一种电能表多功能耐久性试验装置

技术领域

本发明涉及电能表测试，特别是涉及一种电能表多功能耐久性试验装置。

背景技术

耐久性试验测试要求具体的内容是将仪表置于温度试验箱中，升温至仪表规定的上限温度，并保持稳定（一般为2h）。仪表电压电路施加1.1倍标称电压（如有多个标称电压，取最高的标称电压），电流电路通最大电流Imax，功率因数为1，如仪表能同时测量有功电能和无功电能，则功率因数为0.866L，在此试验条件下持续试验1000 h。试验结束后，将仪表恢复到参比温度，再次测量仪表误差；试验前后的固有误差相比较，误差偏移不超过规定的极限。实验装置应用场景主要是研发测试、送样仪表耐久性老化测试试验。

要求耐久性试验的装置必须高稳定性、高可靠性。由于试验过程需要以Imax连续运行1000h，过程中耐久性试验的装置持续记录电能表电能与标准电能误差，因此需要耐久性试验的装置具有长期稳定性、可靠性、安全性。装置才能满足最新国网、南网同类电能表型式评价试验要求，并兼容现行电能表测试要求。

由于现有电能表检定装置设计上仅能满足短时间测试，做需量测试最长也就24小时就能完成，现有装置设计性能与1000h运行要求相去甚远，因此耐久性试验的装置需要从新设计。

耐久性试验面对的是各个不同厂家的电能表型式评价测试，因此会出现不同电流值的电能表试验需求，而电能表试验装置每次只能输出一种电流、电压，当同时进行多种电流电能表试验时，仅能等待1000h 后才能进行另一种电能表试验，面对各种不同电压、电流规格的电能表，一台或多台耐久性试验装置无法满足试验要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电能表多功能耐久性试验装置，确保了一台装置能够同时输出多种不同的电流值和电压值，满足了不同电流值和电压值的电能表试验要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电能表多功能耐久性试验装置，包括程控功率源机柜和多个电能表测试组件，所述程控功率源机柜分别与每一个电能表测试组件连接；

所述电能表测试组件包括ICT电流变压器、PT变压器和多个测试工位；所述ICT电流变压器的输入端与程控功率源机柜的电流输出端连接，所述ICT电流变压器的输出端与每一个测试工位连接；所述PT变压器的输入端与程控功率源机柜的电压输出端连接，PT变压器的输出端与每一个测试工位连接。

进一步地，每一个所述电能表测试组件的测试工位均为n个，每一个测试工位中均设置有一个待测电能表，其中，第一个测试工位中的待测电能表为领头表，其他测试工位中的待测电能表为测试表。

进一步地，所述程控功率源机柜中设置有程控功率源和标准电能表；所述程控功率源包括三路信号产生通道，所述信号产生通道的输出的信号经电能表后，分别传输给每一个电能表测试组件；

每一路所述的信号产生通道包括直接数字合成信号源、反馈补偿调整电路、电流功率放大器、升流器、电压功率放大器、升压器、标准电流采样模块和标准电压采样模块；所述直接数字合成信号源用于产生初始电流信号和初始电压信号，初始电流信号依次经过电流功率放大器、升流器后对外输出电流信号，所述标准电流采样模块用于对输出的电流进行采样后，得到电流采样信号反馈给所述反馈补偿调整电路；初始电压信号经电压功率放大器、升压器后对外输出，所述标注电压采样模块用于对输出电压进行采样后，得到电压采样信号反馈给所述反馈补偿调整电路。

其中，所述反馈补偿调整电路包括第一可调增益运算放大器、第一可调移相器、第二可调增益放大器、第二可调移相器、第一幅度检测器、第一相位检测器、第二幅度检测器、第二相位检测器、单片机和显示器；

所述第一可调增益运算放大器的输入端接收初始电流信号，第一可调增益运算放大器的输出端通过第一可调移相器与所述电流功率放大器连接；所述第二可调增益运算放大器的输入端接收初始电压信号，第二可调增益运算放大器的输出端通过第二可调移相器与所述电压功率放大器连接；

所述第一幅度检测器的用于检测初始电流信号和初始电压信号的幅度，所述第二幅度检测器用于检测所述电压采样信号和电流采样信号的幅度；所述第一相位检测器的用于检测初始电流信号和初始电压信号的相位，所述第二相位检测器用于检测所述电压采样信号和电流采样信号的相位，所述第一幅度检测器、第一相位检测器、第二幅度检测器、第二相位检测器的输出端均与单片机连接，所述单片机还与显示器连接。

进一步地，所述程控功率源机柜中还设置有PC电脑和串口服务器，所述PC电脑与程控功率源中的每一个直接数字合成信号源连接，所述串口服务器分别与标准电能表和每一个测试工位中的待测电能表连接；所述串口服务器还与PC电脑连接。

进一步地，所述多功能耐久性试验装置还包括功放电源和保护电路，所述功放电源的输出端通过保护电路后，为整个程控功率源机柜供电。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用电流、电压变换技术，能够在一台试验上同时输出多种不同的电流、电压值，满足了不同电流、电压值的电能表同时试验要求。

（2）本发明能够提供长期稳定的电源功率输出，确保测量技术参数能够有效溯源校准。

附图说明

图1为本发明的装置原理示意图；

图2为程控功率源的原理框图；

图3为反馈补偿调整电路的原理示意图；

图4为发明的测试原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种电能表多功能耐久性试验装置，包括程控功率源机柜和多个电能表测试组件，所述程控功率源机柜分别与每一个电能表测试组件连接；

所述电能表测试组件包括ICT电流变压器、PT变压器和多个测试工位；所述ICT电流变压器的输入端与程控功率源机柜的电流输出端连接，所述ICT电流变压器的输出端与每一个测试工位连接；所述PT变压器的输入端与程控功率源机柜的电压输出端连接，PT变压器的输出端与每一个测试工位连接。

在本申请的实施例中，每一个所述电能表测试组件的测试工位均为n（图1中n为3）个，每一个测试工位中均设置有一个待测电能表，其中，第一个测试工位中的待测电能表为领头表，其他测试工位中的待测电能表为测试表。

在本申请的实施例中，所述程控功率源机柜中设置有程控功率源和标准电能表；如图2所示，所述程控功率源包括三路信号产生通道，所述信号产生通道的输出的信号经电能表后，分别传输给每一个电能表测试组件；

每一路所述的信号产生通道包括直接数字合成信号源、反馈补偿调整电路、电流功率放大器、升流器、电压功率放大器、升压器、标准电流采样模块和标准电压采样模块；所述直接数字合成信号源用于产生初始电流信号和初始电压信号，初始电流信号依次经过电流功率放大器、升流器后对外输出电流信号，所述标准电流采样模块用于对输出的电流进行采样后，得到电流采样信号反馈给所述反馈补偿调整电路；初始电压信号经电压功率放大器、升压器后对外输出，所述标注电压采样模块用于对输出电压进行采样后，得到电压采样信号反馈给所述反馈补偿调整电路。

在本申请实施例中，对于三相电能表，可以由每个信号产生通道产生一相，例如，在图2中，第一个信号产生通道产生A相的电流信号Ia和电压信号Ua，第二个信号产生通道产生B相的电流信号Ib和电压信号Ub，第三个信号产生通道产生C相的电流信号Ic和电压信号Uc；

如图3所示，在本申请的实施例中，所述反馈补偿调整电路包括第一可调增益运算放大器、第一可调移相器、第二可调增益放大器、第二可调移相器、第一幅度检测器、第一相位检测器、第二幅度检测器、第二相位检测器、单片机和显示器；

所述第一可调增益运算放大器的输入端接收初始电流信号，第一可调增益运算放大器的输出端通过第一可调移相器与所述电流功率放大器连接；所述第二可调增益运算放大器的输入端接收初始电压信号，第二可调增益运算放大器的输出端通过第二可调移相器与所述电压功率放大器连接；

所述第一幅度检测器的用于检测初始电流信号和初始电压信号的幅度，所述第二幅度检测器用于检测所述电压采样信号和电流采样信号的幅度；所述第一相位检测器的用于检测初始电流信号和初始电压信号的相位，所述第二相位检测器用于检测所述电压采样信号和电流采样信号的相位，所述第一幅度检测器、第一相位检测器、第二幅度检测器、第二相位检测器将采集到的信号通过单片机传输给显示器进行显示。工作人员即可观察到初始电流信号的幅度信息、采样电流信号的幅度信息，并据此判断是否完成了所需的电流放大倍数，在没有满足放大需求时，通过第一可调增益运算放大器进行电流信号的幅度调节，直至达到所需的放大倍数；工作人员也可以通过初始电流信号和采样电流信号的相位信息，判断两者相位是否一致，并在出现相位不一致时，通过第一可调移相器进行调整，直至相位一致；同理，工作人员根据初始电压信号幅度和采样电压信号幅度，能够判断是否完成了所需的电压放大倍数，并在没有满足需求时，通过第二可调增益放大器进行电压信号的幅度调节，直至达到所需的放大倍数；工作人员根据初始电压信号相位和采样电压信号相位，能够判断相位是否一致，并在相位不一致时进行移相调节，直至相位一致。在本申请的另外一些实施例中，也可以去掉所述显示器，由单片机自动计算初始电流信号到采样电流信号的放大倍数，初始电压信号到采样电压信号的放大倍数，与所需放大倍数进行自动比较，并据此自动控制第一可调增益运算放大器和第二可调增益放大器进行调节，直至达到所需的放大倍数，同理也可由单片机自动计算初始电流信号与采样电流信号的相位差，计算初始电压信号和采样电压信号的相位差，并据此进行第一可调移相器和第二可调移相器的调节，直至初始电流信号与采样电流信号相位一致，初始电压信号与采样电压信号的相位一致。

在本申请的实施例中，所述程控功率源机柜中还设置有PC电脑和串口服务器，所述PC电脑与程控功率源中的每一个直接数字合成信号源连接，所述串口服务器分别与标准电能表和每一个测试工位中的待测电能表连接。

在本申请的实施例中，所述多功能耐久性试验装置还包括功放电源和保护电路，所述保护电路可以是稳压电路、电源滤波电路等，在一些实施例中，保护电路还可以采用烟感、温度检测技术，能够确保耐久性试验装置损坏时能够快速切断电源保证装置运行的安全性；所述功放电源的输出端通过保护电路后，为整个程控功率源机柜供电。

在本申请的实施例中，还可以为程控功率源机柜增加横流通风技术，在1000h运行过程中，选用横流风扇从机柜底部抽取冷空气，直吹电子功率放大器的功率管表面，功率管表面得到有效降温；从机柜顶部抽出热风到机柜外部；这样就能够确保耐久性试验装置机柜通风性，保证机柜及功率放大器的温度不会过高，从而保证装置的长期可靠性。

在本申请的实施例中，标准电能表用于监测装置输出，提供标准的电压、电流、相位、频率等标准电参量；电能表耐久性试验装置采用标准电能表法直接比较原理进行型式试验。标准电能表用于在试验过程进行功率比对，保证试验过程能够实时监测比对电能表实时功率，保证试验的有效性以及电参量的可溯源性。串口服务器用于连通PC与功率源、电能表等485通道，将数据汇总到PC电脑，由PC电脑连接或自带的显示器显示比对被试电能表的电参量数据，便于与标准进行直接比较；

在本申请的实施例中，采用先进的直接数字合成信号技术。以功能强大的可编程数字逻辑阵列CPLD芯片和单片机为核心组成数字合成正弦信号源，预置45.000Hz ~65.000Hz频率范围、0~360°度相位的正弦信号的设定点。正弦信号的数字量参数存放于特定的存储器内，由一个3600倍频的时钟为周期寻址信号，取出数字量的正弦信号参数，由六路数/模转换器转换后，得到三相电压和电流近似正弦信号，再经过有源低通滤波，成为失真度小于0.2 %的电压和电流正弦信号。数字合成正弦信号源输出的电压电流信号的相别、幅值、相位、频率，均可控。可由键盘或PC机控制实现电能表校验所需的负载点要求。标准锁相环电路和数/模转换器的高稳定度直流参考基准保证了输出正弦信号的长期稳定性。

功率放大器采用AB类程控电子式功率放大器，电子式功率源能够达到0.03%(@3min)，使用程控电子式功率源确保了功率输出的稳定性、准确性，保证了耐久性试验过程的误差稳定监测；

在本申请的实施例中程控功率源机柜产生的电流信号Ia、Ib、Ic 连接到图4 IAH、IBH、ICH端子，电流流经ICT变压器将100A变为80A、60A、40A等不同电流输出，然后通过图4的 IAL、IBL、ICL端子返回到程控功率源机柜，每个ICT能够驱动1~n个电能表，当需要不同电流种类的电能表进行试验时，这样就能够同时进行多种电流电能表试验。

程控功率源产生的电压信号Ua、Ub、Uc连接到图4 UA、UB、UC端子，PT变压器将220V变换为100V、57.7V等不同电压输出，每个PT能够驱动1~n个电能表，当需要不同电压种类的电能表进行试验时，这样就能够同时进行多种电压电能表试验。

在本申请的实施例中，如果需要对单相的电能表进行测试，可以将程控功率员输出的电流信号和电压信号转换为单相信号，然后进行电能表测试；在本申请的实施例中，还可以增加多组测试工位，直接由程控功率源输出的信号，在程控功率源的主回路上进行测试。

本发明的工作原理如下：直接数字合成信号源产生的电压和电流标准正弦信号，分别通过各自的反馈补偿调整电路送到电压功放和电流功放进行功率放大。放大的正弦电压信号经电压变压器升压后送到被校表和标准电能表，放大后的电流信号也经过升流后送入被校表和标准电能表。输出电压、电流信号经电流、电压反馈采样，反馈回功放前级的反馈补偿调整电路，具有较高的输出稳定度和较低的失真度；串口服务器将各个电能表（被测表和标准电能表）数据汇总到PC电脑，由PC电脑连接或自带的显示器显示比对被试电能表的电参量数据，便于与标准进行直接比较；由于本发明采用电流、电压变换（ICT、PT变压器）技术，能够在一台试验上同时输出多种不同的电流、电压值，满足了不同电流、电压值的电能表同时试验要求。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。