本發(fā)明涉及電網(wǎng)電能計(jì)量儀器
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種安全性好的可保護(hù)繼電器的電能表大電流跳閘方法。
背景技術(shù)：
：(1)國家電網(wǎng)公司《q/gdw1354-2012智能電能表功能規(guī)范》斷電功能的規(guī)定如下：當(dāng)剩余金額小于或等于設(shè)定的報(bào)警金額時(shí)，電能表應(yīng)能以聲、光或其他方式提醒用戶；透支金額應(yīng)實(shí)時(shí)記錄，當(dāng)透支金額低于設(shè)定的透支門限金額時(shí)，電能表應(yīng)發(fā)出斷電信號(hào)，控制負(fù)荷開關(guān)中斷供電；(2)中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司《q/csg113003-2011單相電子式電能表技術(shù)規(guī)范》的通斷電要求如下：有通斷電要求的電表應(yīng)采用負(fù)荷開關(guān)，負(fù)荷開關(guān)采用內(nèi)置方式。內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)應(yīng)采用觸點(diǎn)持續(xù)電流≥1.2imax、具有自保持功能的繼電器。繼電器的觸點(diǎn)接觸電阻應(yīng)<1mω，繼電器應(yīng)能在220v、imax(功率因數(shù)＝1)條件下斷、合6000次以上。電表上電后繼電器應(yīng)保持停電前的狀態(tài)。電能表電壓線路施加參比電壓，電流線路通過1.2imax，使開關(guān)通斷10次。試驗(yàn)后，電能表應(yīng)能正常工作。電能表電壓線路在參比電壓的70％～120％時(shí)，負(fù)荷開關(guān)應(yīng)能正常工作。(3)電流回路阻抗要求電能表電流回路阻抗值是在電流回路通以最大電流imax時(shí)，測(cè)試電流回路進(jìn)出兩端電壓，然后除以最大電流imax計(jì)算所得。內(nèi)置負(fù)荷開關(guān)電能表在負(fù)荷開關(guān)通斷后，其電流回路阻抗平均值應(yīng)小于2mω。(4)電流回路阻抗測(cè)試測(cè)試方法電能表在參比電壓、最大電流、功率因數(shù)1條件下進(jìn)行10次實(shí)負(fù)載拉合閘操作。每次操作斷20s，通10s。每次拉合閘操作結(jié)束后，在施加最大電流時(shí)測(cè)量電流回路阻抗值，10次測(cè)得阻抗平均值應(yīng)滿足4.6.6要求。壓降測(cè)量點(diǎn)為電流端子上兩個(gè)螺絲中間的銅條上。目前民用電能表電流規(guī)格imax都為60a，在imax時(shí)切斷用戶供電的過程中，繼電器在斷開的過程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的拉弧現(xiàn)象，導(dǎo)致繼電器每次拉開的過程中都會(huì)燒蝕繼電器觸點(diǎn)，使得觸點(diǎn)間的接觸阻抗會(huì)逐步增大。由熱量計(jì)算公式q＝i2rt得知，回路阻抗越大，也就意味著流過相同的電流發(fā)熱越嚴(yán)重，溫升越高，引起火災(zāi)的可能性就會(huì)增加。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的民用電能表容易引起火災(zāi)的不足，提供了一種安全性好的可保護(hù)繼電器的電能表大電流跳閘方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種可保護(hù)繼電器的電能表大電流跳閘方法，包括服務(wù)器、mcu、通信光耦、發(fā)送光耦、接收光耦、繼電器、計(jì)量芯片和計(jì)數(shù)器；mcu分別與服務(wù)器、計(jì)數(shù)器和繼電器電連接，mcu通過通信光耦、發(fā)送光耦和接收光耦與計(jì)量芯片電連接；包括如下步驟：(1-1)設(shè)定mcu發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝1個(gè)發(fā)送光耦的toff延時(shí)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間；mcu接收數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝2個(gè)接收光耦的toff延時(shí)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間；(1-2)服務(wù)器給mcu發(fā)送的跳閘請(qǐng)求幀，mcu發(fā)出滿足主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和主機(jī)接收數(shù)據(jù)要求的低電平mcu_clk信號(hào)，mcu給計(jì)量芯片發(fā)送讀ad數(shù)據(jù)的命令，計(jì)量芯片返回ad數(shù)據(jù)；mcu給計(jì)量芯片發(fā)送完讀ad數(shù)據(jù)的命令后計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，設(shè)定ad數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間為tr；(1-3)檢測(cè)小電流；設(shè)t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取ad數(shù)據(jù)的命令，設(shè)m等于1；(1-3-1)mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)；(1-3-2)如果ad數(shù)據(jù)為正值，則使m增加1，返回步驟(1-3-1)；如果ad數(shù)據(jù)為負(fù)值，轉(zhuǎn)入步驟(1-4)；(1-4)將t11+mtr時(shí)刻定義為t1n時(shí)刻，在t1n時(shí)刻加上(t-1)ms獲得細(xì)分起始時(shí)刻a，時(shí)刻a后延遲(t-1-0.2)ms讀取ad數(shù)據(jù)；若ad數(shù)據(jù)為正值，則在讀取ad數(shù)據(jù)的時(shí)刻繼續(xù)延遲(t-1-0.2)ms后讀取ad數(shù)據(jù)，直至獲得ad數(shù)據(jù)變負(fù)的時(shí)刻t3n；其中，t為電能表的電流周期；(1-5)使繼電器的電源維持在12v，電流維持在125ma，在t3n+8ms的時(shí)刻使繼電器跳閘。由于用戶實(shí)際用電是隨機(jī)的，電流取決于負(fù)載情況，很多用戶一直都維持長時(shí)間大負(fù)載工作模式，實(shí)際是不知道已經(jīng)欠費(fèi)，因此如果等待用戶真正不用電時(shí)再執(zhí)行欠費(fèi)跳閘提醒，可能不太現(xiàn)實(shí)(可以先通過短信通知提醒，如果短信通知無效再通過遠(yuǎn)程跳閘斷電)。電磁繼電器動(dòng)作原理：電磁繼電器線圈在通電瞬間呈現(xiàn)電感特性，這段時(shí)間為電感充電，充電時(shí)間取決于充電電流的大小，如果線圈兩端電壓恒定，則充電時(shí)間也是固定的。當(dāng)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)超過銜鐵動(dòng)作時(shí)拉動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)拉合繼電器。實(shí)際電能表在使用過程中，由于計(jì)量芯片采樣都是取自強(qiáng)電，為了保證mcu芯片和其他模塊使用的安全性，一般計(jì)量芯片和mcu芯片等模塊進(jìn)行電氣隔離，防止人為觸電，在本發(fā)明中采用光耦進(jìn)行光電隔離。光電隔離通信的載體是光耦，結(jié)合成本考慮采用普通光耦，光耦在導(dǎo)通特性類似于三極管，有禁止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，使用時(shí)需要使其位于飽和區(qū)，保證光耦完全導(dǎo)通，但是其導(dǎo)通轉(zhuǎn)向關(guān)閉時(shí)，退飽和時(shí)間取決于飽和深度。光耦的電氣特性決定了通信速度不能過快，結(jié)合程序處理采用查詢等待的處理方式，因此通信速度不能過快也不能過慢。以某廠家計(jì)量芯片通訊數(shù)據(jù)格式為例：固定長度的數(shù)據(jù)傳輸(一共4個(gè)字節(jié))，即每次數(shù)據(jù)通訊都是1個(gè)字節(jié)命令和3個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。通訊中計(jì)量芯片輸出是以spi_sck上升沿輸出數(shù)據(jù)，計(jì)量芯片輸入是從spi_sck下降沿采樣數(shù)據(jù)，msb在前，lsb在后。作為優(yōu)選，計(jì)數(shù)器的準(zhǔn)確度≥100ppm。作為優(yōu)選，步驟(1-3)由下述步驟替換：設(shè)t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取ad數(shù)據(jù)的命令，設(shè)m等于1；(1-3-1)mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)；(1-3-2)如果ad數(shù)據(jù)為正值，則使m增加1，返回步驟(1-3-1)；如果ad數(shù)據(jù)為負(fù)值，轉(zhuǎn)入步驟(1-4)。作為優(yōu)選，在t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取計(jì)量芯片ad數(shù)據(jù)命令，mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)，如果ad數(shù)據(jù)為正值，則使m值增加1繼續(xù)讀取，最長t/2時(shí)間獲取ad數(shù)據(jù)最大的時(shí)刻t1n’，在t1n’前后出現(xiàn)ad數(shù)據(jù)的下降，可以判斷電流經(jīng)過正向正弦波頂點(diǎn)。作為優(yōu)選，在t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取計(jì)量芯片ad數(shù)據(jù)命令，mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)，如果ad數(shù)據(jù)為負(fù)值，則使m值增加1繼續(xù)讀取，最長t/2時(shí)間可以獲取ad數(shù)據(jù)為最小的時(shí)刻t1n’，在t1n’前后出現(xiàn)ad數(shù)據(jù)的上升，可以判斷電流經(jīng)過反向正弦波頂點(diǎn)。因此，本發(fā)明具有如下有益效果：采用大電流保護(hù)跳拉閘，回路阻抗比較均勻，對(duì)繼電器基本上沒有影響。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種原理框圖；圖2是本發(fā)明的一種回路阻抗示意圖；圖3是本發(fā)明檢測(cè)小電流時(shí)的一種電流表電流波形圖；圖4是本發(fā)明獲取更具體的小電流時(shí)刻的一種電流表電流波形圖；圖5是本發(fā)明檢測(cè)小電流時(shí)的另一種電流表電流波形圖；圖6本發(fā)明獲取更具體的小電流時(shí)刻的另一種電流表電流波形圖。圖中：服務(wù)器1、mcu2、通信光耦3、發(fā)送光耦4、接收光耦5、繼電器6、計(jì)量芯片7、計(jì)數(shù)器8。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1如圖1所示的實(shí)施例是一種可保護(hù)繼電器的電能表大電流跳閘方法，包括服務(wù)器1、mcu2、通信光耦3、發(fā)送光耦4、接收光耦5、繼電器6、計(jì)量芯片7和計(jì)數(shù)器8；mcu分別與服務(wù)器、計(jì)數(shù)器和繼電器電連接，mcu通過通信光耦、發(fā)送光耦和接收光耦與計(jì)量芯片電連接；包括如下步驟：(1-1)設(shè)定mcu發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝1個(gè)發(fā)送光耦的toff延時(shí)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間；mcu接收數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝2個(gè)接收光耦的toff延時(shí)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間；(1-2)服務(wù)器給mcu發(fā)送的跳閘請(qǐng)求幀，mcu發(fā)出滿足主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和主機(jī)接收數(shù)據(jù)要求的低電平mcu_clk信號(hào)，mcu給計(jì)量芯片發(fā)送讀ad數(shù)據(jù)的命令，計(jì)量芯片返回ad數(shù)據(jù)；mcu給計(jì)量芯片發(fā)送完讀ad數(shù)據(jù)的命令后計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，設(shè)定ad數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間為tr；(1-3)檢測(cè)小電流；設(shè)t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取ad數(shù)據(jù)的命令，設(shè)m等于1；(1-3-1)mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)；(1-3-2)如果ad數(shù)據(jù)為正值，則使m增加1，返回步驟(1-3-1)；如果ad數(shù)據(jù)為負(fù)值，轉(zhuǎn)入步驟(1-4)；如圖3所示，由電流正弦波形知，周期t＝20ms，在一個(gè)周期內(nèi)存在兩個(gè)電流值為0的時(shí)間點(diǎn)。在t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取計(jì)量芯片ad數(shù)據(jù)命令，t11’時(shí)刻數(shù)據(jù)返回完成，如果此時(shí)為正值，則繼續(xù)讀取，由于半波為正值時(shí)間為10ms，因此最長10ms就可以獲取ad值為負(fù)的時(shí)刻t1n’，前1msad值為正值，因此可以判斷電流由正轉(zhuǎn)負(fù)，即接近于零。如果第一次讀取ad值為負(fù)值，最后一次讀出的ad值為正值也可以推出電流接近于的時(shí)刻。(1-4)將t11+mtr時(shí)刻定義為t1n時(shí)刻，在t1n時(shí)刻加上(t-1)ms獲得細(xì)分起始時(shí)刻a，時(shí)刻a后延遲(t-1-0.2)ms讀取ad數(shù)據(jù)；若ad數(shù)據(jù)為正值，則在讀取ad數(shù)據(jù)的時(shí)刻繼續(xù)延遲(t-1-0.2)ms后讀取ad數(shù)據(jù)，直至獲得ad數(shù)據(jù)變負(fù)的時(shí)刻t3n；其中，t為電能表的電流周期；如圖4所示，得到t1n時(shí)刻后，可以通過再細(xì)分的方法尋找ad值更接近于0的時(shí)刻。在t1n時(shí)刻加上(t-1)ms，即可以獲取下一個(gè)周期相對(duì)t1n時(shí)刻的前1ms的時(shí)刻。這個(gè)時(shí)刻由前面得知ad是正值向負(fù)值過渡的過程，因此把定時(shí)精度細(xì)分為0.2ms讀取一次ad值。由于讀取數(shù)據(jù)時(shí)間需要1ms，如果讀取為正值，則繼續(xù)在(t-1+0.2)ms周期后繼續(xù)讀取，最多讀取5次就可以取得ad值變負(fù)的時(shí)刻t3n。(1-5)使繼電器的電源維持在12v，電流維持在125ma，在t3n+8ms的時(shí)刻使繼電器跳閘。如圖5所示，由電流正弦波形知，周期t＝20ms，在一個(gè)周期內(nèi)存在兩個(gè)電流值為0的時(shí)間點(diǎn)。在t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取計(jì)量芯片ad數(shù)據(jù)命令，t11’時(shí)刻數(shù)據(jù)返回完成，如果此時(shí)為正值，則繼續(xù)讀取，由于半波為正值時(shí)間為10ms，因此最長10ms就可以獲取ad值為最大的時(shí)刻t1n’，在t1n’前后出現(xiàn)ad值的下降，因此可以判斷電流由經(jīng)過正向正弦波頂點(diǎn)。如果此時(shí)為負(fù)值，則繼續(xù)讀取，由于半波為正值時(shí)間為10ms，因此最長10ms就可以獲取ad值為最小的時(shí)刻t1n’，在t1n’前后出現(xiàn)ad值的上升，因此可以判斷電流由經(jīng)過反向正弦波頂點(diǎn)。如圖6所示，得到t1n時(shí)刻后，可以通過再細(xì)分的方法尋找ad值更接近于最大值或者最小值的時(shí)刻。在t1n時(shí)刻加上(t-1)ms，即可以獲取下一個(gè)周期相對(duì)t1n時(shí)刻的前1ms的時(shí)刻。以尋到ad值最大的時(shí)刻進(jìn)行判斷，因此在t1n+t-1開始進(jìn)行定時(shí)精度細(xì)分為0.2ms讀取一次ad值。由于讀取數(shù)據(jù)時(shí)間需要1ms，如果讀取為正值，則繼續(xù)在(t-1+0.2)ms周期后繼續(xù)讀取，最多讀取5次就可以取得ad值變小的時(shí)刻t3n。實(shí)施例2實(shí)施例2包括實(shí)施例1的所有結(jié)構(gòu)及方法部分，實(shí)施例2的(1-3)由下述步驟替換：設(shè)t11時(shí)刻mcu發(fā)送完讀取ad數(shù)據(jù)的命令，設(shè)m等于1；(1-3-1)mcu在t11+mtr時(shí)刻讀取返回的ad數(shù)據(jù)；(1-3-2)如果ad數(shù)據(jù)為正值，則使m增加1，返回步驟(1-3-1)；如果ad數(shù)據(jù)為負(fù)值，轉(zhuǎn)入步驟(1-4)。跳合閘請(qǐng)求幀的幀結(jié)構(gòu)如下：68ha0…a568h1chlpap0p1p2c0…c3n1…nmcs16h98h級(jí)密碼權(quán)限應(yīng)校驗(yàn)密文，不驗(yàn)證密碼，其它密碼權(quán)限應(yīng)驗(yàn)證密碼。98h級(jí)密碼權(quán)限下，n1～nm為密文；n1～nm為密文時(shí)，n1～nm解密后的明文數(shù)據(jù)為r1～r8，其中r1為控制命令類型，r1＝1ah代表跳閘，r1＝ibh代表合閘允許；r2保留，默認(rèn)為00h；r3～r8代表命令有效截止時(shí)間，數(shù)據(jù)格式為yymmddhhmmss。命令寄存器：讀寫位+7位要訪問的寄存器地址(接收主機(jī)的命令)；數(shù)據(jù)寄存器：3字節(jié)(24bit)(接收主機(jī)送來的數(shù)據(jù))。從mcu發(fā)出讀ad數(shù)據(jù)命令，到計(jì)量芯片返回ad數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行4字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸，需要開啟計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)算時(shí)間。計(jì)數(shù)器應(yīng)選用硬時(shí)鐘不能使用內(nèi)部rc振蕩器計(jì)數(shù)，因?yàn)橛矔r(shí)鐘的準(zhǔn)確度是100ppm以內(nèi)，而rc振蕩器誤差都在百分之幾，根據(jù)該計(jì)數(shù)器計(jì)算出讀取ad時(shí)間的為tr。經(jīng)過理論和實(shí)際驗(yàn)證得知，toff(退飽和)這段時(shí)間是最長，且這段時(shí)間越長越影響通信速率。從表1中數(shù)據(jù)可以看出通信速度達(dá)到9.6kbps，每bit的時(shí)間為104us，一般mcu采用數(shù)據(jù)位的中間值作為采樣信號(hào)，由上面得知：主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝1個(gè)光耦的toff延時(shí)(退飽和)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間，基于以上分析在設(shè)計(jì)mcu_clk時(shí)，需要大于1倍toff+0.5bit。主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)：mcu_clk＝2個(gè)光耦的toff延時(shí)(退飽和)+數(shù)據(jù)維持時(shí)間，基于以上分析在設(shè)計(jì)mcu_clk時(shí)，需要大于2倍toff+0.5bit。表1因此從發(fā)送和接收兩個(gè)角度考慮，spi_clk發(fā)送時(shí)選擇9.6kbps，接收時(shí)選擇4.8kbps。驗(yàn)證結(jié)果如下：表2為10次60a電流拉合閘之后回路阻抗數(shù)據(jù)結(jié)論：從圖2和表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，通過60a負(fù)載拉閘后，如果不采用大電流保護(hù)跳閘，回路阻抗變化較大，拉閘后的阻抗偏大，對(duì)繼電器影響較大。如果采用大電流保護(hù)跳拉閘，回路阻抗比較均勻，對(duì)繼電器基本上沒有影響。目前該設(shè)計(jì)已應(yīng)用到國網(wǎng)、南網(wǎng)表計(jì)中。應(yīng)理解，本實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。當(dāng)前第1頁12