隨著電網建設的逐步完善, 相應的電力配電裝置得到了迅猛的發展，電能表的準確度等級越來越高,對電能表現場校驗儀的要求也隨之提高,電能表現場校驗儀電能指標一般要求達到0.05 級,功能上要有諧波分析、錯誤接線判斷、向量圖顯示、更正系數計算等,另外所測數據要求被保存并能上傳到PC機供管理應用,還要求攜帶方便,體積小、功耗低,因此采用ARM和CP2102技術就能很好的滿足設計要求。
一、硬件原理
硬件由模擬輸入通道、采樣保持電路、A/D轉換器、CP2102數字信號處理器、ARM及其外圍器件組成。輸入通道中,三相電壓直接接入,經過精密電阻分壓取樣到A/D轉換器。電流采樣分為經內附精密互感器、鉗型互感器、500A鉗型互感器三種方式獲得以適應現場校驗的不同需求。
采集到的信號經16位串行A/D轉換將模擬信號變換為數字信號。由采樣保持器保證采樣的同步性,使每相電壓、電流同時采樣,后以串行方式輸入給數字信號處理CP2102。CP2102是數字信號處理器(Digital Singnal Processor)的簡稱,它對采樣信號進行高速運算、加工處理并將處理結果經總線傳送給*處理器ARM。*處理器ARM對CP2102處理結果進行后期處理,實現人機對話、數據存儲、功能切換等功能。顯示器采用640×480分辨率的26k真彩色大屏幕,背景色可調以適應不同環境。
二、功能的實現
儀器的設計指標為0.05級,主要由采樣電路和A/D來保證,算法也有很大的影響。該儀器采用非同步采樣,采樣頻率與被測信號不同步,會帶來附加誤差,利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經測試,基本電能誤差能夠滿足設計要求。由于ARM的高性能,結合電能表現場校驗的各種情況,儀器提供了豐富的擴展功能,主要有以下幾個方面。
1.儀器可以從上位機接收待校表信息,包括相線、常數、類型、互感器倍率、編號、變壓器容量等,校表時只用輸入編號即可調入全部信息進行校驗。校驗結果存儲時也可以包含以上信息并且具有校驗時間、誤差、測量時的電測量信息。可以手動或通過485得到被校表的峰谷平電量信息,包括正反向有功和正反向無功。存儲數量1000塊。
2.大屏幕液晶可以在校驗界面顯示三相電壓、電流、功率、頻率、功率因數,顯示電流檔位(基表、鉗表、500A鉗表)信息。可以顯示兩個誤差,如果是主表副表則顯示兩塊表的誤差,如果是多功能電能表則可以同時顯示有功、無功誤差。
3.能進行走字試驗,可進行電能累計,檢查電能表字輪的工作狀態。
4.能顯示相量圖和相位值,具備查接線功能(錯誤或正確的接線),直接計算錯誤接線情況下的更正系數,可及時追補損失的電量。
5.能夠測試計量裝置中低壓電流互感器CT的角差、比差、誤差。
6.具有諧波分析功能,顯示線路失真度、各次諧波含量、波形,還可以校驗基波表。
7.正是采用了ARM技術,才能使具有強大功能的電能表現場校驗儀體積小、功耗(現場校驗儀的重要指標)小、便于攜帶,它必將成為電能計量工作人員的有效設備。
