一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)及其測試方法，所述系統(tǒng)包含教員機(jī)、與教員機(jī)通信連接的學(xué)員機(jī)。所述教員機(jī)包括上位機(jī)、與上位機(jī)連接的投影設(shè)備、電流互感器檢測實(shí)體臺，所述學(xué)員機(jī)包括下位機(jī)及電流互感器檢測仿真臺，所述電流互感器檢測仿真臺包括控制機(jī)、與控制機(jī)連接的各個(gè)電流互感器測試用的模擬器。利用本系統(tǒng)，本發(fā)明利用教員機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一種可以完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄的系統(tǒng)。且上位機(jī)的界面設(shè)置電流互感器校驗(yàn)接線圖。
【專利說明】一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)電能計(jì)量檢定人員流動性大、知識更新慢、專業(yè)知識和工作水平參差不齊，復(fù)合型人才偏少，掌握互感器現(xiàn)場檢定技術(shù)的技術(shù)人員較少，影響了正常的檢測工作，主要是因?yàn)榕嘤?xùn)裝置較滯后，目前多以集中理論培訓(xùn)、演示實(shí)驗(yàn)、書面考試以及跟現(xiàn)場一帶一等培訓(xùn)方式，都存在很大的局限性，培訓(xùn)效率非常低。
[0003]而且在實(shí)際環(huán)境中的培訓(xùn)，由于電能計(jì)量設(shè)備具有高電壓、大電流，會對人身和設(shè)備產(chǎn)生安全隱患，限制了培訓(xùn)的質(zhì)量和效率。
[0004]如果能提供一種能夠在低壓、小電流的條件下操作，且功能和外觀上完全模擬真實(shí)設(shè)備的電流互感器培訓(xùn)系統(tǒng)，那么，對電能計(jì)量檢定人員培訓(xùn)時(shí)的安全操作將是十分有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)，包含一個(gè)具有投影設(shè)備教員機(jī)、若干與教員機(jī)通信連接的學(xué)員機(jī)，其中，
教員機(jī)包括上位機(jī)、與上位機(jī)連接的投影設(shè)備、電流互感器檢測實(shí)體臺；所述上位機(jī)用于控制整個(gè)系統(tǒng)的通信，完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄；所述電流互感器檢測實(shí)體臺包括實(shí)際升流器、實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、實(shí)際被測電流互感器、實(shí)際電流負(fù)荷箱、實(shí)際校驗(yàn)儀、實(shí)際調(diào)壓器；所述電流互感器檢測實(shí)體臺實(shí)現(xiàn)在真實(shí)電流、電流互感器實(shí)驗(yàn)室實(shí)際誤差檢定操作培訓(xùn)；
所述學(xué)員機(jī)包含下位機(jī)，所述下位機(jī)與上位機(jī)通信連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述上位機(jī)設(shè)置有測試設(shè)置電流互感器界面，所述界面分為監(jiān)視區(qū)、示例區(qū)、電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)；
所述監(jiān)視區(qū)用于顯示實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出的百分表值、比差值、角差值；
所述示例區(qū)用于將跟隨實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出達(dá)到規(guī)程要求校驗(yàn)點(diǎn)的百分表值、比差值、角差值實(shí)時(shí)顯不;
所述電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)用于顯示正確的電流互感器校驗(yàn)接線圖。
[0007]進(jìn)一步的，所述學(xué)員機(jī)還包含與下位機(jī)通信連接的控制機(jī)、調(diào)壓器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、升流器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、電流負(fù)載箱模擬器，所述各個(gè)模擬器均與控制機(jī)連接，其中
所述電流負(fù)載箱模擬器用于模擬真實(shí)的電流負(fù)載箱模擬器；
所述標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器用于模擬真實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器功能；
所述被測電流互感器模擬器用于模擬真實(shí)的被測電流互感器的功能； 所述升流器模擬器用于模擬真實(shí)的升流器的功能；
所述互感器校驗(yàn)儀模擬器用于模擬真實(shí)的互感器校驗(yàn)儀的功能；
所述各個(gè)模擬器均具有若干模擬接線端子，所述模擬接線端子用于模擬實(shí)體的接線端子功能；
調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗(yàn)儀模擬器電源部分連接；
控制機(jī)用于各個(gè)模擬器的模擬接線端子接線情況的信號采集，并上傳給其對應(yīng)的下位機(jī)，并執(zhí)行下位機(jī)發(fā)送的控制指令；
下位機(jī)用于對控制機(jī)發(fā)送控制指令信息、接收控制機(jī)上傳信息、接收上位機(jī)對各個(gè)模擬器設(shè)定的參數(shù)，并進(jìn)行信號處理與分析，將實(shí)際試驗(yàn)接線情況在下位機(jī)的測試設(shè)置電流互感器界面上時(shí)顯示出來。
[0008]進(jìn)一步的，所述控制機(jī)包括頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊；MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中，
頭接線端驅(qū)動輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平；
尾接線端采集輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)；
極性與信號判別模塊用于實(shí)現(xiàn)信號的放大，并實(shí)現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；
RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號傳輸至上位機(jī)或者將上位機(jī)的控制指令信息傳輸至對應(yīng)的模擬器；
MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動輸出模塊驅(qū)動待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個(gè)模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系；
供電單元模塊用于向其他各模塊供電。
[0009]進(jìn)一步的，所述學(xué)員機(jī)有六個(gè)。
[0010]如上述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，包含下列步驟:
步驟1:上位機(jī)加載測試設(shè)置電流互感器界面，打開串口與實(shí)際校驗(yàn)儀連接，如果成功，則進(jìn)行后續(xù)步驟，否則返回上位機(jī)主頁；
步驟2:上位機(jī)創(chuàng)建數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；串口創(chuàng)建委托監(jiān)聽，實(shí)時(shí)偵聽實(shí)際校驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)；步驟3:當(dāng)偵聽到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)失敗直接拋棄數(shù)據(jù)，校驗(yàn)成功則儲存數(shù)據(jù)，達(dá)到接收數(shù)據(jù)目的；
步驟4:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)。
[0011]進(jìn)一步的，步驟3中，上位機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)采取奇偶，包頭0x55、包大小的校驗(yàn)方式，校驗(yàn)成功用數(shù)組int[] number = new int[48]存儲數(shù)據(jù)。
[0012]進(jìn)一步的,在步驟4中，上位機(jī)用數(shù)組int [] number分解數(shù)據(jù),得到百分表，比差、角差數(shù)據(jù)。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟4 中利用公式(number [5] * 127) * 65536 + number [4] *256 +number [3])) / 1000分解百分表數(shù)據(jù)。
[0014]進(jìn)一步的,步驟4中，利用Text的TextChenged事件,監(jiān)測百分表的值，當(dāng)百分表達(dá)到規(guī)程要求實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)時(shí)取當(dāng)時(shí)角差、比差值，此時(shí)的比差、角差值根據(jù)化整規(guī)約及時(shí)化整出來，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)目的。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明利用教員機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一種可以完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄的系統(tǒng)。且上位機(jī)的界面設(shè)置電流互感器校驗(yàn)接線圖，教員可以通過投影設(shè)備進(jìn)行接線的教學(xué)和講解。
[0016]同時(shí)，本發(fā)明還采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真，最大限度模擬電流互感器模擬檢定的現(xiàn)場工作環(huán)境，提供了在設(shè)備外觀、功能完全仿真實(shí)物的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、升流器模擬器、電流負(fù)載箱模擬器，整個(gè)系統(tǒng)的工作電壓和電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于真實(shí)環(huán)境的電壓和電流、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓、電流下為學(xué)員提供電流互感器的培訓(xùn)提供可靠的安全保障。
[0017]本發(fā)明的控制機(jī)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真測試系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實(shí)現(xiàn)全電子化，實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時(shí)地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給下位機(jī)作接線的對錯(cuò)判斷等進(jìn)一步處理。
[0018]下位機(jī)可以對各個(gè)模擬器的模擬接線接線端子進(jìn)行試驗(yàn)接線判斷，并在計(jì)算機(jī)上能將實(shí)際試驗(yàn)接線情況顯示出來，最大限度的激發(fā)學(xué)員對現(xiàn)場工作的理解力和實(shí)際操作能力，迅速提高學(xué)員操作技能，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)際意義。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2為電流互感器檢測實(shí)體臺的組成框圖。
[0021]圖3為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器的原理框圖。
[0022]圖4為被測電流互感器模擬器的原理框圖。
[0023]圖5為電流負(fù)載箱模擬器的原理框圖。
[0024]圖6為升流器模擬器的原理框圖。
[0025]圖7為互感器校驗(yàn)儀模擬器的原理框圖。
[0026]圖8為控制機(jī)原理模塊圖。
[0027]圖9為控制機(jī)的軟件原理框圖。
【具體實(shí)施方式】:
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由I套教員機(jī)、6套學(xué)員機(jī)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，其中教員機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的通信控制主機(jī)，同時(shí)還作為實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)互感器的實(shí)際檢測平臺；學(xué)員機(jī)就是功能完全仿真現(xiàn)場的互感器模擬檢定裝置。
[0028](一)教員機(jī):
教員機(jī)包含系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)(上位機(jī))，教學(xué)授課投影設(shè)備、電流互感器檢測實(shí)體臺。
[0029]所述投影設(shè)備用于將教員機(jī)的上位機(jī)界面投影，對學(xué)員進(jìn)行教學(xué)。
[0030]如圖2所示，所述電流互感器檢測實(shí)體臺包括實(shí)際升流器、實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、實(shí)際被測電流互感器、實(shí)際電流負(fù)荷箱、實(shí)際校驗(yàn)儀、實(shí)際調(diào)壓器，并連接。
所述上位機(jī)用于控制整個(gè)系統(tǒng)的通信，完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄。
[0031]在“測試”工作狀態(tài)下，上位機(jī)利用自帶的內(nèi)部誤差校驗(yàn)程序電流互感器檢測實(shí)體臺使用真實(shí)電流互感器、電流互感器、電流負(fù)載箱、電壓負(fù)載箱、互感器校驗(yàn)儀、調(diào)壓控制箱、互感器誤差測試臺等，實(shí)現(xiàn)在真實(shí)電流、電流互感器實(shí)驗(yàn)室實(shí)際誤差檢定操作培訓(xùn)。
[0032]所述上位機(jī)設(shè)置有測試設(shè)置電流互感器界面，所述界面分為監(jiān)視區(qū)、示例區(qū)、電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)；
所述監(jiān)視區(qū)用于顯示實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出的百分表值、比差值、角差值；
所述示例區(qū)用于將跟隨實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出達(dá)到規(guī)程要求校驗(yàn)點(diǎn)的百分表值、比差值、角差值實(shí)時(shí)顯不;
所述電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)用于顯示正確的電流互感器校驗(yàn)接線圖。
[0033](二)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
所述以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)各個(gè)學(xué)員機(jī)的下位機(jī)與教員機(jī)的通信。上位機(jī)與6個(gè)下位機(jī)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上位機(jī)與投影設(shè)備組成教員專用授課講評系統(tǒng)，可以進(jìn)行互感器及檢定知識的授課和培訓(xùn)。
[0034](三)學(xué)員機(jī)
所述學(xué)員機(jī)包括一個(gè)計(jì)算機(jī)(下位機(jī))及電流互感器檢測防真臺，所述電流互感器檢測仿真臺包括控制機(jī)、調(diào)壓器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、電流負(fù)載箱模擬器、升流器模擬器。
[0035]下位機(jī)與控制機(jī)通過RS232串口連接，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、電流負(fù)載箱模擬器均與控制機(jī)連接。所述下位機(jī)可以對各個(gè)模擬器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并作出學(xué)員接線對錯(cuò)判斷。
[0036]下面對各個(gè)模擬器分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0037]1.標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器
如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器包括殼體、位于殼體內(nèi)的電流互感器，位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0038]下面分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0039]1.電流互感器
如圖3所示，所述位于殼體內(nèi)的電流互感器由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、接線端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數(shù)(NI)較少，直接串聯(lián)于電源線路中，一次負(fù)荷電流(I1)通過一次繞組時(shí)，產(chǎn)生的交變磁通感應(yīng)產(chǎn)生按比例減小的二次電流(I2) ;二次繞組的匝數(shù)(N2)較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負(fù)荷(Z)串聯(lián)形成閉合回路，由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)，I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比電流互感器實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器。
[0040]所述互感器可以使用穿心式電流互感器，其本身結(jié)構(gòu)不設(shè)一次繞組，載流(負(fù)荷電流)導(dǎo)線由1^至1^2穿過由硅鋼片搟卷制成的圓形(或其他形狀)鐵心起一次繞組作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵心上，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負(fù)荷串聯(lián)形成閉合回路，由于穿心式電流互感器不設(shè)一次繞組，其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數(shù)確定，穿心匝數(shù)越多，變比越??；反之，穿心匝數(shù)越少，變比越大。
[0041]通過采樣此電流互感器二次電流電壓，從而計(jì)算其穿過的一次線的極性的正反。
[0042]電流互感器的一次線輸入端子為LI，L2，二次線輸入端子為Kl，K2。外界電源經(jīng)過隔離變壓器后接入至電流互感器的二次線輸入端子Kl、K2。
[0043]2.模擬接線端子
模擬接線部分設(shè)置在殼體外表，其外圍連接部分有計(jì)算機(jī)、控制機(jī)、隔離變組成。如圖3中所示:模擬器一次線輸入端子標(biāo)志為L1、L2、L3 ;二次線輸入端子標(biāo)志為K1、K2、K3，所述六個(gè)模擬端子直接與控制機(jī)的主板連接。根據(jù)需要，控制機(jī)可識別L1、L2、L3、K1、K2、K3
這六根接線的相互連接狀態(tài)。6根接線的頭端分別為:1a，2a,..........5a，6a。6根接線的尾
端分別為:1b，2b.........5b，6b。也就是，下位機(jī)通過控制機(jī)要及時(shí)準(zhǔn)確地識別出每一個(gè)端號
與其他5個(gè)端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用掃描式。
[0044]需要說明的是，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器可實(shí)現(xiàn)模擬變比值為100/5AU000/5A。
[0045]2.被測電流互感器模擬器
如圖4所示，被測電流互感器模擬器設(shè)計(jì)原理與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器一樣，只是輸入端子有一點(diǎn)差異，一次線輸入端子標(biāo)志為L1、L2 ;二次線輸入端子標(biāo)志為K1、K2。
[0046]3.電流負(fù)載箱模擬器
如圖5所示，電流負(fù)載箱模擬器包括殼體、位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0047]模擬接線端子設(shè)置在殼體外表，功率因數(shù)為0.8時(shí)，分別模擬負(fù)載調(diào)節(jié)檔位
2.5VA、3.75VA、5VA、10VA、15VA、20VA，所述6個(gè)輸入端子直接與控制機(jī)的主板連接。根據(jù)`需要，控制機(jī)可識別這五根接線的相互連接狀態(tài)。6根接線的頭端分別為:1a，2a，..........5a, 6&。6根接線的尾端分別為:1b, 2b.........5b, 6b。也就是,下位機(jī)通過控制機(jī)要及時(shí)準(zhǔn)確
地識別出每一個(gè)端號與其他5個(gè)端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用控制機(jī)MCU集成的掃描式算法。
[0048]所述電流負(fù)載箱模擬器使得接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)，能模擬過載能力120%、額定電流:5A、功率因數(shù)為0.8，模擬器具有通信進(jìn)口，通過計(jì)算機(jī)設(shè)置負(fù)載檔位。
[0049]模擬真實(shí)電流負(fù)載箱外觀，電流負(fù)載箱模擬器外觀與真實(shí)電流負(fù)載箱外觀完全一致，其中電流負(fù)載箱模擬器面板上的接線柱也和真實(shí)電流負(fù)載箱一樣。達(dá)到與現(xiàn)場測試環(huán)境一致的效果。
[0050]4.升流器模擬器
如圖6所示，升流器模擬器包括殼體、位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0051]模擬接線端子有5個(gè)，兩個(gè)輸入端子標(biāo)志為220V、土 ；三個(gè)輸出端子標(biāo)志為O、5V/100A、5V/100A，所述5個(gè)輸入端子直接與控制機(jī)的主板連接。根據(jù)需要，控制機(jī)可識別
這5根接線的相互連接狀態(tài)。5根接線的頭端分別為:1a，2a,..........5a。5根接線的尾端
分別為:1b，2b.........5b。也就是，下位機(jī)通過控制機(jī)要及時(shí)準(zhǔn)確地識別出每一個(gè)端號與其
他4個(gè)端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用掃描式。
[0052]所述升流器模擬器在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，使接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓下為學(xué)員升流器的培訓(xùn)考試提供可靠的安全保障。系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)模擬升流器穿心功能。升流器模擬器的模擬大電流有0-2000Α，1000A及以上穿心一匝，輸出2V/每匝。
[0053]5.互感器校驗(yàn)儀模擬器
如圖7所不,所述互感器校驗(yàn)儀模擬器包括殼體、位于殼體內(nèi)的電路板,位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0054]a.電路板
可使用現(xiàn)有互感器校驗(yàn)儀模擬器電路板。當(dāng)互感器校驗(yàn)儀模擬器的工作電壓(或電流)回路施加試驗(yàn)電壓(或電流)，差壓(或差流)回路施加誤差電壓(或電流)時(shí)，互感器校驗(yàn)儀模擬器可以通過電橋線路、電子線路、或數(shù)安電路測量得到差壓(或差流)相量相對于工作電壓(或電流)相量的同相分量和正交分量，通過計(jì)算即可得到被比較的電壓(或電流)相量與工作電壓(或電流)相量的幅值比(比值差)和相位差。如果被比較的電壓(或電流)相量超前工作電壓(或電流)相量，相位差為正，滯后為負(fù)?；ジ衅餍ｒ?yàn)儀模擬器其相量的同相分量和正交分量、負(fù)載值來自于下位機(jī)設(shè)置的值。百分表值來自于調(diào)壓器調(diào)節(jié)的大小通過互感器校驗(yàn)儀模擬器取值。
[0055]b.模擬接線部分
模擬接線部分設(shè)置在殼體外表。如圖7中所示:工作電壓回路輸入端子標(biāo)志為a、X ;工作電流回路輸入端子標(biāo)志為To、Tx，差壓輸入端子為K、D;6根接線的頭端分別為:1a，2a，...…….5a，6a，尾端分別為:1b，2b.........5b，6b。根據(jù)需要，計(jì)算機(jī)通過控制器可識別a、X、
To、Tx、K、D六根接線的相互連接狀態(tài)。即計(jì)算機(jī)要及時(shí)準(zhǔn)確地識別出每一個(gè)端號與其他5個(gè)端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。控制器采用掃描式，對接線端子逐一進(jìn)行掃描。即先從Ia開始，逐一識別到6a。按照通信協(xié)議，控制機(jī)不斷將結(jié)果通過RS232接口上傳給計(jì)算機(jī)，其To、Tx、D、K、a、X等接線點(diǎn)試驗(yàn)接線對錯(cuò)信息在計(jì)算機(jī)上顯示出來。
[0056]互感器校驗(yàn)儀模擬器是學(xué)員機(jī)的重要組成設(shè)備，具有實(shí)體互感器校驗(yàn)儀的外觀、接線柱、面板等，從感官上與實(shí)際互感器校驗(yàn)儀無異，能實(shí)現(xiàn)電流、電流互感器極性錯(cuò)誤、接線錯(cuò)誤、變比錯(cuò)誤、誤差超差、變差超差等仿真模擬的智能儀器。由鋁合金機(jī)箱、電路板、電源、通信串口及接線柱構(gòu)成。其外圍連接部分由計(jì)算機(jī)、控制器、調(diào)壓器、隔離變組成。220V外部電源經(jīng)過調(diào)壓器調(diào)壓后，再經(jīng)過隔離變壓器，互感器校驗(yàn)儀模擬器內(nèi)部電源電路輸入電壓變?yōu)?0V。
[0057]所述互感器校驗(yàn)儀模擬器不是采用比差法進(jìn)行真實(shí)誤差校驗(yàn)，而是采用全虛擬的方式在下位機(jī)上進(jìn)行互感器的誤差校驗(yàn)、量程的選擇等模擬測試功能，按照約定的通信協(xié)議通過RS-232串口通信接口連接的計(jì)算機(jī)，其相量的同相分量和正交分量、負(fù)載值來源于上位機(jī)設(shè)置的值，百分表值來源于通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器后互感器校驗(yàn)儀模擬器的取值，其比差、角差、誤差示值來源于上位機(jī)中預(yù)先賦值的數(shù)據(jù)。若額定工作電流或電壓的5%以上，誤差超過30%而小于180%時(shí)，則互感器校驗(yàn)儀模擬器報(bào)警變比錯(cuò)誤；若額定工作電流或電壓的5%以上，誤差大于180%時(shí)，則互感器校驗(yàn)儀模擬器報(bào)警極性錯(cuò)誤，從而整個(gè)模擬誤差校驗(yàn)過程與下位機(jī)的設(shè)置保持同步，實(shí)現(xiàn)在30V低電壓下進(jìn)行電流互感器實(shí)驗(yàn)室檢定操作培訓(xùn)及考試，達(dá)到培訓(xùn)、考試學(xué)員的效果。
[0058]所述調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗(yàn)儀模擬器的電源連接。
[0059]6.控制機(jī) 控制機(jī)在嵌入軟件的管理下，能實(shí)現(xiàn)全電子化，快速判斷標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬接線端子的接線情況，并可擴(kuò)展到更多根導(dǎo)線的相互連接關(guān)系，并不斷地、實(shí)時(shí)地將結(jié)果上傳給下位機(jī)。
[0060]a.控制機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn) 圖8所示為控制機(jī)原理框圖?？刂茩C(jī)由頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊組成，MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。下面對各模塊進(jìn)行介紹:
頭接線端驅(qū)動輸出模塊:采用74HC374或8位鎖存器集成電路。接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平。
[0061]尾接線端采集輸入模塊:采用75HC244或8位3態(tài)門集成電路。實(shí)現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)。
[0062]極性與信號判別模塊:由跨導(dǎo)放大器與過零檢測電路組成。跨導(dǎo)放大器的作用是把信號充分放大，以保證檢測的靈敏度，過零檢測電路的作用是把正弦波模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，便于MCU處理。MCU得到這些信號后，按照一定的算法，則可判斷出極性的正與反。
[0063]RS232收發(fā)器模塊:采用SP3232收發(fā)器或類似的集成模塊，通過RS232標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將采集的數(shù)據(jù)連續(xù)實(shí)時(shí)傳輸至下位機(jī)或?qū)⑾挛粰C(jī)的控制指令信息傳輸至相應(yīng)的模擬器。
[0064]MCU模塊:采用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機(jī)芯片。MCU模塊按照單片機(jī)裝載的掃描程序通過不斷掃描采集接線端尾采集輸入模塊的邏輯電平信號，判定各個(gè)導(dǎo)線接線端子的通斷關(guān)系，同時(shí)MCU模塊還負(fù)責(zé)控制接線端頭驅(qū)動輸出模塊具體驅(qū)動哪根接線端頭。MPC82G516 A是基于80C51的高效1-T結(jié)構(gòu)的單芯片微處理器，每條指令需要廣7個(gè)時(shí)鐘信號(比標(biāo)準(zhǔn)8051快6?7倍)，與8051指令集兼容。因此在與標(biāo)準(zhǔn)8051有同樣的處理能力的情況下，MPC82G516A只需要非常低的運(yùn)行速度，同時(shí)由此能很大程度的減少耗電量。
[0065]供電單元模塊:提供其他各模塊所需的工作電源。 b.控制機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)
圖9為該控制機(jī)的軟件原理框圖。主要分為3個(gè)步驟:程序定時(shí)掃描與初始化、接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。
[0066]所述程序定時(shí)掃描結(jié)構(gòu)與初始化步驟主要實(shí)現(xiàn)程序的定時(shí)周期掃描，便于實(shí)現(xiàn)多任務(wù)管理與精確的同步，這樣保證了數(shù)據(jù)采集、通訊的可靠性。
[0067]接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集步驟主要實(shí)現(xiàn)掃描式驅(qū)動接線端頭、采集接線端尾的全部導(dǎo)線的整個(gè)實(shí)時(shí)采集過程。
[0068]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳步驟是按應(yīng)用層通訊協(xié)議，將接線狀態(tài)實(shí)時(shí)采集功能模塊采集到的接線狀況轉(zhuǎn)換為下位機(jī)能識別的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給下位機(jī)。
[0069]c.控制機(jī)接線判斷方法
控制機(jī)接線判斷的具體方法和步驟如下:
步驟1:程序掃描結(jié)構(gòu)初始化后，MCU模塊發(fā)出驅(qū)動控制信號，通過頭接線端驅(qū)動模塊產(chǎn)生邏輯低電平驅(qū)動某一根導(dǎo)線的線頭端，給識別的線頭端饋以低電平，而其他線頭端均饋以高電平；
步驟2:MCU模塊采用程序掃描的方式，掃描周期小于100ms，通過尾接線端采集輸入模塊，逐一查詢其他導(dǎo)線線尾端的電平狀態(tài)，若尾接線端采集輸入模塊對應(yīng)的接線端尾端上測到的電平為低電平，說明該點(diǎn)與線頭連通，若測到的電平為高電平，說明該點(diǎn)與線頭斷開，MCU模塊將尾接線端采集輸入模塊接線端尾電平狀態(tài)全部采集一遍，這樣判斷出被驅(qū)動導(dǎo)線與其他導(dǎo)線的通斷連結(jié)關(guān)系；
步驟3:按此過程循環(huán)，頭接線端驅(qū)動模塊掃描式的快速進(jìn)行驅(qū)動其余模擬導(dǎo)線的接線頭端，當(dāng)全部線的頭端逐一被驅(qū)動完成后，MCU模塊就能實(shí)時(shí)地采集到全部導(dǎo)線的通斷狀況，得到全部導(dǎo)線之間的連接關(guān)系；
步驟4 =MCU模塊完成全部導(dǎo)線的通斷狀況的采集后按照通信協(xié)議通過RS232收發(fā)器模塊將導(dǎo)線通斷連接關(guān)系的結(jié)果上傳給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通斷關(guān)系與RS232收發(fā)器模塊送來的實(shí)際連結(jié)關(guān)系比較，進(jìn)行接線關(guān)系對錯(cuò)的判斷。至此，整個(gè)接線判斷過程結(jié)果。從采集到發(fā)送數(shù)據(jù)完成的整個(gè)周期，不大于100ms，實(shí)時(shí)采集了全部導(dǎo)線相互的連接關(guān)系O
[0070]下面對本系統(tǒng)的測試方法進(jìn)行詳細(xì)說明。包含下列步驟:
步驟1:上位機(jī)加載測試設(shè)置電流互感器界面，打開串口與實(shí)際校驗(yàn)儀連接，如果成功，則進(jìn)行后續(xù)步驟，否則返回上位機(jī)主頁；
步驟2:上位機(jī)創(chuàng)建數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；串口創(chuàng)建委托監(jiān)聽，實(shí)時(shí)偵聽實(shí)際校驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)；步驟3:當(dāng)偵聽到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行奇偶，包頭0x55、包大小的校驗(yàn)方式，校驗(yàn)成功用數(shù)組int[] number = new int[48]存儲數(shù)據(jù)。
[0071]步驟4:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)。用數(shù)組 int[] number 分解數(shù)據(jù),得到百分表數(shù)據(jù)(number [5] * 127) * 65536 + number [4]* 256 +number [3])) / 1000，比差、角差數(shù)據(jù)，達(dá)到顯示實(shí)際校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)目的。
[0072]需要說明的是，利用Text的TextChenged事件,監(jiān)測百分表的值，當(dāng)百分表達(dá)到規(guī)程要求實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)時(shí)取當(dāng)時(shí)角差、比差值，此時(shí)的比差、角差值根據(jù)化整規(guī)約及時(shí)化整出來，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)目的。
[0073]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明利用教員機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一種可以完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄的系統(tǒng)。且上位機(jī)的界面設(shè)置電流互感器校驗(yàn)接線圖，教員可以通過投影設(shè)備進(jìn)行接線的教學(xué)和講解。
[0074]同時(shí)，本發(fā)明還采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真，最大限度模擬電流互感器模擬檢定的現(xiàn)場工作環(huán)境，提供了在設(shè)備外觀、功能完全仿真實(shí)物的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、升流器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、電流負(fù)載箱模擬器，整個(gè)系統(tǒng)的工作電壓和電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于真實(shí)環(huán)境的電壓和電流、可以實(shí)現(xiàn)在安全工作電壓、電流下為學(xué)員電流互感器計(jì)量的培訓(xùn)提供可靠的安全保障。
[0075]本發(fā)明的控制機(jī)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)電流互感器檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真測試系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實(shí)現(xiàn)全電子化，實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時(shí)地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給下位機(jī)作接線的對錯(cuò)判斷等進(jìn)一步處理。
[0076]下位機(jī)可以對各個(gè)模擬器的模擬接線接線端子進(jìn)行試驗(yàn)接線判斷，并在計(jì)算機(jī)上能將實(shí)際試驗(yàn)接線情況顯示出來，最大限度的激發(fā)學(xué)員對現(xiàn)場工作的理解力和實(shí)際操作能力，迅速提高學(xué)員操作技能，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)際意義。
【權(quán)利要求】
1.一種電流互感器仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，包含一個(gè)具有投影設(shè)備教員機(jī)、若干與教員機(jī)通信連接的學(xué)員機(jī)，其中， 教員機(jī)包括上位機(jī)、與上位機(jī)連接的投影設(shè)備、電流互感器檢測實(shí)體臺；所述上位機(jī)用于控制整個(gè)系統(tǒng)的通信，完成電流互感器校驗(yàn)時(shí)百分表、比差、角差值的及時(shí)實(shí)時(shí)顯示及記錄；所述電流互感器檢測實(shí)體臺包括實(shí)際升流器、實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、實(shí)際被測電流互感器、實(shí)際電流負(fù)荷箱、實(shí)際校驗(yàn)儀、實(shí)際調(diào)壓器；所述電流互感器檢測實(shí)體臺實(shí)現(xiàn)在真實(shí)電流、電流互感器實(shí)驗(yàn)室實(shí)際誤差檢定操作培訓(xùn)； 所述學(xué)員機(jī)包含下位機(jī)，所述下位機(jī)與上位機(jī)通信連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)設(shè)置有測試設(shè)置電流互感器界面，所述界面分為監(jiān)視區(qū)、示例區(qū)、電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)； 所述監(jiān)視區(qū)用于顯示實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出的百分表值、比差值、角差值； 所述示例區(qū)用于將跟隨實(shí)際校驗(yàn)儀采樣所得出達(dá)到規(guī)程要求校驗(yàn)點(diǎn)的百分表值、比差值、角差值實(shí)時(shí)顯不; 所述電流互感器校驗(yàn)儀接線圖區(qū)用于顯示正確的電流互感器校驗(yàn)接線圖。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)，所述學(xué)員機(jī)還包含與下位機(jī)通信連接的控制機(jī)、調(diào)壓器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器、被測電流互感器模擬器、升流器模擬器、互感器校驗(yàn)儀模擬器、電流負(fù)載箱模擬器，所述各個(gè)模擬器均與控制機(jī)連接，其中 所述電流負(fù)載箱模擬器用于模擬真實(shí)的電流負(fù)載箱模擬器； 所述標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器用于模擬真實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器模擬器功能； 所述被測電流互感器模擬器用于模擬真實(shí)的被測電流互感器的功能；` 所述升流器模擬器用于模擬真實(shí)的升流器的功能； 所述互感器校驗(yàn)儀模擬器用于模擬真實(shí)的互感器校驗(yàn)儀的功能； 所述各個(gè)模擬器均具有若干模擬接線端子，所述模擬接線端子用于模擬實(shí)體的接線端子功能； 調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗(yàn)儀模擬器電源部分連接； 控制機(jī)用于各個(gè)模擬器的模擬接線端子接線情況的信號采集，并上傳給其對應(yīng)的下位機(jī)，并執(zhí)行下位機(jī)發(fā)送的控制指令； 下位機(jī)用于對控制機(jī)發(fā)送控制指令信息、接收控制機(jī)上傳信息、接收上位機(jī)對各個(gè)模擬器設(shè)定的參數(shù)，并進(jìn)行信號處理與分析，將實(shí)際試驗(yàn)接線情況在下位機(jī)的測試設(shè)置電流互感器界面上時(shí)顯示出來。
4.如權(quán)利要求3中所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，所述控制機(jī)包括頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊;MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中， 頭接線端驅(qū)動輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平； 尾接線端采集輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)； 極性與信號判別模塊用于實(shí)現(xiàn)信號的放大，并實(shí)現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號傳輸至上位機(jī)或者將上位機(jī)的控制指令信息傳輸至對應(yīng)的模擬器； MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動輸出模塊驅(qū)動待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個(gè)模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系； 供電單元模塊用于向其他各模塊供電。
5.如權(quán)利要求1所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，所述學(xué)員機(jī)有六個(gè)。
6.如權(quán)利要求1飛中任一項(xiàng)所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，包含下列步驟: 步驟1:上位機(jī)加載測試設(shè)置電流互感器界面，打開串口與實(shí)際校驗(yàn)儀連接，如果成功，則進(jìn)行后續(xù)步驟，否則返回上位機(jī)主頁； 步驟2:上位機(jī)創(chuàng)建數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；串口創(chuàng)建委托監(jiān)聽，實(shí)時(shí)偵聽實(shí)際校驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)； 步驟3:當(dāng)偵聽到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)失敗直接拋棄數(shù)據(jù)，校驗(yàn)成功則儲存數(shù)據(jù)，達(dá)到接收數(shù)據(jù)目的； 步驟4:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，步驟3中，上位機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)采取奇偶，包頭0x55、包大小的校驗(yàn)方式，校驗(yàn)成功用數(shù)組int口number = new int [48]存儲數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，在步驟4中，上位機(jī)用數(shù)組int[] number分解數(shù)據(jù)，得到百分表，比差、角差數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，在步驟4中利用公式(number [5] * 127) * 65536 + number [4] * 256 +number [3])) / 1000 分解百分表數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求6所述的電流互感器仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，步驟4中，利用Text的TextChenged事件，監(jiān)測百分表的值，當(dāng)百分表達(dá)到規(guī)程要求實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)時(shí)取當(dāng)時(shí)角差、比差值，此時(shí)的比差、角差值根據(jù)化整規(guī)約及時(shí)化整出來，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示實(shí)際校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)目的。
【文檔編號】G01R31/02GK103777164SQ201410009671
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】卓浩澤, 李剛, 龍東, 李偉堅(jiān), 朱少波, 李泰霖, 梁捷, 丁志華 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院