高压电能计量故障检测电路的设计与研究

高压电能计量故障检测电路的设计与研究

王新明

甘肃省计量研究院 甘肃省 兰州市 730050

摘要：在供电企业中，为了对发电量、用电量等数据进行统一的计量，需要充分利用专业的仪器仪表，并配合各类高新技术，进行精细化的记录。这些数据的统一计量，便是所谓的电能计量。在当下，随着人们生活水平的提高，用电量也在不断扩大，在进行电能计量时也要求越来越高，尤其在高压电能方面，需要尽可能保持准确可靠，提高供电企业的经济效益。本文从高压电能计量系统的常见故障出发，接着结合这些故障详尽分析了故障检测系统的电路设计，最后对检测结果进行分析。

关键词：高压电能计量；故障检测；电路设计；方案研究

一、高压电能计量系统中常见的故障

1.1测试设备出现问题

在对电路进行故障检测和排查时，首先需要考虑测试设备是否正常。有时测试设备本身就难以正常投入使用，常常表现为部分功能的丧失、本身的零件存在着故障、探棒产生破损等等，这些原因都会导致测试设备难以完成正常的排查工作。除了测试设备本身存在问题以外，有时操作人员的不规范操作也会导致测试设备产生故障，有些仪器在使用时常常会由于不正确的使用而对排查的结果产生较大的影响^[1]。

1.2电路内部的元器件故障

在电子电路的内部，有着诸多的元器件，诸如电阻、电容和集成器件等等，这些器件在电路运行的过程中由于种种原因会产生一些故障，例如相关特性功能的不完善或者设备元部件表面的损坏等等。在产生元器件异常时，往往只有电路输入，而电路的输出往往会被阻断，或者在输出的过程中会产生各种异常的状况。

1.3人为产生的故障

在进行电子电路的故障排查工作时，相关工作人员有时会出现工作的失职，常常在操作时产生各种类型的失误，进而容易导致各种操作故障的产生。目前进行电子电路的故障排查的工作人员，在职业素养和专业技能上存在着一定的不足，有时将零器件装反进而导致电路产生不正常的运作^[2]。

1.4电路接触不良产生故障

除了上述出现的故障以外，有时还会因为电路中接触不良现象的大量出现导致整个电路产生故障难以正常使用，例如接地不良、引线断线等现象。这种类型的故障在电路运行的过程中会经常发生，但是这种故障往往只是间歇性的，出现的时间很短，有时会导致相关的电路直接终止正在进行的工作[1]。

2. 高压电能计量系统常见故障的检测

在高压电能计量系统中的各类故障，除了人为因素以外，大部分都是由于接线出现不规

范的状况而产生。对这种接线不当的问题进行检测，需要充分考虑故障的发生位置。这些故障的一次侧和二次侧之间存在着较大的差异，检测的方法也各不相同。

2.1一次侧故障检测方法

2.1.1电流互感器一次侧

在进行电流互感器的一次侧故障检测时，一般不考虑开路的状况。因为一旦出现开路，便会直接导致供电难以完成。在这种故障检测中，主要考虑的是短路故障。一次侧的故障检测中，一般具有较高的电压，难以通过相关仪器仪表进行直接的测量。除此以外，电流互感器本身的一侧内阻数值也相对较小。当遇到短路故障时，难以直接进行精细化的测量。为了更好地解决这些问题，可以充分利用二次侧的机会，通过阻抗的变化来判断和记录一次侧的具体信息[2]。

2.1.2电压互感器一次侧

在一次侧中，电压互感器电压数值相对较高，同时和主回路之间互不相连，一般不会产生短路的故障。在这种状况下，一般产生的故障是匝间的短路和开路等故障。这两种故障采取的方法各不相同。针对匝间短路的现象，可以对一次侧和二次侧的电压进行分别的测量和记录，将相关的数值数据和正常的状态下进行比对。针对开路的状况，需要判断二次侧的电压有无状况。这两种状况在进行检测时，都可以直接利用正常的电压检测。

2.2二次侧故障检测

在二次侧的检测过程中，一般来说都处于电压较低的状态，电流互感器和电压互感器的差别不大，不需要进行针对性的检测，可以直接进行测量。在电压互感器中，主要包括两种故障状况，分别是开路和反接，这两种状况的故障检测，都可以通过测量电压直接实现。在电压互感器中，主要的故障类型包括相间的短路现象和反接现象，这两种状况都会导致电能表的数值较小，进行检测时，可以同样利用电压检测来完成[3]。

2. 故障检测系统的电路设计

在进行高压电能计量系统的设计和具体实现时，首先需要精准检测系统运行过程中的基

本数据，数据的记录要真实可靠，。为了达到这样的目的，进行电路设计的工作至关重要。

3.1电流互感器一次侧检测

当高压电能计量系统出现了一定的故障，为了了解故障发生的具体状况，主要可以通过观察两点间的阻抗变化来实现。在高压电能计量系统中，电能互感器的接线，基本和电能表保持一致，可以通过这种方式进行网络等效阻抗的计算。

3.2总体框架设计

在进行故障检测时，进行了许多的现场实测。根据这些数据显示，网络等效抗阻会随着许多因素的改变而产生较大的变化。首先，当计量系统中的电流互感器一次侧过程中出现了短路，便会直接影响到检测的信号，导致网络等效阻抗产生较大的变化。在设计的过程中，为了高效检测网络等效阻抗的具体状况和动态变化，可以设置测量互感器对发生的故障进行精细化的监控，主要在二次侧的回路进行增设[4]。

3.3测量互感器的具体设计

3.3.1信息采集电路设计

在对测量互感器进行电源检测时，采用1kHz的正弦交流信号频率。在设计的过程中，需要将这种信号和系统的信号进行细致的区分。除此以外，为了进行高效采集，还需要对采集量进行一定程度的降低。在实际的应用过程中，在两个点之间的位置常常会出现磁饱和的现象，需要利用各种技术手段进行高效的解决。

3.3.2微处理器设计

在进行微处理器设计时，需要依据具体情况充分考虑内存和频率，尽可能通过内存和频率的高效配合，实现信息采集速度的不断突破。除此以外，还需要充分利用微处理器的其他功能，进一步减少元器件的使用量和电路板的尺寸。

3.3.3分析和显示系统的设计

在测量互感器投入使用的过程中，互感器首先需要对二次回路的电流数据进行判断，分析相关的数据是否达到了故障的标准。当相关的数据符合故障的要求，需要对相关的信息进行细致采集，并及时向外部设备进行传输，通过微处理器的高效分析，判断短路故障是否产生，然后将相关的信息传输到管理员负责的显示设备，进行后续的处理。

2. 结束语

在高压电力计量系统中，存在着诸多的常见故障，包括一些器件产生的故障和人为操作

故障等等。针对这些故障，需要进行高效的检测。检测的过程包括一次侧故障检测和二次侧故障检测两种，一次侧故障检测，包括电流互感器和电压互感器的检测。为了提高检测效率，需要对电路进行高效的设计。

参考文献：

[1] 王广飞. 高压电能计量故障检测电路与系统设计研究[D]. 河南大学, 2013.

[2] 赵建军, 梁威, 张月阳. 高压电能计量故障检测电路设计[J]. 河南大学学报(自然科学版), 2014, 44(001):25-29.

[3] 王井峰. 高压电能计量故障检测电路设计[J]. 中国科技投资, 2016, 000(017):143-143.

[4] 张金波, 高祥龙, 邰旻. 一种高压输电线路电能计量装置的研究与设计[J]. 微处理机, 2015, 000(001):91-95.