專(zhuān)利名稱(chēng)：帶自動(dòng)維護(hù)感測(cè)裝置的電測(cè)儀表的制作方法
本申請(qǐng)是1993年3月26日申請(qǐng)的序號(hào)為08/037,938的“電測(cè)儀表的系統(tǒng)檢測(cè)和故障分析裝置”的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及進(jìn)行固態(tài)電測(cè)儀表的系統(tǒng)安裝診斷的整套方法和裝置。
感應(yīng)型瓦時(shí)計(jì)一般采用一個(gè)脈沖發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生與表盤(pán)轉(zhuǎn)速成比例的脈沖。將這些產(chǎn)生的脈沖傳送到電子記錄儀來(lái)得到電流、電壓、功率與/或使用耗能的時(shí)間。
各種類(lèi)型的固態(tài)多相電測(cè)儀表如今也在廣泛使用。這種儀表監(jiān)測(cè)電能消耗并以千瓦小時(shí)、功率因數(shù)(KVA)和(或)無(wú)功伏安來(lái)記錄或報(bào)告這種功耗，一般采用固態(tài)組件，且可利用模—數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而不是脈沖數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中指示器可提取各種需求量/消耗量。
人們還知道可在各種單相或多相配電系統(tǒng)中安裝可重新配置的固態(tài)電測(cè)儀表。在授權(quán)給Germer等人的No.5,059,896美國(guó)專(zhuān)利中披露了一種固態(tài)電子瓦時(shí)計(jì)的例子。
在授權(quán)給Swanson的No.4,697,182美國(guó)專(zhuān)利中披露了一種可與常規(guī)瓦時(shí)計(jì)共同使用的固態(tài)用電需求量記錄器(electricity demand recorder)的例子。
在這些電表的安裝過(guò)程中，維護(hù)人員利用各種輔助設(shè)備和診斷技術(shù)來(lái)設(shè)法證實(shí)安裝已經(jīng)正確接線。然而，象極性和交叉相位檢測(cè)之類(lèi)的許多安裝檢測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)人員當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行，因而依賴(lài)于這些人的知識(shí)和能力。
當(dāng)有了各種診斷設(shè)備供現(xiàn)場(chǎng)人員在安裝或周期性地維護(hù)期間使用時(shí)，就提出了在不中斷電表運(yùn)行情況下自動(dòng)周期性地進(jìn)行一標(biāo)準(zhǔn)系列系統(tǒng)與安裝診斷的配套裝置的需求。另外，還有必要使電表在運(yùn)行中周期性地自檢查以測(cè)定并記錄預(yù)定義的致命或不致命故障的出現(xiàn)。
此外，雖然已有一些可適合在一種以上類(lèi)型電維護(hù)中使用的電表，但這類(lèi)電表的缺點(diǎn)是用戶(hù)常常必須在安裝之前編入維護(hù)類(lèi)型。多類(lèi)型維護(hù)電表的這種預(yù)安裝編程勢(shì)必限制它們多類(lèi)型維護(hù)的能力。
鑒此，本發(fā)明的目的是為固態(tài)電測(cè)儀表提供一套完整的系統(tǒng)檢測(cè)和故障分析裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種與固態(tài)電表集成在一起并對(duì)其自動(dòng)執(zhí)行一系列預(yù)定的系統(tǒng)安裝和診斷測(cè)試的方法和裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種支持并集成到電測(cè)儀表中的系統(tǒng)檢測(cè)和故障分析裝置，還包括當(dāng)維護(hù)人員查詢(xún)時(shí)用來(lái)顯示所選自檢查和系統(tǒng)診斷測(cè)試結(jié)果的裝置。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種自動(dòng)的系統(tǒng)檢測(cè)裝置，周期性地檢測(cè)某些預(yù)定狀態(tài)的存在，并依據(jù)故障的性質(zhì)而作出響應(yīng)于任何這類(lèi)故障檢測(cè)的預(yù)定動(dòng)作。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用來(lái)測(cè)定每一電壓和電流相矢量相對(duì)于一個(gè)預(yù)定基準(zhǔn)相矢量的相位角的方法和裝置，其目的是驗(yàn)證所有儀表部件都在感測(cè)和接收多相電維護(hù)的每一相的正確電壓和電流。
本發(fā)明還有另一目的是提供一種與固態(tài)多類(lèi)型維護(hù)電表相結(jié)合并在電表安裝后、以及在其運(yùn)行期間周期性地自動(dòng)檢測(cè)電維護(hù)具體類(lèi)型的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種完整的電測(cè)儀表自檢查和系統(tǒng)診斷裝置，包括一個(gè)微處理器、存儲(chǔ)器、用來(lái)自動(dòng)周期性地執(zhí)行預(yù)選定的一整套儀表自檢查并記錄所發(fā)生的任何故障的邏輯電路、用來(lái)自動(dòng)周期性地執(zhí)行一系列預(yù)選定的系統(tǒng)診斷測(cè)試并記錄超過(guò)預(yù)定可編程閾值的任何結(jié)果的邏輯電路，以及用來(lái)顯示故障與/或診斷信息的顯示裝置，這些信息分別表示一個(gè)或多個(gè)自查故障、或選定的診斷數(shù)據(jù)和/或在一個(gè)預(yù)定周期內(nèi)儀表自檢查中發(fā)現(xiàn)的故障。
本發(fā)明裝置最好與采用數(shù)-模轉(zhuǎn)換器和相關(guān)數(shù)字采樣技術(shù)的固態(tài)電表相結(jié)合，以得到相應(yīng)于該電表所連接的單相或多相系統(tǒng)的一相或多相電流和電壓的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
本發(fā)明自動(dòng)進(jìn)行預(yù)先選定的電表自檢查，最好每天、和(或)停電后重新啟動(dòng)時(shí)以及(或)對(duì)整個(gè)電表結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新配置時(shí)檢查一次，以便驗(yàn)證所選電表組件的運(yùn)作能力。例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明裝置檢測(cè)它自己的存儲(chǔ)器、微處理器和電表中所選的寄存器，以便測(cè)定從上次檢查以來(lái)所記帳的數(shù)據(jù)(billing data)是否已經(jīng)惡化。由于記帳的數(shù)據(jù)惡化被認(rèn)為是電表的致命錯(cuò)誤，本發(fā)明裝置將產(chǎn)生并顯示一個(gè)指示故障類(lèi)型的故障代碼，將顯示鎖定在故障代碼上，并中止所有電表功能(除通信功能外)，直到將該表重新配置。
另外，該裝置還對(duì)其他象寄存器存滿(mǎn)溢出、時(shí)鐘、使用時(shí)間、反向功率流和電池過(guò)低之類(lèi)的非致命故障周期性進(jìn)行檢查。故障檢查的頻度可以改變，視被檢查的部件與狀態(tài)、以及這種故障對(duì)電表繼續(xù)運(yùn)行的潛在影響而定。一旦發(fā)現(xiàn)之后，非致命故障可不可以將顯示鎖定，取決于故障的性質(zhì)以及這種特定的電表如何構(gòu)置。
本發(fā)明還周期性地地執(zhí)行一系列預(yù)先選定的系統(tǒng)診斷測(cè)試。這類(lèi)測(cè)試在電表安裝時(shí)進(jìn)行，而在電表正常運(yùn)行期間最好每五秒鐘左右測(cè)試一次。在優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置進(jìn)行極性、交叉相位和能流診斷、相電壓偏離診斷、無(wú)功相電流診斷、每相功率因數(shù)診斷以及電流波形畸變探測(cè)診斷，這類(lèi)診斷是利用廠家確定的參量以及用戶(hù)確定的參量進(jìn)行的，這些參量可由現(xiàn)場(chǎng)人員在安裝時(shí)設(shè)定。
在進(jìn)行極性、交叉相位和能量流診斷中，本發(fā)明的裝置利用累計(jì)的電流和電壓信息來(lái)決定多相系統(tǒng)中每一電壓和電流相矢量(例如VB、VC、IA、IB和IC)相對(duì)于參考相矢量(例如VA)的相角。每一相矢量對(duì)這種安裝的正常位置是預(yù)先設(shè)定的，并用作標(biāo)準(zhǔn)值與計(jì)算的相角進(jìn)行比較，以確定每一相角是否落在預(yù)定范圍之內(nèi)。如果任一計(jì)算的相角落在其對(duì)應(yīng)的預(yù)定范圍之外，就會(huì)顯示一個(gè)診斷故障信息。這種診斷在安裝時(shí)特別有用，因?yàn)檫@種故障可以指出電壓或電流回路的交叉相位關(guān)系、電壓或電流回路的極性不正確、單相或多相(共同產(chǎn)生)的反相能流，或內(nèi)部電表測(cè)量工作不正常。
本發(fā)明的裝置還特別包括一種“Toolbox”(工具箱)顯示，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員手工啟動(dòng)時(shí)，它將滾動(dòng)顯示整個(gè)預(yù)選值清單供現(xiàn)場(chǎng)人員審查，如每相的電壓和電流、與每個(gè)電壓和電流相矢量相關(guān)的相角，以及每種出現(xiàn)診斷失效的次數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明裝置在電表安裝好并加電以后、特別是周期性地在電表正常運(yùn)行期間自動(dòng)地感測(cè)電維護(hù)的類(lèi)型(即單相、三線三角形、四線Y形或四線三角形)。
這些系統(tǒng)診斷、工具箱顯示和自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能由本發(fā)明裝置在不中斷電表運(yùn)行的情況下進(jìn)行，除非由于一種致命的故障而使電表運(yùn)行有意中止。
從下面參照附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最好方式所作的詳細(xì)討論中，很容易了解本發(fā)明以上目的及其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是系統(tǒng)方框圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)可與之組合的電表立體視圖；圖3是圖2電表的方框圖；圖4是本發(fā)明電力系統(tǒng)診斷檢測(cè)的流程圖；圖5是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的極性、交叉相位和能流診斷的第一部分的流程圖；圖6是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的極性、交叉相位和能流診斷的第二部分的流程圖；圖7是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的相電壓偏離診斷例行程序的第一部分的流程圖；圖8是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的相電壓偏離診斷的第二部分的流程圖；圖9是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的無(wú)功相電流診斷的第一部分流程圖；圖10是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的無(wú)功相電流診斷的第二部分的流程圖；圖11是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的每相功率因數(shù)診斷的第一部分的流程圖；圖12是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的每相功率因數(shù)診斷的第二部分的流程圖；圖13是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的每相功率因數(shù)診斷的第三部分的流程圖；圖14是顯示在Toolbox顯示中的項(xiàng)目清單；圖15是用于典型三相電表安裝的相矢量圖；圖16是說(shuō)明代表系統(tǒng)跟蹤的兩相量的波形關(guān)系圖圖17A是圖3中前端模塊42方框圖的第一部分；圖17B是圖3中前端模塊42方框圖的第二部分；圖18A是圖3中寄存器模塊48方框圖的第一部分；圖17B是圖3中寄存器模塊48方框圖的第二部分；圖19是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電流波形畸變探測(cè)診斷的第一流程圖20是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電流波形畸變探測(cè)診斷的第二流程圖；圖21說(shuō)明代表電表形式矢量及其可支持的相關(guān)電維護(hù)的類(lèi)型表；圖22是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能的第一部分的流程圖；圖23是由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能的第二部分的流程圖。
參照?qǐng)D1，總體表示為20的本發(fā)明系統(tǒng)包括一個(gè)中心處理單元22，足以存儲(chǔ)分別與對(duì)電壓A/D變換器26和電流A/D變換器28的電壓和電流數(shù)據(jù)周期采樣相對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器24、用來(lái)進(jìn)行由系統(tǒng)支持的電表自檢查和系統(tǒng)與安裝診斷的邏輯電路30，以及用來(lái)顯示故障和診斷信息的顯示裝置。
參照?qǐng)D2，系統(tǒng)20最好并入一個(gè)固態(tài)多相千瓦/千瓦小時(shí)(“Kw/Kwh”)單功能電表34(如圖3、17A-B和18A-B的圖示及后面的詳細(xì)說(shuō)明)，這種電表包括一個(gè)大體為圓形的基座36、帶固定面板的普通模壓塑料殼(未表出)和一個(gè)表蓋40。電表34表還含有適合與現(xiàn)行電力系統(tǒng)連接的常規(guī)電流感測(cè)部件。
現(xiàn)參照優(yōu)選實(shí)施例中的圖3，將本發(fā)明系統(tǒng)20的診斷邏輯電路30并入電表的前端模塊42，該前端模塊包括一個(gè)微處理器44、一個(gè)用作電壓A/D變換器26的8位A/D變換器、一個(gè)用作系統(tǒng)存儲(chǔ)器24一部分的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器45，以及只讀存儲(chǔ)器和EEPROM，系統(tǒng)診斷邏輯電路就設(shè)置在這里(46)。前端模塊除了由本發(fā)明系統(tǒng)20所執(zhí)行的系統(tǒng)與安裝診斷及工具箱顯示之外。還最好提供其他的電表功能，包括電表部件自檢查、A/D采樣、能量計(jì)算、當(dāng)前需求量、瞬時(shí)值、任何可選的輸出，以及電表通信。本實(shí)施例中的顯示器是一種液晶顯示器33，它最好含9個(gè)七段數(shù)位、3個(gè)十進(jìn)位點(diǎn)及用于顯示由常規(guī)電表通常顯示的電力系統(tǒng)信息以及由本發(fā)明系統(tǒng)所產(chǎn)生的診斷數(shù)據(jù)的多個(gè)圖標(biāo)，大體上如圖3所示。
電表34還包括一個(gè)有微處理器50的寄存器模塊48，包括只讀存儲(chǔ)器；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器51，它同時(shí)部分用作系統(tǒng)存儲(chǔ)器；一個(gè)96段LCD顯示驅(qū)動(dòng)器；以及24根I/O線。在這個(gè)實(shí)施例中，只讀存儲(chǔ)器和寄存器CPU50包括用來(lái)產(chǎn)生工具箱顯示以及有本發(fā)明系統(tǒng)20產(chǎn)生的診斷故障代碼的顯示邏輯電路。寄存器模塊48除了包括象自讀取、使用時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和大容量存儲(chǔ)這樣的時(shí)間相關(guān)功能外，還提供其他電表功能，如維持記帳值和記帳寄存器相關(guān)功能。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖3所示電表34的實(shí)施例中，本發(fā)明系統(tǒng)20使用一個(gè)用來(lái)感測(cè)電壓信號(hào)的8字節(jié)A/D變換器26和一個(gè)用來(lái)感測(cè)電流采樣的外部12字節(jié)A/D變換器28。正如熟練技術(shù)人員所知，由于電流變化的范圍比電壓要寬，電流變換器28要求較高的分辨能力。這些熟練技術(shù)人員還會(huì)懂得最好由分離的變換器來(lái)同時(shí)感測(cè)電流和電壓，以使電流互感器產(chǎn)生的相位誤差可直接通過(guò)調(diào)整電流采樣與電壓采樣之間的延時(shí)來(lái)補(bǔ)償。因此，在理想電流互感器且不傳遞相延時(shí)情況下，則可用獨(dú)立的變換器26和28對(duì)電壓和電流同時(shí)采樣。
用來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)20的工具箱顯示和診斷故障信息的顯示邏輯電路是圖3特定實(shí)施例中由寄存器CPU 50實(shí)現(xiàn)的顯示邏輯電路52的一部分。然而，熟練技術(shù)人員會(huì)懂得，本發(fā)明系統(tǒng)的邏輯電路和CPU的能力可以以一種較簡(jiǎn)單的信號(hào)處理器結(jié)構(gòu)(如圖1所示)、以及圖3所示結(jié)構(gòu)或其他硬件設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
本發(fā)明系統(tǒng)20通過(guò)“工具箱”顯示提供全范圍的系統(tǒng)診斷能力和診斷顯示功能。該系統(tǒng)與安裝診斷部分地由用戶(hù)通過(guò)編程軟件來(lái)確定。這個(gè)工具箱是一種包容在一具體運(yùn)行方式中固定設(shè)置的診斷信息的顯示，它可以由用戶(hù)(一般是現(xiàn)場(chǎng)人員)啟動(dòng)電表上的一個(gè)磁性開(kāi)關(guān)來(lái)存取。下面將對(duì)每種診斷能力作進(jìn)一步的詳細(xì)討論。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)20還提供一種自動(dòng)維護(hù)感測(cè)能力。如下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，這種能力包括用來(lái)自動(dòng)周期性地測(cè)定電表所提供電維護(hù)的邏輯電路，這種測(cè)定在電表安裝時(shí)、加電后、以及周期性地在電表運(yùn)行期間根據(jù)電表預(yù)先編程的形式號(hào)和電壓相矢量Va和Vc的角位移進(jìn)行。如下所述。系統(tǒng)與安裝診斷本發(fā)明的系統(tǒng)20完成多種系統(tǒng)與安裝診斷，可指明與電維護(hù)、電表的錯(cuò)誤安裝或電表內(nèi)部的功能不正常有關(guān)的潛在問(wèn)題。雖然這類(lèi)診斷可能按電表所提供的電維護(hù)類(lèi)型而改變，但下述診斷一般由該系統(tǒng)來(lái)完成。
參照?qǐng)D4，這種系統(tǒng)與安裝診斷還最好作為一種狀態(tài)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，診斷由用戶(hù)可對(duì)電表選擇進(jìn)行的四種診斷組成(1)極性、交叉相位和能流檢查；(2)相電壓偏離檢查；(3)電流互感器檢查；(4)每相功率因數(shù)檢查；以及(5)電流波形畸變檢查。所有被選定的診斷均由電表至少每5個(gè)采樣間隔進(jìn)行一次。
當(dāng)根據(jù)用戶(hù)相應(yīng)于診斷失效確定的參量出現(xiàn)任何故障狀態(tài)時(shí)，電表顯示信息來(lái)指明其故障狀態(tài)，并有選擇地觸發(fā)一個(gè)輸出觸點(diǎn)關(guān)閉，如一個(gè)水銀浸潤(rùn)繼電器或一個(gè)編程為“故障狀態(tài)報(bào)警”的固態(tài)觸點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)選擇的輸出被編程為故障狀態(tài)報(bào)警時(shí)，一旦由用戶(hù)選定的任何診斷故障被觸發(fā)，這個(gè)輸出觸點(diǎn)就會(huì)隨時(shí)關(guān)閉。
再參照?qǐng)D4，本發(fā)明系統(tǒng)20最好通過(guò)54-62所示的一系列計(jì)算和診斷檢查來(lái)說(shuō)明。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將處理時(shí)間分成等于60個(gè)電源線路時(shí)鐘周期的采樣間隔。例如，在50Hz的設(shè)備中，這是1.2秒。在60Hz的設(shè)備中，采樣間隔將是1秒。
用一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，，系統(tǒng)20進(jìn)行必要的采樣和計(jì)算以確定IA的相角(最好相對(duì)于相矢量VA)，并在第一采樣間隔內(nèi)進(jìn)行診斷檢查#1，如54所示。
在第二間隔(56)，系統(tǒng)20積累必要的采樣來(lái)計(jì)算IB的相角并進(jìn)行診斷檢查#2。
在第三間隔(58)，系統(tǒng)積累必要的采樣來(lái)計(jì)算IC的相角并進(jìn)行診斷檢查#3。
在第四間隔(60)，系統(tǒng)積累必要的采樣來(lái)計(jì)算VB的相角并進(jìn)行診斷檢查#4。
在第五間隔(62)，系統(tǒng)積累必要的采樣來(lái)計(jì)算VC的相角，進(jìn)行診斷檢查#5并將計(jì)數(shù)器置零。
在每個(gè)間隔末將計(jì)數(shù)器加1(64步)，且其順序連續(xù)重復(fù)。這樣，在60Hz系統(tǒng)中，對(duì)每個(gè)電流和電壓相矢量計(jì)算其相位角，并進(jìn)行四種診斷檢查的每一種，每5秒鐘一次。正如熟練技術(shù)人員所知，可以執(zhí)行不同的時(shí)間間隔和/或可以改變子程序54-62，來(lái)適應(yīng)一種或多種按希望所選定的診斷的更頻繁的或不頻繁的檢查。診斷#1-極性、交叉相位和能流檢查按圖5和6，極性、交叉相位和能流檢查進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)檢查任何相電壓和電流極性反向，并檢查某相電壓與不同相電流的錯(cuò)誤接線。這種情況也可能因共振的出現(xiàn)而產(chǎn)生。這種檢查通過(guò)周期地測(cè)量每個(gè)電壓和電流相矢量相對(duì)于參考矢量(最好是VA)的相角來(lái)完成。將每一相角與其理想相角進(jìn)行比較，后者定義為從一個(gè)平衡純阻性負(fù)載可能產(chǎn)生的相角。如果任何電壓相角滯后或領(lǐng)先于其理想相角超過(guò)預(yù)定值(最好10°)，或任何電流相角滯后或領(lǐng)先其理想相角超過(guò)第二預(yù)定值(最好90°)，則電表指示一個(gè)診斷#1故障。
如圖5所示，系統(tǒng)20的極性、交叉相位和能流檢查診斷程序66首先檢查每個(gè)電流和電壓相矢量(在68-76處)的每個(gè)相角(適用于接有電表的特定電力系統(tǒng))，來(lái)確定每個(gè)相角是否落在對(duì)ABC旋轉(zhuǎn)的預(yù)定理想值的容限以?xún)?nèi)。如果這些相角的任一個(gè)沒(méi)有落在理想值的允許范圍內(nèi)，則該系統(tǒng)將abc標(biāo)示設(shè)置為錯(cuò)誤(在78處)，再假定為CBA旋轉(zhuǎn)，著手(如圖6所示)檢查每個(gè)相角。
如果經(jīng)由68-76測(cè)定的所有相角都落在其預(yù)定理想值的允許范圍內(nèi)，則系統(tǒng)20在80處將abc標(biāo)示設(shè)置為正確(80處)，并著手檢查假定為cba旋轉(zhuǎn)的相位角。
現(xiàn)在參考圖6，一旦執(zhí)行ABC旋轉(zhuǎn)檢查后，系統(tǒng)經(jīng)由82-90檢查每個(gè)電流和電壓相矢量的相角，來(lái)測(cè)定對(duì)于CBA旋轉(zhuǎn)的相角是否落在其預(yù)定理想值的允許范圍內(nèi)。如果任一相位角落在那個(gè)相矢量預(yù)定理想值的允許范圍之外，系統(tǒng)在92處將cba標(biāo)示設(shè)置為錯(cuò)誤。如果測(cè)定的所有相角都落在其預(yù)定理想值的允許范圍內(nèi)，則系統(tǒng)在94處將cba標(biāo)示設(shè)置為正確。然后，系統(tǒng)20確定是否abc還是cba標(biāo)示是正確的。如果兩者都正確，則診斷檢查就通過(guò)。如果abc標(biāo)示和cba標(biāo)示兩者都為不正確，則ABC和CBA旋轉(zhuǎn)兩者診斷檢查都不合規(guī)格，指示一個(gè)診斷故障。
當(dāng)測(cè)出一個(gè)診斷故障時(shí)，系統(tǒng)記錄故障的出現(xiàn)并顯示出該故障，后面再進(jìn)一步描述。但在本優(yōu)選實(shí)例中，直到三次連續(xù)檢查都存在這種故障狀態(tài)也未出現(xiàn)這種診斷故障的初始顯示。
正如熟練技術(shù)人員所知，這種診斷可以指出某些問(wèn)題中的一個(gè)，包括電位或電流回路的交叉相位關(guān)系，電位或電流回路的極性錯(cuò)誤，一相或多相反向能流或內(nèi)部電表測(cè)量工作不正常。診斷#2-相電壓偏離檢查現(xiàn)參考圖7和8，設(shè)計(jì)這種相電壓偏離檢查是為了對(duì)處在用戶(hù)確定范圍之外的任何相電壓進(jìn)行檢查(在98處)。這實(shí)際上是一種配電變壓器電壓間隙檢查。這是通過(guò)周期地測(cè)量每相電壓并按程序軟件標(biāo)定的預(yù)定電壓范圍對(duì)其進(jìn)行檢查來(lái)完成的。
此項(xiàng)檢查所用的公式是Vupper=(1+XX100)VA,]]>以及Vlower=(1-XX100)VA]]>如果任一相電壓高于Vupper或低于Vlower，電表將指示一個(gè)相電壓范圍診斷故障。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在本優(yōu)選實(shí)例中，系統(tǒng)20檢查(在100處)是要測(cè)定裝有系統(tǒng)20的電表所支撐的電維護(hù)是不是一種三相、四線Δ接法維護(hù)。如果是這樣的話，系統(tǒng)就計(jì)算C相電壓特定情況的上限和下限，如102所示。
此外，如果C相或B相電壓超過(guò)預(yù)定范圍，系統(tǒng)指示這次診斷檢查失效(在104或106處)，指出一個(gè)診斷故障，記錄該故障并顯示出相應(yīng)的故障信息，如后面所述。否則，這次診斷檢查就通過(guò)(在108處)，且本次檢測(cè)即告完成。
但應(yīng)該注意的是，在該優(yōu)選實(shí)例中，直到三次連續(xù)檢查都存在這種故障狀態(tài)才出現(xiàn)這種診斷故障的初次顯示。
這種診斷可指出相電位損耗、錯(cuò)誤的變壓比、變壓器繞組短路，不正確的相電壓、內(nèi)部電表測(cè)量不正常以及其他潛在的問(wèn)題。診斷#3-無(wú)功相電流檢查現(xiàn)在參見(jiàn)圖9和10，在執(zhí)行無(wú)功相電流診斷中，系統(tǒng)20將周期地把每相瞬時(shí)RMS電流與預(yù)定的最小電流電平進(jìn)行比較，其范圍最好是按增量1mA從5mA到200A可選。如果所有三相電流都在允許電平以上，或所有三相電流都在允許電平以下，則此次診斷就通過(guò)。任何其他組合都將導(dǎo)致診斷#3不合規(guī)格，并將指示一個(gè)診斷#3故障。
然而，最好還是直到三次連續(xù)檢查都存在這種故障狀態(tài)才出現(xiàn)這種診斷故障的記錄和顯示。
診斷#3故障的出現(xiàn)意味著一相或多相電表相電流幅度不和規(guī)格。為了解決這個(gè)具體問(wèn)題，用戶(hù)必須從Toolbox模式得到相電流信息。如后所述。
正如熟練技術(shù)人員所知，這種診斷檢查可以用來(lái)指出某些潛在問(wèn)題中的任何一個(gè)，例如一個(gè)開(kāi)路或短路的電流互感器電路。診斷#4-每相功率因數(shù)檢查參見(jiàn)圖11-13，設(shè)計(jì)每-相功率因數(shù)診斷檢查是為了驗(yàn)證電表每相電流相矢量和理想電壓相矢量之間的相角是否處在用戶(hù)指定的范圍(+/-1-90°)。由于這個(gè)容差比對(duì)診斷#1的限制更大，系統(tǒng)20直到診斷#1已通過(guò)方執(zhí)行這種診斷檢查。這一診斷可能指出一系列潛在問(wèn)題的任一個(gè)，包括不良的負(fù)載功率因數(shù)狀態(tài)，不良的系統(tǒng)狀態(tài)或工作不正常的系統(tǒng)設(shè)備。
系統(tǒng)20先在114和116處檢查abc和cba旋轉(zhuǎn)標(biāo)示，如這兩種標(biāo)示都錯(cuò)，表示診斷#1已失效。由于這種診斷的容差比對(duì)診斷#1限制更大，該診斷檢查中止。
如果abc和cba標(biāo)志都為正確(表示診斷#1已通過(guò))，系統(tǒng)20在114和116處分別執(zhí)行相應(yīng)的ABC和CBA旋轉(zhuǎn)檢查。對(duì)ABC旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)檢查相應(yīng)的電流相矢量和理想電壓相矢量之間相角(118-122)，以確定該相角是否處在用戶(hù)確定的范圍內(nèi)。如果該相角處在預(yù)定的范圍內(nèi)，此次診斷就通過(guò)(124處)。如果不是，則此次診斷失效(126)，指出一個(gè)診斷#4故障。在CBA旋轉(zhuǎn)情況下，系統(tǒng)20對(duì)可適用的電流相矢量執(zhí)行類(lèi)似范圍的檢查(128-132)。診斷#5-電流波形畸變檢查參見(jiàn)圖19，設(shè)計(jì)電流波形畸變檢查是為了檢測(cè)任何一相中DC電流的存在。這種診斷對(duì)設(shè)計(jì)成僅通交流電流的電表特別有用，這種電流互感器的性能因過(guò)大的直流電流而退化，因直流電流使互感器偏置，致使其工作在非線性區(qū)。
在電表中產(chǎn)生直流電流的基本方法是在正常負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)半波整流負(fù)載。半波整流電流信號(hào)的存在具有提高波形正半周或負(fù)半周幅度而保持另一半周不受影響的作用。對(duì)于那些沒(méi)有設(shè)計(jì)成通直流電流的電表，當(dāng)這種信號(hào)出現(xiàn)在電流互感器的輸入端時(shí)，其電平浮動(dòng)而使輸出平均值為零。然而，波形正、負(fù)半周的峰值大小不再相同。直流電流檢測(cè)診斷通過(guò)在電表的一個(gè)采樣間隔內(nèi)取正、負(fù)峰值差而利用這一現(xiàn)象。如果沒(méi)有直流電流存在，在一個(gè)間隔內(nèi)電流采樣累加的結(jié)果應(yīng)該是一個(gè)接近于零的值。如存在直流電流，則積計(jì)值將顯著升高。不管伴隨的交流電流波形的相位和幅度如何，這個(gè)方法(參見(jiàn)下面的Comb Filter方法)總給出精確值。
既然采用本發(fā)明的電表一般是多相電表，意味著存在由這種表測(cè)量的兩相或三相電流，有可能使某些人在負(fù)載上跨接一個(gè)半波整流電路將電表篡改而將直流電流引進(jìn)設(shè)備。這個(gè)電路可加在某單相上。為此，DC檢測(cè)診斷應(yīng)能在每相偏置上檢測(cè)到直流電流。
計(jì)算每相直流電流檢測(cè)值的Comb Filter方法在圖19的流程圖中說(shuō)明。在每個(gè)采樣間隔內(nèi)該方法包括如下步驟(1)記錄每一間隔內(nèi)第一電壓采樣的符號(hào)；(2)利用第一電壓采樣的符號(hào)，檢測(cè)過(guò)零的第一電壓；(3)將電壓過(guò)零后的第二采樣電流累計(jì)到電流峰值累加器中(大約90°)；(4)將初始電流采樣后每第四電流采樣累計(jì)到電流峰值累加器中(相隔約180°)；(5)重復(fù)步驟4；以及(6)在采樣間隔末了，將累加電流峰值除以在該間隔內(nèi)所用合適的電流值。其作用是將對(duì)電流存在的三個(gè)不同增益范圍的結(jié)果歸一化。同時(shí)，為下一采樣間隔的累加器清零。
步驟6相除的結(jié)果是正比于該相直流電流一個(gè)無(wú)量綱值。這個(gè)值將稱(chēng)為DC檢測(cè)值。將DC檢測(cè)值與預(yù)選定的檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，以確定直流電流是否可能存在。本實(shí)施例中，檢測(cè)閾值設(shè)為3,000，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)3,000這個(gè)值是對(duì)200安培和20安培兩種電表都適合的閾值。
這種診斷利用A/D采樣來(lái)確定每相的電壓和電流，每一采樣間隔(一般為1秒)內(nèi)采樣481次。每相電流有與之相關(guān)的增益。如果電流幅度變化足夠快，則每個(gè)采樣間隔的這個(gè)增益可能改變。這一點(diǎn)在直流電流檢測(cè)中是重要的，因?yàn)闄z測(cè)技術(shù)要求在某一時(shí)間段內(nèi)對(duì)采樣電流值求和。如選擇時(shí)間周期大于采樣間隔，則電流值的求和包括在不同增益范圍的采樣這種可能性是存在的，于是累加的采樣便失去其意義。因此，用每一采樣間隔內(nèi)所用合適的電流增益將所得采樣電流峰值歸一化是重要的，如上面步驟(6)所述。
應(yīng)該注意的是DC檢測(cè)值的計(jì)算將僅在任一單個(gè)采樣間隔內(nèi)對(duì)一相進(jìn)行。因此，與其他由電表至少每5次采樣間隔(一般為每5秒)執(zhí)行一次的那些診斷不同，對(duì)可能的三相電流的每一相進(jìn)行三次連續(xù)檢查，間隔為5秒，總采樣時(shí)間為每相15秒。這樣，一次完整的電流波形診斷檢查所需的總時(shí)間為45秒(A相、B相和C相各15秒)。
如果發(fā)現(xiàn)對(duì)一特定相所有三次連續(xù)間隔的DC檢測(cè)值都大于所選定的檢測(cè)閾值，就在那一相上記錄存在直流電流。當(dāng)所有三相都檢查后，如果在任何一相上都有直流電流記錄，則診斷啟動(dòng)。當(dāng)45秒間隔過(guò)后而在任何一相上都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)，則診斷將關(guān)閉。
值得注意的是應(yīng)將檢測(cè)閾值設(shè)置在相應(yīng)于電表的電流互感器開(kāi)始惡化的直流電流電平上，以便在此直流電平到達(dá)之前能夠檢測(cè)和記錄診斷#5故障。
參見(jiàn)圖20，這種診斷對(duì)三相電的每一相三次調(diào)用相位檢查程序。相位檢查程序則對(duì)該相三次采樣間隔的每一次累計(jì)電流采樣、將累加采樣數(shù)據(jù)歸一化、并將此值作為一個(gè)直流檢測(cè)值DVn儲(chǔ)存起來(lái)。
再次參考圖19，檢查診斷#5程序在200處由清除間隔讀數(shù)和A相、B相和C相的每一故障讀數(shù)(PHA ERRCT，PHB ERRCT和PHCERRCT)開(kāi)始，間隔計(jì)數(shù)器可以是一個(gè)模9計(jì)數(shù)器，其增量值可為0-8、然后回0，等等。在頭三個(gè)5秒間隔的每一間隔(即間隔計(jì)數(shù)＝0、1和2)，程序在202處對(duì)A相執(zhí)行相位檢查，在接下來(lái)的三個(gè)5秒間隔內(nèi)(即間隔計(jì)數(shù)＝3、4和5)，程序在204處對(duì)B相執(zhí)行相位檢查，對(duì)于45秒診斷周期的最后三個(gè)5秒間隔(即間隔計(jì)數(shù)＝6、7和8)，程序在206處對(duì)C相執(zhí)行相位檢查。
一旦完成對(duì)A相的每一相位檢查程序，系統(tǒng)便在208處確定DC檢測(cè)值是否大于檢測(cè)閾值，且若該DC檢測(cè)值大于檢測(cè)閾值，則A相故障計(jì)數(shù)器(A相ERRCT)加值。然后對(duì)B相三次調(diào)用相位檢查程序。每相檢查程序完成后，系統(tǒng)20在210處再次檢測(cè)DC檢測(cè)值是否大于檢測(cè)閾值并相應(yīng)地設(shè)置B相故障計(jì)數(shù)器(B相ERRCT)。然后再對(duì)C相調(diào)用相位檢查程序，系統(tǒng)20在212處再次將從C相得到的DC檢測(cè)值與檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，并相應(yīng)地對(duì)C相故障計(jì)數(shù)器(C相ERRCT)加值。
接下來(lái)系統(tǒng)在214處確定A相、B相和C相中任一相的故障計(jì)數(shù)器是否等于3。如果等于3，在三次連續(xù)采樣期間對(duì)那一相會(huì)檢測(cè)到DC電流，系統(tǒng)便在216處對(duì)ERRCT＝3的每一相，即A相、B相和C相的故障計(jì)數(shù)器標(biāo)示一個(gè)診斷#5失效(分別為PHA CHK FAILURE、PHB CHKFAILURE或PHC CHK FAILURE)。在任何情況下，將每個(gè)PHA、PHB和PHC CHK FAILURE計(jì)數(shù)值加到診斷#5計(jì)數(shù)器(表示診斷#5故障累計(jì)總數(shù))，診斷即告完成。
于是，在45秒采樣間隔未了，每相電流檢查三次后，如果三相故障計(jì)數(shù)器的任何一個(gè)在所有三次檢查中都記錄了故障，則將記錄一次診斷#5故障。在Tool Box模式中報(bào)告的診斷#5計(jì)數(shù)器(DIAG#5 ERRORCOUNTER)就是這三個(gè)每相DC檢測(cè)計(jì)數(shù)器之和。自動(dòng)維護(hù)感測(cè)在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括用來(lái)根據(jù)電表的預(yù)編程形式因子和電壓矢量Va和Vc的角位移自動(dòng)測(cè)定由電表支持的電維護(hù)的邏輯電路。這種性能取消了對(duì)用戶(hù)在安裝前需將電維護(hù)類(lèi)型編程進(jìn)入電表的要求，因而允許用戶(hù)充分利用這種電表的靈活的、多類(lèi)型維護(hù)的能力，并降低用戶(hù)的電表編目要求。另外，自動(dòng)電維護(hù)感測(cè)能力確保電表和任何使能系統(tǒng)以及安裝診斷在以最小預(yù)編程安裝后都將正確地運(yùn)行。最后，自動(dòng)維護(hù)感測(cè)能力允許電表從一種電維護(hù)重新安裝到另一種電維護(hù)，而無(wú)需對(duì)電表支撐的電維護(hù)類(lèi)型的改變預(yù)編程。
參見(jiàn)圖21，在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包含對(duì)已預(yù)編程為形式5S、6S、9S、12S、16S、26S、5A、6A、8A和10A的那些電表的一種自動(dòng)電維護(hù)感測(cè)能力。圖19所示形式組之一的每種不同維護(hù)有唯一的平衡電阻負(fù)載矢量圖，表明每一單個(gè)相電流和電壓相對(duì)于A相電壓的相角方位。在一個(gè)實(shí)際領(lǐng)域的應(yīng)用中，電流相矢量將因負(fù)載的變化而移離這些平衡電阻負(fù)載位置。然而，電壓相矢量不會(huì)隨負(fù)載改變，且應(yīng)處于其平衡電阻負(fù)載位置1°或2°范圍內(nèi)。因?yàn)锽相電壓矢量既不在兩元電表上出現(xiàn)，也不會(huì)在6S(6A)電表中存在，這個(gè)電壓是設(shè)計(jì)用的。然而，C相電壓矢量對(duì)所有不同的形式和維護(hù)都存在，并相對(duì)于A相電壓來(lái)測(cè)量。于是，對(duì)圖21中所標(biāo)出的形式電表，相對(duì)于A相電壓矢量的C相電壓矢量角位置的檢查只提供確定電表處于哪種維護(hù)所需的信息。
這個(gè)規(guī)則唯一的例外是網(wǎng)絡(luò)和四線Y形維護(hù)不能在5S、26S形式組中通過(guò)簡(jiǎn)單檢查C相和A相電壓矢量位置來(lái)區(qū)別。在此所述系統(tǒng)的實(shí)例中，系統(tǒng)簡(jiǎn)單地假設(shè)在這些條件下的一種四線Y形維護(hù)。
這樣，如圖21所示，如果已知電表的形式因子，則電維護(hù)的類(lèi)型常?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量電壓矢量的角位移來(lái)確定。實(shí)際上，每一形式為8A、10A、9S和16S的電表都支持四線Y形和四線三角形電維護(hù)。由于在四線Y形和四線三角形系統(tǒng)中的電壓矢量Va和Vc的位移不同(對(duì)于ABC轉(zhuǎn)向分別為120°和90°)，在為確保對(duì)系統(tǒng)所計(jì)算的相矢量進(jìn)行有效的角度測(cè)量而滯后于啟動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，系統(tǒng)測(cè)定Va和Vc電壓矢量之間的位移，并根據(jù)這個(gè)位移量確定此電表是否是安裝在四線Y形或四線三角形系統(tǒng)中。
同樣，對(duì)于電表形式6S或6A，系統(tǒng)測(cè)定Va和Vc相矢量的位移是否處在離120°的允許范圍內(nèi)(最好±10°)，以確保電表是安裝在它所支持的適當(dāng)四相Y形電維護(hù)中。對(duì)于12S電表，系統(tǒng)測(cè)定Va和Vc相矢量的相角是否處在允許的60°、120°或180°的閾值內(nèi)，如果是，則測(cè)定已分別安裝在三線三角形、網(wǎng)絡(luò)或單相電維護(hù)中的電表。最后，對(duì)于5S、5A和26S形式，系統(tǒng)檢查Va和Vc相矢量，以測(cè)定其相位角是否落在三線三角形(60°)、四線三角形(90°)或四線Y形(120°)維護(hù)的每一種的允許閾值內(nèi)，如果是，則記錄相應(yīng)的電維護(hù)類(lèi)型。
應(yīng)該注意的是，在5S、5A或26S形式下，系統(tǒng)不能區(qū)分四線Y形和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，因?yàn)樵贏BC旋轉(zhuǎn)下Va和Vc相矢量之間的角度對(duì)于這兩種維護(hù)都是120°。然而，由于目前在網(wǎng)絡(luò)中采用5S的應(yīng)用并不多，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)只假定一個(gè)120°的Va/Vc角位移是四線Y形電力系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是如果電表實(shí)際上是用在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，任憑安裝在四線Y形網(wǎng)絡(luò)中電表自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能如何測(cè)定，電表仍將正確地運(yùn)行。然而，既然四線Y形中電流(I)和電壓(V)之間存在30°相移，而網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中電流和電壓相矢量不會(huì)互相偏移，如果包含上述自動(dòng)電維護(hù)感測(cè)功能的5S、5A或26S形式的電表用在網(wǎng)絡(luò)中，則某些診斷計(jì)算(如所述診斷1和診斷4)可能不真實(shí)地指示故障.
應(yīng)當(dāng)理解的是，這種系統(tǒng)同樣可以通過(guò)檢查電壓相矢量和/或自動(dòng)診斷所獲得的其他信息實(shí)現(xiàn)對(duì)裝有其他形式電表的電維護(hù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
還應(yīng)該注意到，圖21所表明的角位移是對(duì)ABC順序而言的。在進(jìn)行電維護(hù)測(cè)定中，系統(tǒng)最好也檢查ABC轉(zhuǎn)向的Va和Vc角位移值。應(yīng)當(dāng)理解的是，在CBA轉(zhuǎn)向中，C相電壓相矢量Vc應(yīng)該是360°減去圖21所示Vc的位置。
圖22和23表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中采用的自動(dòng)維護(hù)檢查功能的流程圖。每次電表加電，或系統(tǒng)診斷重新構(gòu)置時(shí)，電表將執(zhí)行系統(tǒng)檢查維護(hù)功能。這可以通過(guò)將維護(hù)類(lèi)型恢復(fù)到一個(gè)無(wú)效值來(lái)啟動(dòng)。在啟動(dòng)時(shí)或重構(gòu)后(例如，供電中斷)，系統(tǒng)將識(shí)別這個(gè)無(wú)效值，并自動(dòng)開(kāi)始進(jìn)行一種有效維護(hù)類(lèi)型的測(cè)定。
設(shè)置一個(gè)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)的診斷延時(shí)，對(duì)于以60Hz運(yùn)行的電表最好取8秒左右，以使電表穩(wěn)定并對(duì)要計(jì)算的五種可能的相矢量進(jìn)行角度測(cè)量。因此，在這個(gè)延時(shí)期間，自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能并不運(yùn)作，因?yàn)閂a和Vc相矢量值可能不可靠。診斷延時(shí)過(guò)后，自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能在每次采樣間隔(對(duì)于60z為1秒)末了啟動(dòng)，直至找到一種有效的維護(hù)。如果有效維護(hù)沒(méi)找到而任何診斷已在系統(tǒng)中啟動(dòng)，則這種測(cè)定有效維護(hù)的失效將記為診斷#1故障。如果診斷沒(méi)有啟動(dòng)，則不記錄無(wú)效維護(hù)故障。在使用自動(dòng)維護(hù)感測(cè)功能的一個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例中，對(duì)于一個(gè)無(wú)效維護(hù)的診斷#1故障不會(huì)出現(xiàn)在顯示器上，除非診斷#1能夠滾動(dòng)或鎖定，如本文所述的那樣。
只要沒(méi)找到有效維護(hù)，診斷就不會(huì)被檢查。一旦確定出一個(gè)有效維護(hù)(記錄在系統(tǒng)中的維護(hù)類(lèi)型)，自動(dòng)維護(hù)感測(cè)中止，電表便開(kāi)始在每個(gè)采樣期間對(duì)那些已啟動(dòng)的系統(tǒng)診斷作診斷檢查，正如下面所述。
應(yīng)該注意，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)出現(xiàn)維護(hù)檢測(cè)失效時(shí)診斷#1失效的運(yùn)行與正常診斷#l失效稍有不同。如果在首次檢查中未立即找到維護(hù)類(lèi)型，只要系統(tǒng)中至少有一個(gè)系統(tǒng)診斷功能工作，則啟動(dòng)一個(gè)診斷#l失效。只要發(fā)現(xiàn)一個(gè)有效維護(hù)，診斷#1故障便立即清除。僅當(dāng)能使診斷#1滾動(dòng)或鎖定時(shí)，故障才會(huì)在電表上顯示。只要系統(tǒng)診斷之一能啟動(dòng)，這種失效總是記錄在診斷#1故障計(jì)數(shù)器中。如系統(tǒng)診斷都沒(méi)有啟動(dòng)，則這種失效就不會(huì)被記錄。這允許用戶(hù)選擇關(guān)掉任何警告。
應(yīng)該注意的是，圖22和23所示的執(zhí)行過(guò)程中，系統(tǒng)允許有一個(gè)電壓相矢量位置的容限(最好是
)以便通過(guò)診斷。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，鑒于電壓相矢量的變化很有限，一般在其平衡阻性負(fù)載位置1°或2°范圍內(nèi)，這一容限被證明是足夠的。用戶(hù)確定診斷系統(tǒng)最好允許用戶(hù)能在電表安裝期間啟用或停用一種或多種系統(tǒng)診斷。如果進(jìn)行診斷，系統(tǒng)最好還提供用戶(hù)定義的參數(shù)，如下所述。
為了開(kāi)動(dòng)或關(guān)閉任何一個(gè)上述的診斷檢查，用戶(hù)必須回答由系統(tǒng)支持的每種診斷檢查編程軟件中的下述類(lèi)型提示。
“診斷#N禁止”對(duì)每個(gè)“診斷N”(其中N代表診斷序號(hào)1-4中的一個(gè))，當(dāng)按下Return鍵時(shí)，用戶(hù)得到一個(gè)菜單，最好包括在如下選項(xiàng)Disable(禁止)Ignore(忽略)Lock(鎖定)Scroll(滾動(dòng))Disable選擇停止那個(gè)診斷的執(zhí)行。
Ignore選擇(如果執(zhí)行)意指診斷將影響故障狀態(tài)警報(bào)(如下所述)，但不會(huì)顯示。
Lock選擇(如果執(zhí)行)將在測(cè)得診斷故障的情況下使診斷故障信息鎖定在電表顯示器上。
Scroll選擇(如果執(zhí)行)將在發(fā)現(xiàn)診斷故障后，于每一正常模式顯示項(xiàng)之間的“off time”期間，產(chǎn)生要顯示的診斷故障信息。
除以上提示外，還將提示用戶(hù)對(duì)特定電表安裝支持的電維護(hù)類(lèi)型(如4-線Y形)編程。
對(duì)于診斷#2，還會(huì)提示用戶(hù)插入一個(gè)數(shù)值(最好相應(yīng)于一個(gè)百分比容差)來(lái)設(shè)計(jì)所有電壓的容差，以響應(yīng)下列提示診斷#2百分比容差＿＿＿＿＿＿對(duì)于診斷#3，最好提示用戶(hù)設(shè)計(jì)可接受的最小電流電平，以響應(yīng)下列提示診斷#3最小電流＿＿＿＿＿＿診斷#4最好還提示用戶(hù)通過(guò)插入一個(gè)數(shù)值(1-90°)來(lái)設(shè)計(jì)允許的相角容差，以響應(yīng)下列提示診斷#4相角容差＿＿＿＿＿＿如果選擇了Lock或Scroll，只要檢測(cè)到診斷故障，電表將顯示下列信息故障診斷N(其中N＝診斷編號(hào))同時(shí)，每當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，這個(gè)故障計(jì)數(shù)器的發(fā)生數(shù)就加1。但如前所述，在優(yōu)選實(shí)施例中，直到故障狀態(tài)已在連續(xù)三次檢查中出現(xiàn)才產(chǎn)生診斷故障的系統(tǒng)應(yīng)答信息和初始顯示。同樣，直到兩次連續(xù)檢查中故障已不存在，該故障才從顯示器上消失。
另外，在每個(gè)正常模式電表顯示項(xiàng)之間的“off time”(停歇)期間，顯示要么鎖定在故障信息上，要么通過(guò)顯示來(lái)滾動(dòng)故障信息，這決定于系統(tǒng)安裝時(shí)的設(shè)置。各種與本發(fā)明技術(shù)一致的其他顯示方法均可采用。電表自檢查最好將本發(fā)明的系統(tǒng)20作適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)來(lái)周期地執(zhí)行一系列電表自檢查，如果檢測(cè)到任何故障，系統(tǒng)將記錄出現(xiàn)一個(gè)故障狀態(tài)，顯示一個(gè)相應(yīng)于所測(cè)故障類(lèi)型的故障代碼，并根據(jù)故障類(lèi)型采取其他合適的動(dòng)作。
系統(tǒng)最好執(zhí)行對(duì)致命故障和非致命故障進(jìn)行周期性檢查的一系列程序。所謂致命故障是指檢測(cè)的失效可能是記錄數(shù)據(jù)不可靠，或可能引起電表將來(lái)運(yùn)行不可靠一類(lèi)的故障。系統(tǒng)20最好進(jìn)行電表自檢查，檢查電表寄存模塊的內(nèi)部RAM，寄存模塊的ROM，寄存模塊的EEPROM，寄存模塊的偽RESET以及前端模塊內(nèi)部RAM、ROM和EEPROM。每當(dāng)停電后電表重新啟動(dòng)或電表重新配置時(shí)，最好將這些電表部件檢查一遍。如檢測(cè)到RAM、ROM、前端模塊處理器故障或其他致命故障，系統(tǒng)20會(huì)顯示一個(gè)相應(yīng)于所測(cè)故障的預(yù)定故障代碼，將顯示器鎖定在該代碼上，直到電表重新初始化，并中止除通信以外的所有電表功能。
系統(tǒng)20通過(guò)檢測(cè)寄存模塊處理器是否在沒(méi)有先進(jìn)行預(yù)定的停電程序而遇到一次硬件RESET來(lái)檢查掉電故障。這種情況可能在供電線上的瞬態(tài)過(guò)程瞬間觸動(dòng)(assert)RESET線時(shí)發(fā)生。一種檢查偽RESET的方法是將一個(gè)特殊字符寫(xiě)入寄存器EEPROM中作為停電處理的最后一步。如果加電時(shí)這個(gè)特殊字符不出現(xiàn)，則發(fā)生了一次偽RESET。系統(tǒng)20則將顯示該掉電故障代碼，并中止除通信以外的所有電表功能。
系統(tǒng)以同樣方式檢查前端模塊的RAM、ROM、EEPROM和處理器失效，如上所述。在按圖3電表所組合的實(shí)例中，如發(fā)現(xiàn)前端模塊的任何致命故障，則前端模塊將停止與寄存器模塊的通信。如果前端模塊與寄存器模塊之間通信中斷超過(guò)5分鐘，則足以認(rèn)定已檢測(cè)到這類(lèi)故障中的一個(gè)，便顯示一個(gè)前端處理器失效故障代碼，并認(rèn)定68HC11 RESET線，直到前端模塊恢復(fù)正常運(yùn)行。
由系統(tǒng)執(zhí)行的電表自檢查最好還包括一系列非致命故障，例如寄存器滿(mǎn)刻度溢出、系統(tǒng)時(shí)鐘、使用時(shí)間(TOU)、大容量存儲(chǔ)器，反向功率流和低壓電池故障狀態(tài)。
例如，如果峰值Kw寄存器超過(guò)預(yù)置的寄存器滿(mǎn)刻度值，將報(bào)告一個(gè)寄存器滿(mǎn)刻度溢出故障。如果檢測(cè)到這一情況，系統(tǒng)顯示出一個(gè)寄存器滿(mǎn)刻度溢出故障，當(dāng)電表重新啟動(dòng)或由預(yù)定的編程裝置將故障清除時(shí)，這個(gè)故障即被清除。
如分、時(shí)、日或月數(shù)據(jù)超出預(yù)定范圍，則將報(bào)告一個(gè)時(shí)鐘故障。如產(chǎn)生時(shí)鐘故障，TOU和存儲(chǔ)器容量選擇將被禁止，并中止記錄間隔數(shù)據(jù)直到電表重新設(shè)置。
如果一個(gè)內(nèi)部TOU參數(shù)變得不可靠或含有一個(gè)其預(yù)定允許范圍以外的值，將報(bào)告一個(gè)TOU故障。如發(fā)生TOU故障，將顯示相應(yīng)的故障代碼并禁止TOU選擇。
如果內(nèi)部大容量存儲(chǔ)器參數(shù)變得不可靠或超出其預(yù)定允許范圍，將報(bào)告一個(gè)大容量存儲(chǔ)器故障。如果出現(xiàn)大容量存儲(chǔ)器故障，則顯示相應(yīng)的故障代碼并禁止大容量存儲(chǔ)器選擇。
如果前端模塊在相反方向檢測(cè)一個(gè)完整而連續(xù)的表盤(pán)旋轉(zhuǎn)的等效信息，將報(bào)告一個(gè)反向功率流故障。不管能量穩(wěn)定與否，總會(huì)報(bào)告這個(gè)故障。
如果在電平檢查時(shí)確認(rèn)在電源組合電路上有LOBAT信號(hào)，則將報(bào)告一個(gè)低壓電池故障。如果檢測(cè)到低壓電池故障，將顯示相應(yīng)的故障代碼，與時(shí)鐘故障一樣，將中止所有TOU和大容量存儲(chǔ)器選擇。如果在任何斷電前更換電池，則當(dāng)電池電壓上升到預(yù)定閾值以上時(shí)，低壓電池故障將被清除。然而，如果斷電后電池電壓低于閾值，電表必須重新構(gòu)置來(lái)清除這個(gè)故障。
系統(tǒng)最好在每個(gè)請(qǐng)求間隔的末了檢查寄存器的滿(mǎn)刻度溢出，并且最好在加電時(shí)、2300小時(shí)、以及在任何類(lèi)型電表重構(gòu)時(shí)對(duì)時(shí)鐘、TOU和大容量存儲(chǔ)器故障進(jìn)行檢查。反向功率流故障最好由系統(tǒng)每秒檢查一次，并在通電時(shí)和每一間隔對(duì)低壓電池故障檢查一次。
在系統(tǒng)20的優(yōu)選實(shí)例中，系統(tǒng)允許用戶(hù)選擇要執(zhí)行哪些電表自檢查功能。在優(yōu)選實(shí)例中，如果檢測(cè)到任一個(gè)選定的非致命故障，在正常顯示項(xiàng)之間的off-time期間，系統(tǒng)會(huì)顯示一個(gè)相應(yīng)于被測(cè)故障的預(yù)定故障代碼。另一方面，一旦檢測(cè)到任何這種故障，系統(tǒng)可以允許用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)編程將顯示鎖定在任一非致命故障的故障代碼上。在這種情況下，由用戶(hù)啟動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)將使電表通過(guò)正常顯示菜單滾動(dòng)一次，然后鎖定在非致命故障顯示上。
應(yīng)該注意，在優(yōu)選實(shí)例中，不能禁止致命故障檢查。如果非致命故障檢查未被選擇，它就不會(huì)被顯示和標(biāo)示。
那些熟練技術(shù)人員都懂得可以采用各種顯示方法。例如，可對(duì)系統(tǒng)編程將顯示鎖定在對(duì)應(yīng)于任何測(cè)得的非致命故障的故障代碼上，直到磁性開(kāi)關(guān)啟動(dòng)。一旦磁性開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，系統(tǒng)則可通過(guò)其正常顯示滾動(dòng)，然后鎖定在非致命故障代碼的顯示上。另外，可對(duì)系統(tǒng)編程使繼續(xù)通過(guò)預(yù)定的顯示清單滾動(dòng)，周期地顯示任何或全部非致命故障代碼。
其他電表部件可采用常規(guī)方法和設(shè)定的故障代碼作同樣的周期性地檢查，當(dāng)適合提醒用戶(hù)注意可能的數(shù)據(jù)中斷或電表的不可靠運(yùn)作時(shí)，可顯示這些代碼。工具箱模式診斷工具箱最好是圖14所示格式的一組固定選擇顯示項(xiàng)。在優(yōu)選實(shí)例中，工具箱顯示是通過(guò)一個(gè)處于表盤(pán)上12點(diǎn)鐘位置的磁性彈簧開(kāi)關(guān)來(lái)存取的，而且通過(guò)將磁鐵緊靠彈簧開(kāi)關(guān)至少5秒來(lái)啟動(dòng)。可以由用戶(hù)把磁鐵置于電表的頂部來(lái)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)存取時(shí)，工具箱的每個(gè)顯示項(xiàng)分別按圖14及所示次序顯示。一旦電表處于工具箱顯示模式，所有工具箱顯示項(xiàng)將至少滾動(dòng)一次。當(dāng)磁鐵移開(kāi)后，電表將完成到工具箱顯示清單底的滾動(dòng)，然后恢復(fù)到正常模式運(yùn)行。在電表處于工具箱模式的整個(gè)期間，TEST報(bào)警器會(huì)每秒閃動(dòng)兩次。
所有#DIAG Error計(jì)數(shù)器最好由一個(gè)外部裝置清零，例如一個(gè)手提個(gè)人計(jì)算機(jī)或通過(guò)正常通訊。在優(yōu)選實(shí)例中，每個(gè)計(jì)數(shù)器的最大值是255。
當(dāng)處在工具箱模式時(shí)，電表工作照常進(jìn)行，這樣便保證即使磁鐵停留在電表頂部較長(zhǎng)一段時(shí)間，電表運(yùn)行仍不受影響。在電表處在工具箱模式的整個(gè)期間，隨著其值的變化，系統(tǒng)連續(xù)修改顯示的工具箱參量。
在工具箱模式下，Watt Disk Emulator(瓦特盤(pán)模擬器)以1.33秒一圈的速度沿恰在該時(shí)刻顯示其信息的那一相功率流方向轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，當(dāng)A相電壓、電流、電壓相角和電流相角正在顯示時(shí)，Watt Disk Emulator按A相功率流方向每秒轉(zhuǎn)動(dòng)一次。一旦顯示B相值時(shí)(如果存在)，若B相功率流與A相相反，Watt Disk Emulator轉(zhuǎn)向反轉(zhuǎn)。當(dāng)四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)故障計(jì)數(shù)器都有顯示時(shí)，將Watt Disk Emulator關(guān)掉。
由于用戶(hù)要求連續(xù)電位指示，三相電位指示(最好以VA、VB和VC表示)都出現(xiàn)在顯示屏上。只要對(duì)應(yīng)的電壓處于預(yù)定的閾值以上，這些指示便是“ON”。該閾值最好定義為電表額定工作的最低電壓值的75％。如果任何電壓降到閾值以下，其指示器最好以每秒2次的速度閃動(dòng)，
當(dāng)同時(shí)存在一個(gè)以上故障時(shí)，根據(jù)預(yù)定的優(yōu)先次序，僅顯示與其中的一個(gè)故障相關(guān)的信息。在本系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，建立下述優(yōu)先次序1.電表自檢查故障優(yōu)先于系統(tǒng)和安裝診斷故障。
2.由于在某一時(shí)刻僅有一個(gè)系統(tǒng)和安裝診斷故障能夠顯示，最高優(yōu)先序的故障將是一個(gè)采用預(yù)定優(yōu)先次序清單顯示的故障。
如果存在兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和安裝診斷故障，最高優(yōu)先序的故障將是那個(gè)被顯示的故障，并且是那個(gè)觸發(fā)輸出接點(diǎn)關(guān)閉的故障。如果這個(gè)故障被修復(fù)，就會(huì)顯示仍然存在的下一個(gè)最高優(yōu)先序故障，并將再次觸發(fā)輸出接點(diǎn)關(guān)閉。因此，只要有一個(gè)或多個(gè)診斷故障被觸發(fā)，就始終認(rèn)定輸出接點(diǎn)關(guān)閉(故障狀態(tài)報(bào)警)。
如上所述以及圖14所示，工具箱顯示最好還顯示每相電流和電壓的瞬態(tài)值。及其相對(duì)于A相電壓的相位。根據(jù)這些信息，用戶(hù)能夠構(gòu)成有助于定義正確安裝和運(yùn)行電表的相矢量圖。這一顯示也表示自上次系統(tǒng)清零操作以來(lái)的每次診斷積計(jì)的診斷故障數(shù)。
圖14和15分別給出三相電表安裝的相矢量圖和工具箱顯示之間所需關(guān)系的例子。利用工具箱顯示中給出的相電流、電壓和相角信息，用戶(hù)應(yīng)能構(gòu)成如圖15所示的矢量圖。這將允許用戶(hù)得到電力系統(tǒng)狀態(tài)的抽點(diǎn)打印，并用來(lái)鑒別任何特征和故障。如前所述，工具箱還將給出四種診斷計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，它將為用戶(hù)提供更詳細(xì)的系統(tǒng)狀態(tài)信息。相角計(jì)算在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)診斷#1和#4中所采用的和工具箱顯示所要求的相電流與電壓的相角信息從每相的累加電流和電流值以及累計(jì)乘積Q和Y(在下面定義)來(lái)確定。A相電壓最好用作其他角度的參考(或基準(zhǔn)相矢量)。因此，A相電壓角度在顯示中以0.0°出現(xiàn)。對(duì)于(IA、IB、IC、VB、VC)這五個(gè)其他相角值將相對(duì)于A相電壓值報(bào)告，并將總是相對(duì)于一個(gè)滯后的參考值給出。1. VA與IA間的相角若已知功率(Power)和視在功率(Apparent Power)，則可推出功率因數(shù)。
關(guān)系如下視在功率＝IRMSVRMS功率因數(shù)＝功率/視在功率＝功率/IRMSVRMS電壓與電流間的相角(θ)則可計(jì)算如下θ＝arc cos(功率因數(shù))本發(fā)明的裝置也可通過(guò)檢查無(wú)功功率的符號(hào)來(lái)確定電流是領(lǐng)先還是落后于電壓。如果無(wú)功功率為正，則電流落后于電壓，而如果無(wú)功功率為負(fù)，則電流領(lǐng)先于電壓。
在本實(shí)施例中，每60個(gè)線路周期對(duì)電表每相的功率、RMS電壓和RMS電流計(jì)算一次。這是通過(guò)在60個(gè)線路周期內(nèi)作481次電壓與電流采樣來(lái)完成的。先作必要的相乘與累加，然后對(duì)這些值求平均以給出對(duì)給定的60個(gè)線路周期的功率、RMS電壓和RMS電流。再用這些量在每60個(gè)周期末了計(jì)算每相的功率因數(shù)。
除電流與電壓測(cè)量間必須感生90°相移外，無(wú)功功率可按與功率相同的方法來(lái)計(jì)算。2，一般的相角計(jì)算法的推導(dǎo)如下面所論證的，可將計(jì)算VA對(duì)IA相角的方法推廣來(lái)計(jì)算任意參考相矢量(比如VA)與任意其他相矢量(比如VB、IB、VC、或IC)。
現(xiàn)參照?qǐng)D16，考慮如下頻率相同、振幅不同且彼此有相移的兩個(gè)正弦波at)＝Acos(ωt)b(t)＝Bcos(ωt-9)將余弦相角表示為(ωt-θ)，其隱含的假設(shè)是θ代表b(t)以a(t)為參考的一個(gè)滯后相移。各自的位置表示在時(shí)間上b(t)是在a(t)之前還是在其后達(dá)到它的最大值。如果b(t)在a(t)之后達(dá)到其最大值，則稱(chēng)它滯后于a(t)。如果b(t)在a(t)之前達(dá)到其最大值，則稱(chēng)它領(lǐng)先于a(t)。
為分離相角θ起見(jiàn)，將計(jì)算這兩個(gè)正弦波乘積的平均值。這個(gè)平均值將以Q標(biāo)記。求平均值的方程如下Q=1T∫0TAcos(ωt)Bcos(ωt-θ)dt]]>式中A和B分別代表正弦波a(t)和b(t)的振幅。一個(gè)正弦波的振幅XMAX與其RMS(均方根)值XRMS有關(guān)，由下式表示XMAX=2XRMS]]>因此，A=2ARMS,B=2BRMS]]>將這些關(guān)系代入Q的方程，則得到Q=ARMSBRMScosθ]]>或cosθ=QARMSBRMS]]>最后得到θ=arccos(QARMSBRMS)]]>因此，如已知兩個(gè)正弦波乘積的平均值以及兩單個(gè)波的RMS值，則可計(jì)算出兩個(gè)波之間的相角。僅有這個(gè)信息我們還不能確定b(t)是滯后還是領(lǐng)先a(t)。然而，如果知道了θ角的符號(hào)，就可確定這個(gè)角是領(lǐng)先角還是滯后角。
為了確定這個(gè)角度的符號(hào)，考慮兩個(gè)正弦波乘積的平均值，設(shè)a(t)有一個(gè)90°或π/2弧度的相移。a(t)的相移變型表示式如下a^(t)=Acos(ωt-π2)]]>a(t)與b(t)乘積的平均值將稱(chēng)作量Y。方程如下Y=1T0∫0TAcos(ωt-π2)Bcos(ωt-θ)]]>解此積分即給出下述關(guān)系Y=AB2sin(θ)]]>因此，如果已知兩個(gè)正弦波乘積的平均值(Q)，已知參考波延時(shí)相移90°的這些正弦波乘積的平均值(Q)，以及已知每個(gè)波的RMS值，則可計(jì)算相角，并確定非參考波是滯后還是領(lǐng)先于參考波。可用來(lái)確定相角大小的兩個(gè)方程如下θ=arccos(QARMSBRMS)]]>θ=arcsin(YARMSBRMS)]]>考察反余弦(arccosine)和反正弦(arcsine)函數(shù)幅角的符號(hào)，即可確定這個(gè)角度是滯后角還是領(lǐng)先角。既然正角相應(yīng)于滯后角，則下面的關(guān)系用來(lái)確定這個(gè)角度是滯后角還是領(lǐng)先角就是對(duì)的反余弦幅角(+)，反正弦幅角(+)—滯后0°到90°；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(+)—滯后90°到180°；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(-)—領(lǐng)先90°到180°；反余弦幅角(+)，反正弦幅角(-)—領(lǐng)先0°到90°。因此，如能求得a(t)和b(t)的Q、Y及RMS值，即可確定這些正弦波間的相角。
上述求相角的技術(shù)將適用于任何電壓或電流對(duì)。例如，為確定VB與VA間的相角，必須計(jì)算的兩個(gè)量是兩個(gè)波乘積的平均值(QVAB)，以及VA相移90°的這兩個(gè)波乘積的平均值(YVAB)。
如前所述，并入系統(tǒng)20優(yōu)選實(shí)施例中的電表在每60個(gè)線路周期內(nèi)對(duì)VB和VA采樣481次。對(duì)481個(gè)采樣的每一個(gè)計(jì)算出VA和VB的乘積，并在采樣間隔內(nèi)累加，則在采樣間隔末了可算出這兩個(gè)波乘積的平均值(QVAB)。對(duì)QVAB的方程如下QVAB=CΣn=1481VA(n)×VB(n)481]]>式中C是用來(lái)補(bǔ)償相電壓降到可測(cè)量電平的一個(gè)計(jì)算刻度因子。
YVAB可用類(lèi)似的方法從下式求得YVAB=CΣn=1481VA(n-2)×VB(n)481]]>式中對(duì)計(jì)算YVAB的C與計(jì)算QVAB的C是一樣的，VA(n-2)是先于采樣VAn兩次采樣的電壓VA。
采樣的設(shè)計(jì)要使得一個(gè)信號(hào)的兩次連續(xù)采樣相隔44.91°。因此，如果從兩次采樣以前對(duì)電壓采樣，這將產(chǎn)生近乎90°的89.82°相移。
應(yīng)當(dāng)注意的是，代替用VA的相移采樣，也可將其他量相移90°來(lái)計(jì)算相角。這將得到同樣大小的YVAB值。然而，由于相角偏移180°，因而將改變符號(hào)信息。用這種方按，則反余弦和反正弦函數(shù)幅角之間存在下述符號(hào)關(guān)系反余弦幅角(+)，反正弦幅角(-)—滯后角在0°到90°之間；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(-)—滯后角90°到180°之間；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(+)—領(lǐng)先角90°到180°之間；反余弦幅角(+)，反正弦幅角(+)—領(lǐng)先角0°到90°之間。
如果要對(duì)每個(gè)采樣間隔計(jì)算工具箱顯示所必需的相角的新值，則必須要對(duì)每個(gè)采樣間隔計(jì)算上述十個(gè)乘積項(xiàng)和累加項(xiàng)。由于過(guò)多的使用處理器時(shí)間以及將每個(gè)采樣間隔內(nèi)的全部十項(xiàng)累加所需要的RAM，最好對(duì)每段采樣間隔只考慮這些項(xiàng)的一對(duì)。這就限制了處理時(shí)間和RAM的使用，從而每五個(gè)采樣間隔便可獲得對(duì)工具箱顯示的新相角值。
在優(yōu)選實(shí)施例中，按以下順序計(jì)算乘積項(xiàng)并進(jìn)行累加1.第一采樣時(shí)間段-相角IA的VA*IA和VA(-90°)*IA；2.第二采樣時(shí)間段-相角IB的VA*IB和VA(-90°)*IB；3.第三采樣時(shí)間段-相角IC的VA*IC和VA(-90°)*IC；4.第四采樣時(shí)間段-相角VB的VA*VB和VA(-90°)*VB；以及5.第五采樣時(shí)間段-相角VC的VA*VC和VA(-90°)*VC。在第五采樣間隔之后，順序重新開(kāi)始，將對(duì)相角IA必需的Q值和Y值累加。在每次采樣間隔將對(duì)VA的采樣儲(chǔ)存。這就要求在每個(gè)間隔要存儲(chǔ)對(duì)VA的兩個(gè)附加值，即兩個(gè)先前的VA值。
在本實(shí)施例中，這些功能以68HC11匯編碼執(zhí)行。這些乘積項(xiàng)的相乘和累加出現(xiàn)在前端采樣中斷例程中。電壓值是8位值，而電流值是12位值。既然VA總是卷在任何一項(xiàng)乘積中，這就意味著某些乘積將是8×8位，而有些將是8×12位。由于希望用相同的算法作所有乘法，要將8位值擴(kuò)大到12位值，以致僅將8×12位的乘法用在優(yōu)選實(shí)施例中。
將VB和VC的8位電壓值經(jīng)符號(hào)擴(kuò)大到12位值使得為求得相角而對(duì)乘積項(xiàng)的所有相乘和累加采用兩種算法來(lái)處理，一種是對(duì)Y值的乘積項(xiàng)的累加，一種是Q值的乘積項(xiàng)的累加。電壓值VB和VC的符號(hào)擴(kuò)展在每次采樣間隔內(nèi)進(jìn)行。這就不一定作專(zhuān)門(mén)檢查來(lái)對(duì)需要這些量的采樣間隔作鑒別，因?yàn)樗鼈冊(cè)诿看尾蓸娱g隔都可以獲得。
電流和電壓的全部12位值最好儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器的16位寄存器中，因?yàn)榇鎯?chǔ)器是按字節(jié)界分區(qū)的。
前端采樣程序必須有一種方法來(lái)識(shí)別哪些乘積項(xiàng)是在每次采樣間隔中要計(jì)算的。最好采用計(jì)數(shù)器標(biāo)識(shí)符作變址為Q值和Y值的累加所必需的乘法運(yùn)算存取正確的值。
為了將兩個(gè)乘積項(xiàng)累加，在存儲(chǔ)器映象旁設(shè)置兩個(gè)累加器。每個(gè)累加器的大小是一樣的，因?yàn)閮烧叨甲?×12位的乘法。最大可能的累計(jì)值如下最大8位值＝128最大12位值＝2048最大累加結(jié)果＝481*128*2048＝07 84 00 00(十六進(jìn)制)因此，每個(gè)累加器4字節(jié)長(zhǎng)，以便累加最壞情況下的結(jié)果。因此，旁設(shè)兩個(gè)4字節(jié)的累加器來(lái)累計(jì)每個(gè)采樣間隔的每對(duì)乘積項(xiàng)。
在每個(gè)采樣間隔末了，將兩個(gè)4字節(jié)累加器中的結(jié)果儲(chǔ)存在兩個(gè)4字節(jié)保持區(qū)，以等待為完成下次采樣期間計(jì)算相角所必需的后臺(tái)程序處理。
一旦經(jīng)累加的乘積項(xiàng)對(duì)在一次采樣間隔末了被傳送到保持寄存器后，為確定相角所必需的后續(xù)計(jì)算則于下一采樣期間在后臺(tái)進(jìn)行，而前臺(tái)將對(duì)下一對(duì)乘積項(xiàng)進(jìn)行累加。這些后臺(tái)程序還必須有能力確定它們要對(duì)哪些累加乘積項(xiàng)對(duì)進(jìn)行計(jì)算。一種分立的計(jì)數(shù)器標(biāo)識(shí)符用于這種后臺(tái)程序，它以與對(duì)前端采樣中斷的計(jì)數(shù)器標(biāo)識(shí)符相同的方式運(yùn)作。然而，既然這種標(biāo)識(shí)符始終是前端模塊采樣中斷程序計(jì)數(shù)器標(biāo)識(shí)符后的一個(gè)計(jì)數(shù)，因而有可能采用同一計(jì)數(shù)器。
圖2、3、17A-B和18A-B所示特別配置了本發(fā)明的系統(tǒng)20的電表34是一種采用數(shù)字采樣技術(shù)的固態(tài)單功能Kw/Kwh電表，除了提供由本發(fā)明系統(tǒng)20產(chǎn)生的診斷信息以外，還提供一般的Kw/Kwh需求、使用時(shí)間和其他常規(guī)實(shí)時(shí)記帳信息。電表34最好采用在MS-DOS操作系統(tǒng)下運(yùn)行于IBM兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟件編程。這種軟件包括提示用戶(hù)提供電表配置參數(shù)的邏輯程序，最好包括提供為本發(fā)明系統(tǒng)20支持的診斷所用的用戶(hù)-確定參量的安裝提示，使得手提個(gè)人計(jì)算機(jī)能插進(jìn)電表上的通信端口而在安裝時(shí)對(duì)電表編程。
圖17A-B說(shuō)明優(yōu)先將本發(fā)明系統(tǒng)20組合的電表34的前端模塊44。前端模塊44最好包括一個(gè)以單片模式工作的Notorola MC68HC11KA4微處理器140，一個(gè)集成8位A/D轉(zhuǎn)換器142(用作本發(fā)明系統(tǒng)20中的電壓變換器26)，用144總體標(biāo)示的24K字節(jié)只讀存儲(chǔ)器(ROM)、640字節(jié)電可擦程控只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)和768字節(jié)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。ROM和EEPROM包括診斷邏輯器，而RAM用作本發(fā)明的存儲(chǔ)器。146所示的一個(gè)外部12位A/D轉(zhuǎn)換器用作本發(fā)明系統(tǒng)20的電流變換器28。
一個(gè)附加的故障狀態(tài)報(bào)警功能可作為前端模塊44上的一種選擇來(lái)執(zhí)行。這一功能用一條數(shù)據(jù)線(例如)通到外部通信裝置，故障狀態(tài)一測(cè)定，就可將其啟動(dòng)。本發(fā)明系統(tǒng)20可利用這一選擇功能來(lái)啟動(dòng)和記帳任何一種由本發(fā)明系統(tǒng)20所執(zhí)行診斷的故障狀態(tài)的存在。
可將一塊選擇板146插進(jìn)前端模塊44來(lái)為外界提供各種信號(hào)。例如，可以將故障狀態(tài)報(bào)警設(shè)置到一個(gè)低電流固態(tài)或水銀-浸潤(rùn)繼電器來(lái)指示何時(shí)測(cè)定到一個(gè)或多個(gè)診斷故障。諸如自動(dòng)電表讀數(shù)或?qū)崟r(shí)記帳之類(lèi)的其他輔助功能均可在選擇板上、或在與前端模塊一起使用的類(lèi)似構(gòu)成的選擇板上實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)參照?qǐng)D18A-B，優(yōu)先配置本發(fā)明系統(tǒng)20的電表的寄存器模塊48包括一個(gè)NECuPD75316GF單片微處理器148，16K字節(jié)ROM(150表示)，512×4比特RAM(152表示)，以及一個(gè)96段LCD顯示器驅(qū)動(dòng)器154，適合于驅(qū)動(dòng)象圖3所示并用于電表34的優(yōu)選實(shí)施例中的特定型顯示器33一樣的LCD顯示器156。
串行數(shù)據(jù)將通過(guò)圖17A-B的158處和圖18A-B的160處分別表示的四線同步串行數(shù)據(jù)線在前端模塊44和寄存器模塊48之間傳送。前端模塊將監(jiān)測(cè)和更新由本發(fā)明系統(tǒng)20所執(zhí)行的所有診斷狀態(tài)，并通過(guò)上述串行通信線路周期性地(最好每秒一次)將這些狀態(tài)記帳給寄存器模塊48來(lái)顯示、并在斷電時(shí)存儲(chǔ)易失的數(shù)據(jù)。此外，為本發(fā)明工具箱顯示所要求的任何瞬時(shí)量必需由前端模塊傳遞到寄存器模塊。前端模塊44還將各種其他常規(guī)電表信息傳遞給寄存器模塊48，例如，對(duì)剛過(guò)去60個(gè)線路周期記錄的能量用量(以Kwh為單位)，以及能流方向(發(fā)送或接收)、當(dāng)前需求和間隔結(jié)束信息。
可從寄存器模塊48通到前端模塊44的信息一般包括周期電表寄存器狀態(tài)信息。
再參照?qǐng)D17A-B，前端模塊44能使每-相電壓、電流和一次采樣間隔的瓦特?cái)?shù)得以測(cè)量。如前所述，前端模塊最好每60個(gè)線路周期作481次采樣，當(dāng)線路頻率為60Hz時(shí)，這相當(dāng)于481Hz，而當(dāng)線路頻率為50Hz時(shí)，這相當(dāng)于401Hz。這個(gè)采樣頻率要根據(jù)測(cè)量的線路頻率每60個(gè)周期進(jìn)行重新計(jì)算。如前所述，當(dāng)本發(fā)明系統(tǒng)并入圖3所示類(lèi)型電表中時(shí)，其診斷功能(包括瞬時(shí)每-相電流、電壓、瓦特?cái)?shù)和相角的測(cè)定)最好由前端模塊44來(lái)執(zhí)行。
再參照?qǐng)D3和18A-B，寄存器模塊48最好執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電表34中LCD顯示器33的功能。如前所述，本發(fā)明的工具箱顯示可按預(yù)定的周期啟動(dòng)一個(gè)交變顯示開(kāi)關(guān)(未表示)來(lái)實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)時(shí)，觸發(fā)工具箱顯示模式，則顯示將滾動(dòng)整個(gè)工具箱顯示菜單，如本文前述。在工具箱顯示期間，“TEST”圖標(biāo)最好連續(xù)閃動(dòng)，瓦特盤(pán)模擬器(表示為顯示器33下部的五個(gè)矩形圖標(biāo))將以大約每1.33秒轉(zhuǎn)一周的速度滾動(dòng)。瓦特盤(pán)模擬器的方向?qū)⑼诒伙@示相的功率流方向(接收時(shí)從左到右，發(fā)送時(shí)從右到左)。當(dāng)?shù)竭_(dá)顯示結(jié)束而交變顯示開(kāi)關(guān)不再啟動(dòng)時(shí)，電表將保持工具箱顯示模式。應(yīng)當(dāng)注意的是，如前所述，當(dāng)工具箱顯示順序有效時(shí)，電表將繼續(xù)執(zhí)行所有正常模式的電表運(yùn)作。
當(dāng)未啟動(dòng)交變顯示開(kāi)關(guān)時(shí)，電表顯示器33按正常顯示模式對(duì)電表34運(yùn)作。
到電表或從電表的通信也可通過(guò)前端模塊44經(jīng)與光端口162的連接來(lái)完成。
因此，本發(fā)明的整個(gè)電表系統(tǒng)診斷包括除了提醒現(xiàn)場(chǎng)人員注意任何發(fā)現(xiàn)的故障外，還在不中斷電表工作情況下提供電表內(nèi)部部件連續(xù)自檢查的能力，該系統(tǒng)還提供經(jīng)常的系統(tǒng)診斷檢查并顯示診斷結(jié)果的能力，以便在電表安裝過(guò)程中或安裝之后將有關(guān)診斷數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)人員。
該系統(tǒng)提供允許用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)編程來(lái)選擇并確定適合由電表安裝所支持的特殊維護(hù)功能和參量的靈活性。
最后，本發(fā)明的工具箱顯示性能還在不中斷正常維護(hù)和電表工作的情況下允許周期顯示有關(guān)電表內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)以及電表所支持的維護(hù)特性的重要信息。
雖然對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式作了詳細(xì)描述，與此發(fā)明領(lǐng)域相關(guān)的熟練技術(shù)人員會(huì)做出由下述權(quán)利要求所確定的實(shí)施本發(fā)明的各種不同的設(shè)計(jì)和實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種電子電表檢測(cè)電力系統(tǒng)診斷裝置包括一個(gè)微處理器；與微處理器合理連接的存儲(chǔ)器；用來(lái)自動(dòng)周期性地執(zhí)行電表檢測(cè)的預(yù)選定測(cè)試并記錄所測(cè)得的任何故障的邏輯電路；用來(lái)自動(dòng)周期性地執(zhí)行一系列的預(yù)選定系統(tǒng)診斷測(cè)試并記錄超出預(yù)定閾值的任何結(jié)果的邏輯電路；用來(lái)顯示表示因在預(yù)定周期內(nèi)所作電表測(cè)試而發(fā)現(xiàn)的一種或多種故障的故障信息的顯示裝置，以及用來(lái)顯示表示因在預(yù)定周期內(nèi)所作電表診斷測(cè)試而發(fā)現(xiàn)的任何故障的診斷信息的顯示裝置。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)還包括用來(lái)自動(dòng)測(cè)定裝有電表的電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中用來(lái)自動(dòng)測(cè)定裝有電表的電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路在電表安裝時(shí)的初始化過(guò)程中執(zhí)行這種測(cè)定。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中用來(lái)自動(dòng)測(cè)定裝有電表的電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路在電表重新配置時(shí)執(zhí)行這種測(cè)定。
5.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中用來(lái)測(cè)定裝有電表的電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路在電表正常工作期間自動(dòng)且周期性地執(zhí)行這種測(cè)定。
6.一種電表電力系統(tǒng)診斷裝置包括一臺(tái)微處理器；與微處理器合理連接的存儲(chǔ)器；用來(lái)自動(dòng)測(cè)定裝有電表的電力系統(tǒng)類(lèi)型的邏輯電路。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)還包括用來(lái)確定由此測(cè)得的電力系統(tǒng)電壓信息的邏輯電路。
8.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中用來(lái)測(cè)定電力系統(tǒng)電壓信息的邏輯電路包括用以測(cè)定至少一個(gè)電壓相矢量相對(duì)于一選定基準(zhǔn)電壓相矢量的相角的邏輯電路，以及其中用來(lái)測(cè)定電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路包括用來(lái)將至少一個(gè)相矢量相對(duì)于一選定基準(zhǔn)相矢量的電壓相角與一組不同的可能電維護(hù)類(lèi)型的預(yù)選定電壓相矢量角進(jìn)行比較，并且如果有電維護(hù)類(lèi)型的話，根據(jù)電壓相矢量角來(lái)確定電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中用來(lái)測(cè)定電維護(hù)類(lèi)型的邏輯電路根據(jù)C相電壓矢量VC、A相電壓矢量VA以及電表的預(yù)定形式因子進(jìn)行這種測(cè)定。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中用來(lái)測(cè)定至少一個(gè)相矢量相對(duì)于一選定基準(zhǔn)相矢量的相角的邏輯電路包括用來(lái)存儲(chǔ)相應(yīng)于對(duì)基準(zhǔn)相矢量XB測(cè)得的瞬時(shí)電壓的累加數(shù)值、存儲(chǔ)相應(yīng)于對(duì)另一個(gè)選定基準(zhǔn)相矢量XN測(cè)得的瞬時(shí)電壓的累加數(shù)值、在一預(yù)定周期內(nèi)測(cè)定分別標(biāo)記為XB(RMS)和XN(RMS)的XB和XN的RMS值、測(cè)定XB(RMS)和XN(RMS)的乘積P、測(cè)定相應(yīng)于XB和XN的兩個(gè)正弦波乘積的平均值Q，以及測(cè)定標(biāo)記為XB(-90°)的相應(yīng)于XB相移變型的兩個(gè)正弦波乘積的平均值Y的邏輯電路。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中的邏輯電路還包括用來(lái)測(cè)定一個(gè)相矢量相對(duì)于一選定基準(zhǔn)相矢量的相角θ大小，大小等于arc sin(Q/P)，的邏輯電路。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中的基準(zhǔn)相矢量XB是A相電壓相矢量，其另一個(gè)相矢量XN是C相電壓相矢量。
全文摘要
一種包括一個(gè)微處理器、存儲(chǔ)器、預(yù)選擇序列系統(tǒng)診斷檢測(cè)并記錄超過(guò)預(yù)定可編程控閾值的任何結(jié)果的綜合電測(cè)儀表系統(tǒng)診斷裝置,和用來(lái)顯示故障和(或)識(shí)別被選診斷數(shù)據(jù)的診斷信息及(或)在一預(yù)定周期內(nèi)電表檢測(cè)中所發(fā)現(xiàn)的故障的顯示裝置。該系統(tǒng)自動(dòng)感測(cè)裝有電表的電維護(hù)類(lèi)型。
文檔編號(hào)G01R21/133GK1185838SQ96191021
公開(kāi)日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1996年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月22日
發(fā)明者福里斯特·W·布里斯, 卡勒斯·克雷吉·海德, 考伊·史蒂芬·洛厄, 約翰·姆拉伊·施拉波, 克里斯托弗·瓊·安德烈亞 申請(qǐng)人:施魯博格工業(yè)公司