南方电网曲靖供电局 王莆 杨子力 尹定座 张崔金 周继宏

0 引言

现阶段实践操作中针对电压监测仪的检定基本停留在手工阶段，检定人员的工作量大，但检定效率低、易出错，因此迫切需要一种能够完成对电压监测仪进行准确检定的自动化检定系统，实现数据对比、输出检定报告的自动化，提高检定效率和精确率。

1 便携式电压监测仪智能检测装置特点

一是检测功能全面：能实现对电压监测仪的精度、功耗、监测统计、通信、维护等27项全部功能性检测。

二是检测结果智能自动判定研究：采用表源一体化检测方式，通过软件控制标准源输出，按照业务规则计算测点统计时段内的超限率、超限时间，与电压监测仪上送的统计值进行比较，从而实现电压监测仪整定误差及统计误差的自动判断。

三是定制化一键自动测试研发：通过导入灵活定制的用例化校验规则，对电压监测仪进行通信协议检测和时间统计值检测，并根据测试结果给出通信协议及时间统计值的正确性和完整性评价报告，充分体现电压监测仪检测自动化、智能化的特点。

四是在线式检测管理：具备自动从电压监测系统获取电压监测仪档案生成及下装定检任务功能，自动汇总检测结果。

2 便携式电压监测仪智能检测装置工作原理

针对目前电压监测仪无法现场检测问题，研制了0.05级单相便携式电压检测仪智能检测装置，检测装置由程控电压信号源（主要包括带谐波的程控信号发生器、OCL互补推挽功率放大器）、单相标准电压表、标准时间测量电路、以及单片微型计算机控制系统等部分组成。检测软件控制电压信号源同时输出电压至装置内部的标准电压表和被检测的电压监测仪，通过串行口实时采集电压监测仪电压数据送给上位机，上位机的应用软件自动完成采集电压与内置电压表电压值数据比对分析，实现电压监测仪的自动化一键检测。

2.1 硬件工作原理

硬件电路由主控ARM+FPGA处理器、交流信号波形生成、功率放大、输入输出采样电路、显示屏、电源模块组成，电路组成框图如图1：

图1

2.1.1 主控ARM+FPGA处理器

本装置控制系统采用了强大的MPU+FPGA双核结构，因而可灵活配置和增强即时处理功能和扩展功能，MPU单片机系统通过键盘或RS232接收命令，通过编码后，发送给FPGA，由FPGA译码后生成进行波形合成电压信号，同时从输出的电压信号上取样电压和负载电流信号返回给机内信号采样电路产生数字信号， MPU+FPGA对此数字信号进行综合计算后，得出标准输出的电压、电流和负载功率的精确值。若输出和设置有一点的偏差，则通过PID方式进行电压的跟踪调节，控制输出电压标准输出值。

2.1.2 交流信号波形生成

交流信号波形生成电路采用了数字式信号发生器产生频率、幅度、波形可调的标准交流信号波形，电路组成框图如图所示。

图2 交流信号波形生成框图

系统由ARM+FPGA处理模块、并口的D/A转换芯片AD7837、串口D/A转换芯片MAX541、电压基准MC1203、运算放大器INA128和OP07组成。MC1203产生2.5V的基准电压，ARM+FPGA处理模块的I/O口模拟输出16位串行数字信号，控制MAX541产生可调输出0～+2V的直流信号给AD7837，将交流信号波形数据存贮在ARM+FPGA处理模块中，由ARM+FPGA连续输出一个交流波形的12位数字信号，控制AD7837交流信号，再由运算放大器OP07及INA128放大到0～5V的交流信号，此交流信号提供给功率放大器。

2.1.3 功率放大电路

功率放大电路采用了输入级，大功率场效应管放大电路，输出电路、取样反馈电路和保护电路，组成框图如图3所示。

图3

输入级和反馈电路由运算放大器OP07组成，有零漂移控制电路和滤波电路，从输出电路中取样0～5V交流信号与输入的0～5V交流标准信号比较，控制功率放大电路保证输出信号失真小、高稳定性和准确度。

大功率放大电路是甲乙类放大，采用场效应管，场效应管是电压控制元件，具有输入阻抗高，噪声小，受外界温度及辐射影响小，存在零温度系数工作点。保护电路采用过流保护，当采样到工作电流过保护点时，切断功率放大电路的工作电源。

2.1.4 输入输出采样电路

电压电流采样电路由ARM+FPGA处理模块、并口的A/D转换芯片AD976、精密电压基准MAX6225、运算放大器PGA205AP组成。MAX6225产生2.5V基准，从输出电压、电流取样0～5V交流波形信号经过运算放大器PGA205AP提供给AD976模拟信号，A/D转换器AD976将模拟信号转换为数字信号，ARM+FPGA处理模块采样到此数字信号，经FPGA和MPU进行综合计算后，得出标准输出的电压、电流、负载功率的精确值。

秒脉冲检测电路采样被测表秒脉冲，由ARM+FPGA处理模块计算被测表秒脉冲和标准秒脉冲的误差，从而计算被测表秒脉冲误差。

2.2 软件工作原理

软件基本工作流程图如下：

3 维护使用注意事项

电压监测仪，顾名思义就是用来监测电压数据的装置，可查看瞬时电压值，每日、每月的电压合格率及合格时间，超上（下）限时间，最大（小）值及出现时间，平均电压及运行总时间等数据，具有自动对电压进行统计、分析、存储、上报、召测等功能。为保证其正常工作，在使用与维护中应注意如下事项：

一是电压监测仪安装位置选择要合适。除满足产品规定的工作条件外，还应安装在干燥少尘且便于读取数据处。

二是大多数电压监测仪使用范围都很广，可适用于监测多种电压等级的电压值。监测电压等级不同，其对应的工作电压也不同。所以应根据监测的电压等级，可靠正确的连接接线端子，且连接电源的导线线径及长度要合适。

三是根据监测的电压等级，提前设置正确的参数。定值设置好以后方可通电运行。

四是电压监测仪的安装、数据读取、检修等工作应由专业人员进行。

五是电压监测仪要固定牢固，安装在室外应使用表箱并上锁。

六是使用电话卡（短信或流量）通信的电压监测仪，应安装在通信信号较好的位置。

七是电压监测仪装在金属箱内时，要使用长天线，并将天线放置在金属箱外并固定。天线与电压监测仪连接要可靠。

八是应按相关规定或产品要求，由有资质的单位进行定期校验。

九是使用环境温度要求在-15℃～55℃之间，相对湿度在20%～90%，大气压力为79.5～106.0Kpa，额定工作电源电压及额定输入电压模拟量为100V、220V、380V。工作电压允许偏差在Un± 20%之间，工作电源频率为50Hz±1%，工作电源波形为电压正弦波形总畸变率≤5%。

十是在使用过程中应保持监测仪面板应整洁美观，字迹清楚醒目，各显示器件及调整器件应安装得当，操作清晰便捷。监测仪的外表面应光洁而无明显的机械损伤和涂复层剥落等现象，部件应安装正确，牢固可靠，操作灵活，各紧固件无松动，塑料件无气泡、变形等缺陷，外壳防护等级应不低于GB4942.2LP40的等级要求。监测仪使用的印制电路板，导线及电子元器件的质量应符合有关标准的规定。

4 结语

总之，应用便携式电压监测仪智能检测装置，可在电压监测仪检定管理系统中自动生成及下载检定任务至便携式检定装置，携带装置至现场很快可以完成电压监测仪检定工作，无需将电压监测仪拆回检定。检定结果可以通过便携式检定装置上传至电压监测系统，自动更新系统中电压监测仪的检定记录及生成定检报告，极大的节省基层工作人员定检工作量，可在供电所中发挥有巨大作用。