專利名稱：零壓降數字光電計量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電能計量裝置，具體地說，是涉及一種采用數字光信 號傳輸電壓互感器二次信號從而消除電壓互感器信號傳輸過程中的壓降， 降低目前電力系統(tǒng)日常運行中電能計量綜合誤差的電能計量裝置。
背景技術：
在電力系統(tǒng)的日常運行中應保證電能計量的準確性，以便合理地保護 電力部門與用戶雙方的合法權益。因此電能計量的誤差應該在法定的標準 范圍內。
電力部電能計量裝置檢驗規(guī)程SD109 — 83中規(guī)定I類電能計量裝置， 其電壓互感器二次回路壓降不應超過額定二次電壓的0.25%; II類和III類 電能計量裝置，此電壓不應超過額定二次電壓的0.5%。
電能計量的綜合誤差是由電壓互感器(PT)的誤差、電流互感器(CT)的 誤差、電度表的誤差、電壓互感器二次導線壓降所引起的計量誤差所組成。 根據多處電網普查測試的結果，在這四項誤差中，電壓互感器二次導線壓 降引起的計量誤差往往是最大的。
造成電壓互感器二次導線壓降過大的原因是由于變電站各饋線電能 表的電壓輸入信號一般是共用同一組母線上的PT信號，從PT到電能表之 間的二次信號線較長。變電所和大中型用電戶的高壓電能計量裝置中，PT 二次接線端子與電能表之間需要數十米甚至幾百米的連接電纜線。當導線 的截面積較小時，長導線的電阻就比較可觀。此外，中間接有快速開關、 保險管，再加上二次接線端子松動以及保險管兩端的金屬部分氧化等原因 造成二次接線阻抗較大。在這樣長的具有較大電阻的連接電纜線上，如果 PT二次回路所接入的表計、繼電保護裝置及其它負荷較大，則較大的負荷 電流將引起較大的二次回路壓降。
電壓互感器二次導線電阻過大，二次導線壓降過大，其直接后果是造 成少計發(fā)電量、供電量、用電量，以致少收電費，造成發(fā)供電量不平衡、 線損出現負數等。現有解決方案有
1) 最為簡單和常見的方法是加粗電壓互器感二次連接導線的截面、減 小二次連接導線的長度，以及減小各接點接觸電阻。這種方法的缺點是 即使導線再粗，也不能解決接觸電阻及導線電阻所帶來的問題。
2) 裝設電度表的專用二次回路。采用專用計量回路，包括采用專用的 電壓互感器二次計量繞組，避免繼電保護、測量回路對計量回路的影響；采
用專用的計量二次電纜及專用的開關、熔斷器和接線端子等。此措施可從 設備配置的角度減少了電壓互感器二次回路電壓降，但由于還存在開關、
熔斷器和接線端子等設備，因它們的接觸電阻較大造成的PT 二次壓降較 大，難于滿足對I類電能計量裝置中電壓互感器二次回路電壓降應不大于 其額定二次電壓的0. 25 %的要求。
3) 采用電壓誤差補償器來補償二次導線壓降引起的比差和角差 其原理是在二次回路中加入一個補償電壓，用以補償二次導線壓降引
起的比差和角差。產生這個補償電壓的裝置有多種定值補償器、電流跟 蹤式補償器、電壓跟蹤式補償器。第一種利用自耦變壓器和移相器來補償 比差和角差，使得PT 二次端電壓和電能表計端電壓幅值和相位相等，從而 達到補償的目的。它的缺點是受負栽影響大，僅適合于負栽不變或變化小 的工況，效果較差；第二種利用電子線路通過對PT 二次回路電流的跟蹤， 產生一個與二次回路阻抗相等的負阻抗，使得二次回路總阻抗等效為零， 從而壓降為零。它的缺點是如果二次回路的阻抗變化了，就不能自動跟蹤 了。此類方法的缺點是其補償效果難以評估，容易過補償，從計量的可朔 源角度來看，原理上存在缺陷。
4) 采用電子式電能表。該方法可以減小電壓互感器提供的功率，從而 減小信號傳輸線上的電流，降低壓降。
但以上方法均不能從原理上完全消除電壓互感器二次信號傳輸過程中 的電壓降，從而依然存在誤差。
發(fā)明內容
本發(fā)明正是針對目前電壓互感器二次信號傳輸過程中存在的電壓降引 起的電能計量誤差，而提供一種零壓降數字光電計量裝置，本裝置將電壓 互感器二次輸出的;f莫擬電壓信號就地數字化，并轉換成光信號傳輸至控制 室，在控制室還原成模擬信號，輸入電能表，從而完全消除了信號傳輸過 程中的電壓降，大大減小了電能計量的誤差，提高了計量的精度。
一種零壓降數字光電計量裝置，由發(fā)射裝置、發(fā)射端直流供電電源、 光纜、接收裝置、電能表和接收端直流供電電源構成，發(fā)射裝置將電壓互 感器二次輸出電壓信號轉換成數字光脈沖信號后經光纜傳輸至接收裝置，
接收裝置將數字脈沖光信號轉換成電壓信號再輸入電能表，發(fā)射端直流供 電電源給發(fā)射裝置供電，接收端直流供電電源給接收裝置和電能表供電。 所述的發(fā)射裝置由取樣電路、模/數變換電路、電光變換電路組成，取
樣電路的輸入端連接電壓互感器二次輸出的高電壓信號端，取樣電路的輸 出端與模數變換電路輸入端連接，模數變換電路輸出端與電光變換電路的
輸入端連接，電光變換電路的輸出端連接光纜。取樣電路一般采用電阻分
壓，將電壓互感器二次輸出的高電壓信號變換成低電壓信號，將100V或 57.7V的高電壓信號變換成4V的低電壓信號；模/數變換電路將取樣電路 輸出的模擬低電壓信號變換成數字信號，模/數變換電路的原理較多，采用 直接從市場上購買的A/D變換電路、V/F變換電路或PWM變換電路；電光 變換電路將模/數變換電路輸出的數字信號轉變成光脈沖信號輸出，電光變 換電路能否從市場上直接購得，如果不行請寫清楚電光變換電路，并畫出 電路圖。
發(fā)射端直流供電電源取自將電壓互感器二次輸出電壓信號通過變壓器 變換成220V后再輸入至電源模塊或直接將電壓互感器二次輸出的高電壓 信號輸入至電源模塊。
接收裝置將數字光脈沖信號轉換成電能表能接收的信號后，輸入電能 表，進行電能計量，接收裝置由光電變換電路、數/模變換電路、信號調理 電路組成，光電變換電路輸入端與光纜連接，另一端與數/模變換電路的輸 入端連接，數/模變換電路的輸出端與信號調理電路的輸入端連接，信號調 理電路的輸出端與電能表連接。光電變換電路采用直接從市場上購買的光 電變換電路。數/模變換電路采用直接從市場上購買的D/A變換電路。信號 調理電路采用直接從市場上購買的信號調理電路。
接收裝置與電能表組合在一起，成為一個整體，構成一個新型電能表。
本發(fā)明的原理為
在PT二次輸出的端口，通過發(fā)射裝置，就地將二次電壓模擬量取樣 后發(fā)射轉換成數字信號，用光發(fā)射模塊將電的數字信號變成光脈沖信號， 再用光纜將數字光脈沖信號從PT處通過光纜傳到遠處的控制室，然后在控 制室通過接收裝置，將數字光脈沖變?yōu)殡姅底中盘?，再經?模變換電路后， 得出與PT二次輸出電壓成比例的模擬電壓信號，供電能表計和其它控制保 護裝置之用。如果電能表經過改造，也可直接接收電數字信號或數字光脈 沖信號。
與已有的方法比較，采用本發(fā)明的優(yōu)勢在于
a. 在傳統(tǒng)的模擬信號傳輸裝置中，模擬電壓信號通過長導線后要發(fā)生 較大的衰減和失真，從而引入誤差。將PT 二次輸出的模擬電壓信號就地數 字化后采用數字光脈沖信號傳輸，包含的信息幾乎沒有任何衰減和失真， 信號精度不會由于長距離傳輸而引入任何誤差。
b. 光信號傳輸不會受到周圍強電磁千擾的影響，可靠性高。從而該裝 置有可能解決PT二次導線壓降所引起的種種問題，提高計量的準確度。
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
圖中1-電壓互感器，2-發(fā)射裝置，3-發(fā)射端直流供電電源，4-光纜，5-接收裝置，6-電能表，7-接收端直流供電電源。
具體實施例方式
本發(fā)明由發(fā)射裝置、發(fā)射端直流供電電源、光纜、接收裝置、電能表 和接收端直流供電電源構成，發(fā)射裝置將電壓互感器二次輸出電壓信號轉 換成數字光脈沖信號后經光纜傳輸至接收裝置，接收裝置將數字脈沖光信 號轉換成電壓信號再輸入電能表，發(fā)射端直流供電電源給發(fā)射裝置供電， 接收端直流供電電源給接收裝置和電能表供電。
具體實施方式
是
1、 發(fā)射裝置作用是將電壓互感器二次輸出的高電壓信號變換成相應 的數字光脈沖信號。高電壓信號通常為IOOV或57. 7V，所以，發(fā)射裝置通 常由取樣電路、模/數變換電路、電光變換電路等部分組成
取樣電路 一般采用電阻分壓，將電壓互感器二次輸出的高電壓信號 變換成低電壓信號，將100V或57. 7V的高電壓信號變換成4V的低電壓信 號。
模/數變換電路將取樣電路輸出的模擬低電壓信號變換成數字信號。 模/數變換電路的原理較多，例如可采用A/D變換電路、V/F變換電路或PWM 變換電路等。
電光變換電路將模數變換電路輸出的數字信號轉變成光脈沖信號輸 出，電光變換電路采用直接從市場上購買的電光變換電路。
2、 發(fā)射端直流供電電源作用是給發(fā)射裝置提供工作所需的直流電源。 該電源可將市電經過電源模塊后變換而成，但這種方法容易受到市電停電 的影響。本發(fā)明采用的是直接從電壓互感器二次輸出的高電壓信號獲取能 量的方法，例如將電壓互感器二次輸出的高電壓信號，通常為IOOV或57. 7V 通過變壓器變換成220V后再輸入至電源模塊，獲得所需的電源。或者直接 將電壓互感器二次輸出的高電壓信號輸入至電源模塊，得到所需的直流工 作電源。這種方法不受市電停電的影響，可靠性高。同時，本發(fā)明的發(fā)射 裝置功耗極低，所需提供的電源能量及其微弱。另外一種方法就是將市電 通過UPS后供給電源模塊，此方法成本較高，但提高了電源的可靠性。
3、 光纜用于傳輸發(fā)射裝置輸出的光脈沖信號至控制室的接收裝置。
4、 接收裝置用于將光纜輸出的光脈沖信號變換成相應的模擬電壓信 號。接收裝置由光電變換電路、數/模變換電路、信號調理電路組成，光電
變換電路輸入端與光纜連接，另一端與數/模變換電路的輸入端連接，數/ 模變換電路的輸出端與信號調理電路的輸入端連接，信號調理電路的輸出
端與電能表連接。光電變換電路用于將光纜輸出的光脈沖信號變換成數 字電信號，光電變換電路采用直接從市場上購買的光電變換電路。數/模變 換電路用于將數字電信號變換成對應的模擬電壓信號，數/模變換電路采 用直接從市場上購買的D/A變換電路。信號調理電路將模擬電壓信號的
幅值調整到所需要的大小，信號調理電路采用直接從市場上購買的信號調 理電路。
5、 電能表將接收裝置輸出的模擬電壓信號輸入至電能表，進行電能 計量。該電能表和一般現有電能表的主要區(qū)別在于 一是現有的電能表一 般是從電壓互感器二次輸出的高電壓信號獲取工作電源，高電壓信號通常 為100V或57. 7V,考慮到該輸入模擬信號是弱信號，不能提供電能表和接 收裝置所需的功率，故將電能表設計成電源外掛式，即從外界提供工作電 源。另外的區(qū)別在于輸入電能表的信號為弱信號，例如4V,區(qū)別于現有的 電能表的IOOV或57. 7V的電壓輸入。
此外，也可以將接收裝置設計成和電能表組合在一起，則可將光纜輸 出的數字光脈沖信號直接輸入至電能表。如果電能表可以直接接收電脈沖 信號，接收裝置可以去掉數/模變換電路，簡化為光電變換電路和信號調理 電路，再和電能表組合在一起，從而提高本發(fā)明所涉及裝置的集成度和可 靠性。
6、 接收端直流供電電源將控制室的交流或直流220V電源變換成接 收裝置和電能表工作所需的直流電源。
權利要求
1、一種零壓降數字光電計量裝置，由發(fā)射裝置、發(fā)射端直流供電電源、光纜、接收裝置、電能表和接收端直流供電電源構成，其特征在于發(fā)射裝置將電壓互感器二次輸出電壓信號轉換成數字光脈沖信號后經光纜傳輸至接收裝置，接收裝置將數字脈沖光信號轉換成電壓信號再輸入電能表，發(fā)射端直流供電電源給發(fā)射裝置供電，接收端直流供電電源給接收裝置和電能表供電。
2、 根據權利要求1所述的零壓降數字光電計量裝置，其特征在于所 述的發(fā)射裝置由取樣電路、模/數變換電路、電光變換電路組成，取樣電路 的輸入端連接電壓互感器二次輸出的高電壓信號端，取樣電路的輸出端與 模數變換電路輸入端連接，模數變換電路輸出端與電光變換電路的輸入端 連接，電光變換電路的輸出端連接光纜。
3、 根據權利要求1或2所述的零壓降數字光電計量裝置，其特征在于 發(fā)射裝置中的模/數變換電路為A/D變換電路、V/F變換電路或PWM變換電 路。
4、 根據權利要求1所述的零壓降數字光電計量裝置，其特征在于發(fā) 射端直流供電電源取自將電壓互感器二次輸出電壓信號通過變壓器變換成 220V后再輸入至電源模塊或直接將電壓互感器二次輸出的高電壓信號輸入 至電源模塊。
5、 根據權利要求1所述的零壓降數字光電計量裝置，其特征在于接 收裝置由光電變換電路、數/模變換電路、信號調理電路組成，光電變換電 路輸入端與光纜連接，另一端與數/模變換電路的輸入端連接，數/模變換 電路的輸出端與信號調理電路的輸入端連接，信號調理電路的輸出端與電 能表連接。
6、 根據權利要求1所述的零壓降數字光電計量裝置，其特征在于接 收裝置與電能表組合在一起，成為一個整體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能計量裝置，該裝置通過將電壓互感器的二次信號傳輸方式從模擬信號改變成數字光信號，構成一種消除了電壓互感器二次信號傳輸電壓降的新型電能表，由發(fā)射裝置，發(fā)射端直流供電電源，光纜，接收裝置，電能表，接收端直流供電電源等部分構成。本發(fā)明通過將電壓互感器二次輸出電壓信號轉換成數字光信號后傳輸至控制室，使得現有電壓互感器二次模擬電壓信號傳輸過程中的電壓降為零，從而降低電能計量綜合誤差，提高電能計量精度。
文檔編號G01R22/06GK101173966SQ20071005352
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權日2007年10月11日
發(fā)明者竇峭奇 申請人:竇峭奇