阅读说明：本技术 一种三相二次回路空载在线巡检测试仪 (Three-phase secondary circuit no-load on-line inspection tester ) 是由 王晖南 闫永升 宋世卫 谢振刚 马斌 韩海洲 韩迎军 吴万军 刘佳易 孙晋凯 苗 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种三相二次回路空载在线巡检测试仪。主要解决现有电能表空载计量在线巡检测试仪存在的不能给出完整相量图和没有相量图数据库的技术问题。本发明的技术方案是：其由输入信号电路、电流信号模数变换电路、电压信号模数变换电路、电压电流信号相位测量电路和LCD液晶屏组成,所述输入信号电路的电流信号输出端和电压信号输出端与所述电流信号模数变换电路的输入端和电压信号模数变换电路的输入端连接,所述电流信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电流信号输入端连接,所述电压信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电压信号输入端连接,所述电压电流信号相位测量电路的显示信号输出端与LCD液晶屏连接。(The invention relates to a three-phase secondary circuit no-load on-line inspection tester. The electric energy meter no-load measurement online inspection tester mainly solves the technical problems that an existing electric energy meter no-load measurement online inspection tester cannot provide a complete phasor diagram and does not have a phasor diagram database. The technical scheme of the invention is as follows: the LCD liquid crystal display device is composed of an input signal circuit, a current signal analog-to-digital conversion circuit, a voltage current signal phase measurement circuit and an LCD liquid crystal display, wherein a current signal output end and a voltage signal output end of the input signal circuit are connected with an input end of the current signal analog-to-digital conversion circuit and an input end of the voltage signal analog-to-digital conversion circuit, an output end of the current signal analog-to-digital conversion circuit is connected with a current signal input end of the voltage current signal phase measurement circuit, an output end of the voltage signal analog-to-digital conversion circuit is connected with a voltage signal input end of the voltage current signal phase measurement circuit, and a display signal output end of the voltage.)

一种三相二次回路空载在线巡检测试仪

技术领域

本发明属于电能计量检测的技术领域，具体涉及一种三相二次回路空载在线巡检测试仪。

背景技术

电网二次回路一般主要由电流互感器、电压互感器、电能表等组成，在线巡检三相二次回路时，经常会遇到线路空载或者轻负荷潜动，而现有仪器无法检测到上述情况，此时电能表显示电流仅为几个mA。现有电能表测试仪器无法在线判断互感器和电能表的接线回路极性和相位是否正确、外接负荷性质是否发生了变化、各部件工作是否正常，计量检测人员经常无果而返。中国专利ZL201720352457.8公开了一种电能表空载计量在线巡检测试仪，该测试仪是通过测量角差换算成相角的方法来测量是否具有空载，其只能定性判断不能给出完整相量图，仪器取电方式还是市电或电池供电方式，另外其没有相量图数据库。

发明内容

本发明的目的是解决现有电能表空载计量在线巡检测试仪存在的不能给出完整相量图和没有相量图数据库的技术问题，提供一种三相二次回路空载在线巡检测试仪。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三相二次回路空载在线巡检测试仪，其由输入信号电路、电流信号模数变换电路、电压信号模数变换电路、电压电流信号相位测量电路和LCD液晶屏组成，所述输入信号电路的电流信号输出端与所述电流信号模数变换电路的输入端连接，所述输入信号电路的电压信号输出端与所述电压信号模数变换电路的输入端连接，所述电流信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电流信号输入端连接，所述电压信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电压信号输入端连接，所述电压电流信号相位测量电路的显示信号输出端与LCD液晶屏连接。

进一步地，所述输入信号电路由A相航插L1、B相航插L2、C相航插L3、电源输入变压器B1、开关电源UR、电源开关K、三个电压回路变压转换器B2、B3和B4、三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7、三相二次电压转换继电器J1、三个电压电流回路继电器J2、J3和J4和两个二极管D1、D2组成，所述A相航插L1的1脚和2脚与电源输入变压器B1的初级和第一电压回路变压转换器B2的初级连接，所述A相航插L1的3脚和4脚与第一电流回路隔离变压器B5的初级连接，所述B相航插L2的1脚和2脚与第二电压回路变压转换器B3的初级连接，所述B相航插L2的3脚和4脚与第二电流回路隔离变压器B6的初级连接，所述C相航插L3的1脚和2脚与第三电压回路变压转换器B4的初级连接，所述C相航插L3的3脚和4脚与第三电流回路隔离变压器B7的初级连接，所述电源输入变压器B1的次级与开关电源UR的输入端连接，所述电源开关K设在电源输入变压器B1的次级与开关电源UR输入端的线路上，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的一端与三相二次电压转换继电器J1的常闭触点连接，所述三相二次电压转换继电器J1的动触点与三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的一个常开触点连接，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的中间端点与三相二次电压转换继电器J1的常开触点连接，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的另一端接地，所述三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7的次级一端与三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的另一个常开触点连接，所述三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7的次级另一端接地，所述三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的一个动触点相连后形成电压信号输出端u，所述三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的另一个动触点相连后形成电流信号输出端i，所述第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接后与电流信号输出端i连接，所述第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极连接后接地，构成电流回路的限压回路。

进一步地，所述电流信号模数变换电路由15个电阻R1～R15、第一可变电阻RP1、5个运算放大器OP1～OP5和两个电容C1、C2组成，所述第一电阻R1的一端与输入信号电路的电流信号输出端i连接，所述第一电阻R1的另一端与第一运算放大器OP1的3脚连接，所述第一运算放大器OP1的6脚与第二电阻R2的一端和第四电阻R4的一端连接，所述第一运算放大器OP1的2脚与第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第四电阻R4的另一端与第二运算放大器OP2的3脚连接，所述第二运算放大器OP2的6脚与第五电阻R5的一端和第七电阻R7的一端连接，所述第二运算放大器OP2的2脚与第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端、第一电容C1的一端和第二电容C2的一端连接，所述第二电容C2的另一端与第三运算放大器OP3的2脚和第九电阻R9的一端连接，所述第三运算放大器OP3的6脚与第一电容C1的另一端、第一可变电阻RP1的一固定端及活动端和第十一电阻R11的一端连接，所述第一可变电阻RP1的另一固定端与第九电阻R9的另一端连接，所述第三运算放大器OP3的3脚通过第十电阻R10接地，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第十一电阻R11的另一端与第四运算放大器OP4的3脚连接，所述第四运算放大器OP4的2脚通过第十二电阻R12接地，所述第四运算放大器OP4的6脚通过第十三电阻R13与第五运算放大器OP5的2脚连接，所述第五运算放大器OP5的3脚通过第十四电阻R14接地，所述第五运算放大器OP5的1脚接地，所述第五运算放大器OP5的4脚与输入信号电路中开关电源UR的-5V电源连接，所述第五运算放大器OP5的5、6和8脚连接后通过第十五电阻R15与第五运算放大器OP5的7脚连接形成电流信号fi输出端，所述第五运算放大器OP5的5、6和8脚还与输入信号电路中开关电源UR的+5V电源连接。

进一步地，所述电压信号模数变换电路由9个电阻R16～R24、第二、第三可变电阻RP2、RP3、4个运算放大器OP6～OP9、两个电容C3、C4和模数转换器A/D组成，所述第十六电阻R16的一端与输入信号电路的电压信号输出端u连接，所述第十六电阻R6的另一端与第六运算放大器OP6的3脚连接，所述第六运算放大器OP6的6脚与第二可变电阻RP2的一固定端和第三电容C3及第四电容C4的一端连接，所述第六运算放大器OP6的2脚与第十七电阻R17的一端和第二可变电阻RP2的另一固定端及活动端连接，所述第十七电阻R17的另一端接地，所述第四电容C4的另一端与第七运算放大器OP7的2脚和第十八电阻R18的一端连接，所述第七运算放大器OP7的6脚与第三电容C3的另一端、第三可变电阻RP3的一固定端及活动端和第二十电阻R20的一端连接，所述第三可变电阻RP3的另一固定端与第十八电阻R18的另一端连接，所述第七运算放大器OP7的3脚通过第十九电阻R19接地，所述第七运算放大器OP7的6脚还与模数转换器A/D的CH0脚连接，所述第二十电阻R20的另一端与第八运算放大器OP8的3脚连接，所述第八运算放大器OP8的2脚通过第二十一电阻R21接地，所述第八运算放大器OP8的6脚通过第二十二电阻R22与第九运算放大器OP9的2脚连接，所述第九运算放大器OP9的3脚通过第二十三电阻R23接地，所述第九运算放大器OP9的1脚接地，所述第九运算放大器OP9的4脚与输入信号电路中开关电源UR的-5V电源连接，所述第九运算放大器OP9的5、6和8脚连接后通过第二十四电阻R24与第九运算放大器OP9的7脚连接形成电压信号fu输出端，所述第九运算放大器OP9的5、6和8脚还与输入信号电路中开关电源UR的+5V电源连接。

进一步地，所述电压电流信号相位测量电路由与非门逻辑芯片U、计数器HM、微处理器MCU、晶振XTAL、5个电容C5～C9和电阻R25组成，所述与非门逻辑芯片U的1脚和2脚与电压信号模数变换电路的电压信号fu输出端连接，所述与非门逻辑芯片U的5脚与电流信号模数变换电路的电流信号fi输出端连接，所述与非门逻辑芯片U的11脚与计数器HM的10脚连接，所述与非门逻辑芯片U的13脚与微处理器MCU的15脚连接，所述计数器HM的11脚与微处理器MCU的14脚连接，所述计数器HM的9、7、6、5、3、2、4、13脚分别与微处理器MCU的1～8脚连接，所述计数器HM的16脚与输入信号电路中开关电源UR的5V电源连接，所述计数器HM的8脚接地，所述晶振XTAL的一端与微处理器MCU的19脚和第九电容C9一端连接，所述晶振XTAL的另一端与微处理器MCU的18脚和第八电容C8一端连接，所述第八电容C8的另一端和第九电容C9另一端接地，所述微处理器MCU的WR和RD脚与LCD液晶屏的输入端连接，所述微处理器MCU的13脚与电流信号模数变换电路的电流信号fi输出端连接，所述微处理器MCU的12脚与电压信号模数变换电路的电压信号fu输出端连接，所述微处理器MCU的9脚与第二十五电阻R25的一端和第七电容C7的一端连接，所述微处理器MCU的40脚与第五电容C5的一端、第六C6的一端和VCC电源连接，所述微处理器MCU的20脚与第五电容C5的另一端和第六C6的另一端连接后接地，所述第七电容C7的另一端与VCC电源连接，所述第二十五电阻R25的另一端接地。

本发明的有益效果在于：

1、本发明对输入电压和电流信号全部经过变压器隔离调理，获得纯净正弦波信号，避免杂波或者谐波误测而导致对用户回路的误判；

2、本发明对电压信号和电流信号精确放大滤波，通过直接测量相位角方法，范围在0～±180°，涵盖360°使数据更真实有效，显示图像真实可靠，判断更准确，通过对比图像数据库可以知道什么是错接线及怎样追补电量；

3、本发明针对空载状态下微弱电流信号经多级高保真放大器放大100万倍，在微处理器控制下进行时序和逻辑运算，准确测量电压与电流的相位以及电压的量值；

4、本发明通过测试回路直接取电，经过转换调理给开关电源，省却现场市电无法获取或者电池充电不足。

附图说明

图1是本发明的输入信号电路图；

图2是本发明的电流信号模数变换电路图；

图3是本发明的电压信号模数变换电路图；

图4是本发明电压电流信号相位测量电路和LCD显示屏的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1～图4所示，本实施例中的一种三相二次回路空载在线巡检测试仪，其由输入信号电路、电流信号模数变换电路、电压信号模数变换电路、电压电流信号相位测量电路和LCD液晶屏组成，所述输入信号电路的电流信号输出端与所述电流信号模数变换电路的输入端连接，所述输入信号电路的电压信号输出端与所述电压信号模数变换电路的输入端连接，所述电流信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电流信号输入端连接，所述电压信号模数变换电路的输出端与电压电流信号相位测量电路的电压信号输入端连接，所述电压电流信号相位测量电路的显示信号输出端与LCD液晶屏连接。

如图1所示，所述输入信号电路由A相航插L1、B相航插L2、C相航插L3、电源输入变压器B1、开关电源UR、电源开关K、三个电压回路变压转换器B2、B3和B4、三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7、三相二次电压转换继电器J1、三个电压电流回路继电器J2、J3和J4和两个二极管D1、D2组成，所述A相航插L1的1脚和2脚与电源输入变压器B1的初级和第一电压回路变压转换器B2的初级连接，所述A相航插L1的3脚和4脚与第一电流回路隔离变压器B5的初级连接，所述B相航插L2的1脚和2脚与第二电压回路变压转换器B3的初级连接，所述B相航插L2的3脚和4脚与第二电流回路隔离变压器B6的初级连接，所述C相航插L3的1脚和2脚与第三电压回路变压转换器B4的初级连接，所述C相航插L3的3脚和4脚与第三电流回路隔离变压器B7的初级连接，所述电源输入变压器B1的次级与开关电源UR的输入端连接，所述电源开关K设在电源输入变压器B1的次级与开关电源UR输入端的线路上，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的一端与三相二次电压转换继电器J1的常闭触点连接，所述三相二次电压转换继电器J1的动触点与三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的一个常开触点连接，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的中间端点与三相二次电压转换继电器J1的常开触点连接，所述三个电压回路变压转换器B2、B3和B4的次级的另一端接地，所述三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7的次级一端与三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的另一个常开触点连接，所述三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7的次级另一端接地，所述三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的一个动触点相连后形成电压信号输出端u，所述三个电压电流回路继电器J2、J3和J4的另一个动触点相连后形成电流信号输出端i，所述第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接后与电流信号输出端i连接，所述第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极连接后接地，构成电流回路的限压回路。所述的三个电压回路变压转换器B2、B3和B4为次级双抽头，第1抽头为100/√3V/2V，第2抽头为100V/2V；所述的三个电流回路隔离变压器B5、B6和B7为1:1隔离变压器；所述三相二次电压转换继电器J1为3Z 0.01A；所述三个电压电流回路继电器J2、J3和J4为2Z 0.01A。所述A相航插L1根据测试电网实际情况可以接三相三线制二次回路电压uab或者三相四线制二次回路电压ua或者单相二次回路电压u；所述C相航插L3根据测试电网实际情况可以接三相三线制二次回路电压uca或者三相四线制二次回路电压uc；所述B相航插L2根据测试电网实际情况可以接三相四线制二次回路电压ub。

如图2所示，所述电流信号模数变换电路由15个电阻R1～R15、第一可变电阻RP1、5个运算放大器OP1～OP5和两个电容C1、C2组成，所述第一电阻R1的一端与输入信号电路的电流信号输出端i连接，所述第一电阻R1的另一端与第一运算放大器OP1的3脚连接，所述第一运算放大器OP1的6脚与第二电阻R2的一端和第四电阻R4的一端连接，所述第一运算放大器OP1的2脚与第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第四电阻R4的另一端与第二运算放大器OP2的3脚连接，所述第二运算放大器OP2的6脚与第五电阻R5的一端和第七电阻R7的一端连接，所述第二运算放大器OP2的2脚与第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端、第一电容C1的一端和第二电容C2的一端连接，所述第二电容C2的另一端与第三运算放大器OP3的2脚和第九电阻R9的一端连接，所述第三运算放大器OP3的6脚与第一电容C1的另一端、第一可变电阻RP1的一固定端及活动端和第十一电阻R11的一端连接，所述第一可变电阻RP1的另一固定端与第九电阻R9的另一端连接，所述第三运算放大器OP3的3脚通过第十电阻R10接地，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第十一电阻R11的另一端与第四运算放大器OP4的3脚连接，所述第四运算放大器OP4的2脚通过第十二电阻R12接地，所述第四运算放大器OP4的6脚通过第十三电阻R13与第五运算放大器OP5的2脚连接，所述第五运算放大器OP5的3脚通过第十四电阻R14接地，所述第五运算放大器OP5的1脚接地，所述第五运算放大器OP5的4脚与输入信号电路中开关电源UR的-5V电源连接，所述第五运算放大器OP5的5、6和8脚连接后通过第十五电阻R15与第五运算放大器OP5的7脚连接形成电流信号fi输出端，所述第五运算放大器OP5的5、6和8脚还与输入信号电路中开关电源UR的+5V电源连接。

如图3所示，所述电压信号模数变换电路由9个电阻R16～R24、第二、第三可变电阻RP2、RP3、4个运算放大器OP6～OP9、两个电容C3、C4和模数转换器A/D组成，所述第十六电阻R16的一端与输入信号电路的电压信号输出端u连接，所述第十六电阻R6的另一端与第六运算放大器OP6的3脚连接，所述第六运算放大器OP6的6脚与第二可变电阻RP2的一固定端和第三电容C3及第四电容C4的一端连接，所述第六运算放大器OP6的2脚与第十七电阻R17的一端和第二可变电阻RP2的另一固定端及活动端连接，所述第十七电阻R17的另一端接地，所述第四电容C4的另一端与第七运算放大器OP7的2脚和第十八电阻R18的一端连接，所述第七运算放大器OP7的6脚与第三电容C3的另一端、第三可变电阻RP3的一固定端及活动端和第二十电阻R20的一端连接，所述第三可变电阻RP3的另一固定端与第十八电阻R18的另一端连接，所述第七运算放大器OP7的3脚通过第十九电阻R19接地，所述第七运算放大器OP7的6脚还与模数转换器A/D的CH0脚连接，所述第二十电阻R20的另一端与第八运算放大器OP8的3脚连接，所述第八运算放大器OP8的2脚通过第二十一电阻R21接地，所述第八运算放大器OP8的6脚通过第二十二电阻R22与第九运算放大器OP9的2脚连接，所述第九运算放大器OP9的3脚通过第二十三电阻R23接地，所述第九运算放大器OP9的1脚接地，所述第九运算放大器OP9的4脚与输入信号电路中开关电源UR的-5V电源连接，所述第九运算放大器OP9的5、6和8脚连接后通过第二十四电阻R24与第九运算放大器OP9的7脚连接形成电压信号fu输出端，所述第九运算放大器OP9的5、6和8脚还与输入信号电路中开关电源UR的+5V电源连接。

如图4所示，所述电压电流信号相位测量电路由与非门逻辑芯片U、计数器HM、微处理器MCU、晶振XTAL、5个电容C5～C9和电阻R25组成，所述与非门逻辑芯片U的1脚和2脚与电压信号模数变换电路的电压信号fu输出端连接，所述与非门逻辑芯片U的5脚与电流信号模数变换电路的电流信号fi输出端连接，所述与非门逻辑芯片U的11脚与计数器HM的10脚连接，所述与非门逻辑芯片U的13脚与微处理器MCU的15脚连接，所述计数器HM的11脚与微处理器MCU的14脚连接，所述计数器HM的9、7、6、5、3、2、4、13脚分别与微处理器MCU的1～8脚连接，所述计数器HM的16脚与输入信号电路中开关电源UR的5V电源连接，所述计数器HM的8脚接地，所述晶振XTAL的一端与微处理器MCU的19脚和第九电容C9一端连接，所述晶振XTAL的另一端与微处理器MCU的18脚和第八电容C8一端连接，所述第八电容C8的另一端和第九电容C9另一端接地，所述微处理器MCU的WR和RD脚与LCD液晶屏的输入端连接，所述微处理器MCU的13脚与电流信号模数变换电路的电流信号fi输出端连接，所述微处理器MCU的12脚与电压信号模数变换电路的电压信号fu输出端连接，所述微处理器MCU的9脚与第二十五电阻R25的一端和第七电容C7的一端连接，所述微处理器MCU的40脚与第五电容C5的一端、第六C6的一端和VCC电源连接，所述微处理器MCU的20脚与第五电容C5的另一端和第六C6的另一端连接后接地，所述第七电容C7的另一端与VCC电源连接，所述第二十五电阻R25的另一端接地。

所述微处理器MCU的型号为W78E516，所述第一～第九运算放大器OP1～OP9的型号为OP27，所述计数器HM的型号为MC4040，所述与非门逻辑芯片U的型号为74LS00。所述LCD液晶屏是自带系统可以编程发指令的触摸显示器，内部预设各种错接线相量图数据库供与实际测量的相量图对比判断使用。所述模数转换器A/D的型号为MX197。

本发明的工作过程是：

如图1所示，所述开关电源UR通过电源输入变压器B1直接从测试电网二次电压回路取电再转换成直流电供给电流信号模数变换电路、电压信号模数变换电路、电压电流信号相位测量电路和显示屏；所述电源输入变压器B1为100T/200T，10VA；所述电压回路变压转换器B2、B3和B4将A相航插L1、B相航插L2、C相航插L3接通的三相电源转换成三相二次回路的电压信号u，所述电流回路隔离变压器B5和B6及B7将A相航插L1、B相航插L2、C相航插L3接通的三相电源转换成三相二次回路的电流信号i，所述电压信号u和电流信号i通过三相电压转换继电器J1和电压电流回路继电器J2、J3和J4控制传输给电流信号模数变换电路和电压信号模数变换电路；电流信号i还要经过二极管D1和D2组成电流回路的限压回路进行限压在0.7V以下；所述电流信号i为0.1mA～6A；所述电压信号u为0.1mV～2V。

如图2～图3所示，所述电流信号i在空载mA级时，经过电流信号i第1级放大电路1和电流信号i第2级放大电路2两级1～100万倍的可控高保真放大，再经过Q＝3带通滤波器3得到纯净的正弦波信号，再通过交流变TTL方波电路4变换成电流方波信号fi送给电压电流信号相位测量电路。所述电压信号u经过电压信号u第1级放大电路5进行阻抗变换，再经过Q＝3带通滤波器6得到纯净的正弦波信号，再通过交流变TTL方波电路7变换成电压方波信号fu一路送给相位测量电路，另一路送给模数转换器A/D测量电压量值。

如图4所示，所述电流方波信号fi和电压方波信号fu送到电压电流信号相位测量电路的与非门逻辑芯片U中进行逻辑组合，在与非门逻辑芯片U的12脚产生代表电压信号u和电流信号i的相位的宽度值，与非门逻辑芯片U的13脚由微处理器MCU的15脚送入f＝18kHz、T＝55.56mS的脉冲信号(1个脉冲等于1°相位角标准计量脉冲)，相与后送给计数器HM，在微处理器MCU控制下实现电压信号u和电流信号i的相位角在0～±180°范围内直接测量。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。