高精度全自動交直流指示儀表標準裝置設(shè)計

河南電力試驗研究院 劉瑋蔚

電網(wǎng)電參量測量數(shù)據(jù)的精確度對于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要作用，各種高精度的測量裝置在電網(wǎng)和電廠的應(yīng)用也越來越多。高精度的標準表及檢定裝置具有功能齊全、測量量程大的優(yōu)點，能夠較好地滿足各市級單位工作的需要，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、標準表和指示儀表類型較多，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明書和歷史測試記錄，使檢定工作變得更加繁雜，也增加了檢定人員的勞動強度。因此，高精度全自動交直流指示儀表標準器的研發(fā)就顯得尤為重要。

一、工作原理

整個系統(tǒng)由主控制模塊、三相交流精密測試電源、單相直流精密測試電源、切換模塊、COM3000 三相交流標準、8508A單相直流標準、計算機等功能模塊組成。其基本工作原理是由計算機通過讀出被檢表或被檢裝置的各種電參量，同時由主控制模塊讀出標準測量器具的各種電參量，并將這些電參量值上傳給計算機，計算機將這兩組數(shù)據(jù)進行比較處理，計算出被檢表或被檢裝置的誤差，并根據(jù)設(shè)置的誤差限給出測量結(jié)果。

二、主控制模塊

主控制模塊通過擴展RS232 串口實現(xiàn)對交流標準電源、直流標準電源、切換模塊和COM3000 的控制，將計算機控制軟件設(shè)置的電源信息、控制信息傳遞到交流標準電源，并增加實時握手功能，用來保證交流標準電源、直流標準電源、切換模塊和COM3000 的工作可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

三、三相交流精密測試電源

標準交流測試電源采用模塊化設(shè)計，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，各模塊組裝成兩個機箱，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度；同時還要將波形發(fā)生控制與電壓輸出箱放置在離電流輸出箱較遠的位置，通過適宜的工藝處理，最終使電壓電流的輸出都能達到比較高的輸出穩(wěn)定度和較小的失真度，而且輸出時互不影響。

四、單相直流精密測試電源

標準裝置整體采用模塊化設(shè)計思路，所以直流電源作為一個相對獨立的模塊而嵌入到整個工作系統(tǒng)之中。直流電壓的實現(xiàn)分成兩個部分，10 V 及其以上擋位的電壓信號由交流源的電壓輸出通過整流濾波生成；10 V 以下?lián)跷挥蒀PU 通過D/A 合成直流電壓波形信號，然后再對波形信號的放大來實現(xiàn)。

直流電流信號的實現(xiàn)是先由CPU 通過D/A 合成一個直流電壓波形信號，再讓這個電壓信號流過一個高穩(wěn)定度的標準電阻而產(chǎn)生一個電流信號，然后再對這個電流信號進行放大進而得到需要的電流值。直流電壓電流的報警保護功能是通過取樣電阻對輸出進行采樣，再將采樣得到的電壓信號送給CPU 進行測量計算，進而根據(jù)測量值與設(shè)置的輸出值是否一致來判斷有無電壓短路、電流開路的現(xiàn)象出現(xiàn)，如果判斷有電壓短路、電流開路的情況出現(xiàn)，應(yīng)立即關(guān)掉電源輸出，以保護電源的安全使用。

五、切換模塊

由于交直流標準裝置既有交流特性又有直流特性，因此，需要有至少兩個標準器具分別進行交流和直流的各種電參量的測量。本文，筆者選用了ZERA 公司的標準功率電能表COM3000作為交流測量的標準比較器具，選用了FLUKE 公司的直流電壓電流參考標準8508A 作為直流測量的標準比較器具。

切換模塊能由用戶設(shè)置手動或自動切換使用，因為COM3000的電壓測量范圍為30～500 V，所以由裝置默認自動選擇標準表時，30～500 V 的交流電壓擋位使用COM3000 作為測量標準，30 V 以下和500 V 以上（小于800 V）的交流電壓擋位以8508A 為主要標準。該裝置還設(shè)置了用戶手動選擇標準表的功能，當用戶選擇手動選擇標準表的時候在0～500 V 的電壓擋位可以由用戶根據(jù)需要選擇使用標準為COM3000 或8508A，但當設(shè)置電壓大于500 V 后，因為設(shè)置值已超出COM3000 的最大測試范圍，所以此時標準表就固定選擇8508A，而不管用戶設(shè)置的是否為8508A。

六、軟件控制方案

軟件編制模塊化設(shè)計，總控臺負責(zé)對電源、標準表控制及誤差和數(shù)據(jù)的處理，校驗?zāi)K針對不同被檢裝置類型方便地定制不同的校驗方案，可較方便地進行通訊協(xié)議配置及檢定內(nèi)容設(shè)置，并能方便地進行方案編輯和修改。軟件支持自動和手動模式，手動模式可由軟調(diào)節(jié)按鈕設(shè)置測試點，誤差結(jié)果可存入相應(yīng)測試點?？刂栖浖煽刂蒲b置、電源，能夠與標準表通訊，并能依據(jù)標準表的顯示直接調(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)可靠運行的重要環(huán)節(jié)。0.01 級交直流指示儀表標準裝置通過研制高穩(wěn)定的電源、了解各儀表生產(chǎn)廠家的標準通訊規(guī)約、配合0.01 級標準表實現(xiàn)標準儀表和儀表裝置的全自動檢定，實現(xiàn)檢定數(shù)據(jù)的自動采集、數(shù)據(jù)處理、證書打印等操作，極大地提高了檢定的準確度，并降低了檢定人員的勞動強度，使電測儀表計量檢定工作更加標準化、規(guī)范化。本文，筆者所研制的高精度全自動交直流指示儀表標準裝置自2009年1月起在河南電力試驗研究院進行了使用，運行穩(wěn)定、準確、有效地提高了檢定效率。