故障时，及时向局内监控中心计算机发送故障信息，对计量电流互感器故障或防窃电进行实时、快速报警，同时可提供状态记录模块9中的各种数据记录信息。\n附图说明\n附图1为本发明的模块结构框图。\n附图2为本发明的另一模块结构框图。\n附图3为高频激励模块电路图。\n附图4为信号耦合模块电路图。\n附图5为信号采样模块电路图。\n附图6为信号处理模块电路图。\n附图7为判断模块电路图。\n附图8为状态输出模块电路图。\n附图9为电源模块电路图。\n附图10为时钟模块电路图。\n附图11为状态记录模块电路图。\n附图12为状态显示模块电路图。\n附图13为网络通信模块电路图。\n具体实施方式\n以下结合附图对本发明提供的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置作进一步描述：本方案提供的在线检测装置，它由高频激励模块电路、信号耦合模块电路、信号采样模块电路、信号处理模块电路、判断模块电路、状态输出模块电路、电源模块电路、时钟模块电路、状态记录模块电路、状态显示模块电路、网络通信模块电路组成；其中：高频激励模块1的电路包括：由集成运算放大器U15(LM324)、电阻R54～R57(1K)、R58～R59(10K)、电容C51～C54(4700p)、C55～C57(0.01uF)构成正弦波发生器；高频激励模块1产生30kHz～60kHz的频率和1V～3V的幅值高频信号，高频信号作为激励信号输给信号耦合模块2，并同时将高频信号作为基准信号输给信号处理模块4；信号耦合模块2的电路包括：耦合隔离线圈L1～L2(10T)、瞬变电压吸收二极管SA1～SA2(SA5.0CA)、电阻R10(2.7K)；信号耦合模块2隔离高频激励模块1和计量电流互感器的强电回路，并向计量电流互感器的强电回路耦合输出高频激励信号，信号耦合模块2隔离信号采样模块3和计量电流互感器的强电回路，并将计量电流互感器强电回路的高频反馈信号耦合给信号采样模块3，信号耦合模块2通过隔离耦合消除计量电流互感器的强电流回路对计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测装置的影响和破坏；信号采样模块3的电路包括：集成运算放大器U1(LM324)、电阻R11～Rl5(5.1K)、R16(15K)、电容C5(0.01uF)；信号采样模块3对信号耦合模块2产生的强电回路中的高频反馈信号进行实时在线信号采样、放大、滤波、整形处理，并将处理后的反馈信号输给信号处理模块4；信号处理模块4的电路包括：数字集成电路U4(TLC1543C)、微型处理器U5(P89C668)，信号处理模块4对信号采样模块3提供的反馈信号进行模数转换、数字滤波、傅立叶转换处理并滤除反馈信号中的电网基波信号和谐波信号，反馈信号变换成不受电网电压和负荷影响的相位数字信号、幅值数字信号输给判断模块5在附图7中，判断模块5的电路包括：微型处理器U5(P89C668)；判断模块5对信号处理模块4提供的基准相位数字信号、基准幅值数字信号、反馈相位数字信号以及反馈幅值数字信号进行计量电流互感器故障或防窃电分析判断，其故障判断原理为：采用相位比较法、幅值比较法、自适应算法等，在复杂多变的反馈信号中，提取计量电流互感器故障或防窃电的各种特征信号，并根据计量电流互感器故障或防窃电的特征信号，分析判断电能计量中计量电流互感器二次线圈绝缘性能是否降低、匝间是否短路、输入输出端子是否接触不良、变流比是否变化、以及二次输出回路是否开路和短路等故障，并对故障分类识别后输出给状态输出模块6。\n在附图8中，状态输出模块6的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、光电隔离器OP1～OP2(PS2501-1)、发光二极管LED、蜂鸣器(SPEAKER)、电阻R17～R18(1K)、R20(1K)、R21(10K)；状态输出模块6用于输出判断模块5提供的故障相别及故障类型信号。状态输出模块6具有多种信号输出方式，信号输出至少可以是编码输出、数据总线输出、I2C总线输出、电平输出等方式，状态输出模块6还可对计量电流互感器故障或防窃电进行实时在线声光报警。\n在附图9中，电源模块7的电路包括：电源变压器T1、整流桥D8、电解电容C8～C9(2200uF)、电阻R30～R31(2.2K)、二极管D9～D14(1N4007)、后备蓄电池组BT2-1～BT2-1(6V)、集成稳压电路U2(7805)、U3(7905)；电源模块7为检测装置提供工作电源，当检测装置外部电源失电时，电源模块7不间断启动后备蓄电池组为检测装置提供工作电源。\n本发明的另一模块结构框图由附图2给出，它在附图1的基础上增加了时钟模块8、状态记录模块9、状态显示模块10、网络通信模块11，用于本方案的另一实施目的。\n在附图10中，时钟模块8的电路包括：时钟电路U6(PCF8563F)、电池组BT1(3.6V)、电阻R26(10R)、电容C4(0.1uF)、C6～C7(22P)、二极管D3(1N4007)、晶体振荡器XT1(32.768K)；时钟模块8为检测装置提供实时计时信号，时钟模块8具有时钟校对功能。\n在附图11中，状态记录模块9的电路包括：数字存储器U7(24LC256)；状态记录模块9在判断模块5、时钟模块8的共同控制下，对计量电流互感器故障或防窃电的起始时间和结束时间、故障种类、故障发生相别进行准确记录；状态记录模块9的所有数据具有密码和掉电保护功能，每条记录数据内容中至少包含有故障起始时间和结束时间、故障种类、故障发生相别等数据。状态记录模块9可记录计量电流互感器的运行参数，如安装时间、检定周期、电流互感器设备编号、计量方式、变流比等基本数据，运行参数记录同样具有密码和掉电保护功能。状态记录模块9的数据记录可输出给状态显示模块10和网络通信模块11。\n在附图12中，状态显示模块10的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、汉字液晶显示器LCD、数字集成电路U8(74HC04)、U9(74HC00)；状态显示模块10受时钟模块8和状态记录模块9的共同控制，显示时钟模块8提供的当前动态时间数据，并显示状态记录模块9中的故障数据、运行参数等数据。\n在附图13中，网络通信模块11的电路包括：微型处理器U5(P89C668)、集成电路U10(MAX1487)、电阻R19(1K)、R22～R25(10K)、R27～R28(680R)、R29(2K)光电隔离器OP3～OP5(PS2501-1)、二极管D4～D7(1N4007)；网络通信模块11的输出接口包含有RS232接口及RS485接口，与用电管理部门监控中心计算机，即上位机进行联网通信，其联网通信方式可以是电力载波、电缆传输、光缆传输、远红外传输、无线传输等方式直接与上位机联网，组成联网通信网络。联网通信方式还可以通过其他通信系统，如用电负荷监控系统、自动抄表系统等间接地与上位机联网，组成联网通信网络。\n网络通信模块11将状态记录模块9提供的故障记录数据，通过联网通信网络，按照规定的通信协议，在计量电流互感器发生故障时，及时向局内监控中心计算机发送故障信息，对计量电流互感器故障或防窃电实现实时、快速报警，同时向上位机传送状态记录模块9中的各种数据记录，并能接收上位机指令，修改状态记录模块9中的设置参数，并对时钟模块8进行时钟校对。\n最佳实施例本发明提供的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，其微型处理器可产生30k-60k的方波信号，经外部整形电路整形后形成标准的正弦波信号，经激励放大电路放大后，周期性的对计量二次回路进行扫描分析，计量回路在无外界扫描信号和有扫描信号时产生两种不同的特征信号，特征信号通过运算和自适应处理算法的匹配，计算出计量二次回路中的各类数据，准确判断计量电流互感器是否二次线圈绝缘性能降低、匝间短路、输入输出端子接触不良、变流比变化、以及二次输出回路是否开路和短路等各类故障或窃电信息，记录并显示故障或窃电的起止时间、故障类型、故障相别。并能通过通信网络实时传输计量电流互感器的故障或窃电信息，为及时判定和处理电流互感器故障或窃电提供有效的检测方法和检测装置。\n本发明提供的计量电流互感器故障或防窃电实时在线检测方法及装置，与现有计量电流互感器检测装置相比，本方案提供的检测装置可在高低压配电电网的各种运行方式下对计量电流互感器故障或防窃电实现实时在线检测，本发明具有网络通信功能，可实时快速地对电能计量装置中各种故障进行报警。既可作为电能计量中其它相关计量器具的功能扩展模块，也可单独构成计量电流互感器的故障检测装置；可有效解决现有电能计量中的计量电流互感器故障或防窃电检测中的准确性低、实时性和可靠性差、不能实现在线检测等关键问题，可广泛应用于电力系统电能计量和防窃电检测记录。