技术领域
[0001] 本
发明属于
电能表及其控制方法，特别涉及一种变压器电能表及其热平衡计算报 警方法。
背景技术
[0002] 变压器在持续工作的时候，自身
温度不断升高，温度过高，将影响工常工作，当温 度超过极限温度后变压器继续使用将无法正常工作或烧毁，因此利用
现有技术，如何研究 一种通过测量用电线路
铜损、热平衡值推算出变压器工作产生的温度，从而采取有效措施 控制变压器的温度，避免变压器烧环的情况发生的变压器电能表及其热平衡计算报警方法 势在必行。
[0003] 中国
专利公开号CN202815085U，公告日2013年3月20日，公开了一种三相智能电 能表，包括控制单元、计量单元、通讯单元、
人机交互单元、以光敏
二极管为
基础的红外唤醒 单元、ESAM安全单元、存储单元和输出单元，所述的通讯单元包括RS485通讯模
块和红外模 块，计量单元、RS485通讯模块、红外模块、人机交互单元、红外唤醒单元、ESAM安全单元、存 储单元和输出单元分别与控制单元电连接。本实用新型采用光敏二极管搭建唤醒
电路，可 以使系统掉电时在低功耗状态运行来唤醒电能表，保障了
电池的使用寿命，可靠性好，安全 性高，同时降低了生产成本。但是此技术方案依然存在变压器在持续工作的时候，自身温度 不断升高，温度过高，将影响工常工作，当温度超过极限温度后变压器继续使用将最终无法 正常工作或烧毁的问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在变压器在持续工作的时候，自身温度 不断升高，温度过高，将影响工常工作，当温度超过极限温度后变压器继续使用将最终导致 无法正常工作或烧毁的问题，提供了一种利用测量铜损（I2)的时间积分值、热平衡（i2-k) 的累计值变压器电能表及其热平衡计算报警方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变压器电能表，适用于三相电 的变压器电能测试，其特征在于：包括
电流采样电路、
电压采样电路、三相电能计量芯片、主 处理芯片、定时计数器、IXD显示电路、
存储器、通讯
接口、ESAM接口、变压器电能表ESAM模 块、输出接口、电源模块、电源管理模块和扩展接口，所述电流采样电路检测三相电的电流， 电压采样电路的检测端与三相电连接，所述电流采样电路和电压采样电路的输出端均与所 述三相电能计量芯片的输入端连接，所述三相电能计量芯片的输出端与所述主处理芯片电 连接，所述电源模块的输入端与三相电连接，电源模块的输出端与电源管理模块电连接，所 述电源管理模块还电连接有掉电
备用电池，所述电源管理模块为变压器电能表供电，所述 定时计数器、IXD显示电路、存储器、通讯接口、输出接口和扩展接口均与所述的主处理芯片 电连接，所述变压器电能表ESAM模块通过ESAM接口与所述主处理芯片电连接。电流与电 压
信号经过接线端口流入表计，经过
传感器等元件，由ADE7858对三相瞬时值进行采样与 计算，以脉冲数或电
能量的形式提供给MCU，来实现电量的累计、计算，总及各分相电压、电 流、功率、功率因数等瞬时量计量和存储，并对数据进行分析，获取当前
电网运行情况、记录 电网事件、负荷处理、显示与数据通讯等功能。
[0006] 作为优选，所述的主处理芯片为STM32F100_VCT6
单片机，所述的三相电能计量芯 片为ADE7858芯片。
[0007] 作为优选，所述输出接口包括与报警器连接的报警输出接口电路和与负荷
开关连 接的负荷开关外置接口电路，所述主处理芯片的一个输入输出口作为报警信号输出管脚与 报警输出接口电路电连接，所述主处理芯片的另一个输入输出口作为负荷开关
控制信号输 出管脚与负荷开关外置接口电路电连接。
[0008] 作为优选，所述的报警输出接口电路包括
三极管Q1、瞬态电压抑制二级管TVS1、 电容C36、电容C37、电容C38、稳压二极管D2、
电阻R23、电阻R25、电阻R27和继电器K1，所述 主处理芯片的报警信号输出管脚通过电容C36接地，所述主处理芯片的报警信号输出管脚 通过电阻R23与三极管Q1的基极连接，所述主处理芯片的报警信号输出管脚通过电阻R25 与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集
电极与稳压 二极管D2的
阳极连接，所述稳压二极管D2的
阴极与电阻R27的第一端连接，所述电阻R27 的第二端与电源管理模块的数字电压输出端连接，所述电阻R27的第二端通过电容C37接 地，所述稳压二极管D2的两端还与电容C38、瞬态电压抑制二级管TVS1和继电器K1的线圈 并联，所述继电器K1的触点为单刀双掷触点，继电器K1的触点包括继电器K1动触点、继电 器K1第一静触点和继电器K1第二静触点，所述继电器K1第一静触点为断路触点，所述继 电器K1动触点与报警器的公共端连接的，所述继电器K1第二静触点与所述报警器的输入 端连接。
[0009] 作为优选，所述的负荷开关外置接口电路包括三极管Q2、瞬态电压抑制二级管 TVS2、电容C39、电容C40、电容C41、稳压二极管D3、电阻R24、电阻R26、电阻R28和继电器 K2,所述主处理芯片的负荷开关控制信号输出管脚通过电容C40接地，所述主处理芯片的 负荷开关控制信号输出管脚通过电阻R24与三极管Q2的基极连接，所述主处理芯片的负荷 开关控制信号输出管脚通过电阻R26与三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的发射极 接地，所述三极管Q2的集电极与稳压二极管D3的阳极连接，所述稳压二极管D3的阴极与 电阻R28的第一端连接，所述电阻R28的第二端与电源管理模块的数字电压输出端连接，所 述电阻R28的第二端通过电容C40接地，所述稳压二极管D3的两端还与电容C41、瞬态电压 抑制二级管TVS2和继电器K2的线圈并联，所述继电器K2的触点为单刀双掷触点，继电器 K2的触点包括继电器K2动触点、继电器K2第一静触点和继电器K2第二静触点，所述继电 器K2第一静触点与负荷开关的断开输入端连接，所述继电器K2第二静触点与负荷开关的 闭合输入端连接的，所述继电器K2动触点与所述符合开关的公共端连接。
[0010] 一种变压器电能表的热平衡计算报警方法，适用于如
权利要求1所述的变压器电 能表，其特征在于：所述的变压器电能表的热平衡计算报警方法包括以下步骤：
[0011] 步骤一：变压器电能表上电复位；
[0012] 步骤二：系统时钟进行复位处理；
[0013] 步骤三：系统外设设备收到复位信号进行复位处理；
[0014] 步骤四：恢复正常计量，变压器电能表根据采集信息依次计算瞬时
铁耗、瞬时铜耗 和当前热量值；
[0015] 步骤五：变压器电能表根据瞬时铁耗、瞬时铜耗和当前热量值推算出热平衡当前 累计值并将当前热平衡当前累计值与人工设定的
阈值进行对比，根据人工设定的阈值给出 相应的控制信号。
[0016] 作为优选，在步骤四中，铁耗的有功功率为LEFW =G*V2 ;铁耗
无功功率为LEFva,= B*V2 ;铜损有功功率为LCDW =R*I2 ;铜损无功功率为IXDva, =X*I2 ;公式中的电导G、电纳B 电阻R和电抗X均由人工测量获得输入至变压器电能表中；
[0017] 三相总损耗为：铁耗有功总功率为aWFE =LFEA，w+LFEB，w+LFEaw，铁耗无功总功率为 AVarFE =LFEA，var+LFEB，var+LFEQvar，铜损有功总功率为AWCU =LCUA，w+LCUB，w+LCUadH损无功 总功率为AVar⑶=LCUA，var+LCUB，var+LCUavar 总损耗为Q=AWFE+AWcu+AVarFE+AVarcu。
[0018] 作为优选，所述的步骤五中，采用
散热面积法计算变压器运行时产生的当前热量： AT=Q/a*At
[0019]a为变压器散热系数，At为变压器表面散热面积，热平衡累计数据为_其中，K为变压器温升系数。通
过热平衡
算法，电能表可以通过采集电 压、电流来计算当前变压器的损耗，由于变压器损耗与发热成正比例关系，由此可以计算出 变压器的实时温升情况，再根据变压器的自身性能特性参数，可以实时监测变压器工况，给 供电公司分析、管理用户有序、安全用电带来方便。
[0020] 作为优选，所述的K数据由满负荷试验数据获得。
[0021] 作为优选，S11系列10kV、额定容量100KVA、低压0. 4KV，在cos= 0. 9,
环境温度 25度情况下的A型绝缘变压器在额定容量情况下时，根据负荷测试结果和满负荷温升测试 结果，由公式AT=Q/y，得出y=Q/AT，得出变压器散热系数为59。
[0022] 本发明显著的实质性效果是：电流与电压信号经过接线端口流入表计，经过传 感器等元件，由ADE7858对三相瞬时值进行采样与计算，以脉冲数或电能量的形式提供给 MCU，来实现电量的累计、计算，总及各分相电压、电流、功率、功率因数等瞬时量计量和存 储，并对数据进行分析，获取当前电网运行情况、记录电网事件、负荷处理、显示与数据通讯 等功能，通过热平衡算法，电能表可以通过采集电压、电流来计算当前变压器的损耗，由于 变压器损耗与发热成正比例关系，由此可以计算出变压器的实时温升情况，再根据变压器 的自身性能特性参数，可以实时监测变压器工况，给供电公司分析、管理用户有序、安全用 电带来方便。
附图说明
[0024] 图2是本发明中报警输出接口电路的一种电路图；
[0025] 图3是本发明中负荷开关外置接口电路的一种电路图。
[0026] 图中：1、电流采样电路，2、电压采样电路，3、三相电能计量芯片，4、主处理芯片，5、 IXD显示电路，6、存储器，7、通讯接口，8、ESAM接口，9、输出接口，10、扩展接口，11、电源管 理模块，12、电源模块，13、掉电备用电池，14、定时计数器。
具体实施方式
[0027] 下面通过具体
实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0028] 实施例1:
[0029] -种变压器电能表（参见附图1、附图2和附图3)，适用于三相电的变压器电能测 试，包括电流采样电路1、电压采样电路2、三相电能计量芯片3、主处理芯片4、定时计数器 14、IXD显示电路5、存储器6、通讯接口 7、ESAM接口 8、变压器电能表ESAM模块、输出接口 9、电源模块12、电源管理模块11和扩展接口 10,所述电流采样电路检测三相电的电流，电 压采样电路的检测端与三相电连接，所述电流采样电路和电压采样电路的输出端均与所述 三相电能计量芯片的输入端连接，所述三相电能计量芯片的输出端与所述主处理芯片电连 接，所述电源模块的输入端与三相电连接，电源模块的输出端与电源管理模块电连接，所述 电源管理模块还电连接有掉电备用电池13,所述电源管理模块为变压器电能表供电，所述 定时计数器、IXD显示电路、存储器、通讯接口、输出接口和扩展接口均与所述的主处理芯片 电连接，所述变压器电能表ESAM模块通过ESAM接口与所述主处理芯片电连接。所述的主处 理芯片为STM32F100_VCT6单片机，所述的三相电能计量芯片为ADE7858芯片。所述输出接 口包括与报警器连接的报警输出接口电路和与负荷开关连接的负荷开关外置接口电路，所 述主处理芯片的一个输入输出口作为报警信号输出管脚与报警输出接口电路电连接，所述 主处理芯片的另一个输入输出口作为负荷开关控制信号输出管脚与负荷开关外置接口电 路电连接。所述的报警输出接口电路包括三极管Q1、瞬态电压抑制二级管TVS1、电容C36、 电容C37、电容C38、稳压二极管D2、电阻R23、电阻R25、电阻R27和继电器K1，所述主处理芯 片的报警信号输出管脚通过电容C36接地，所述主处理芯片的报警信号输出管脚通过电阻 R23与三极管Q1的基极连接，所述主处理芯片的报警信号输出管脚通过电阻R25与三极管 Q1的发射极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与稳压二极管D2 的阳极连接，所述稳压二极管D2的阴极与电阻R27的第一端连接，所述电阻R27的第二端 与电源管理模块的数字电压输出端连接，所述电阻R27的第二端通过电容C37接地，所述稳 压二极管D2的两端还与电容C38、瞬态电压抑制二级管TVS1和继电器K1的线圈并联，所述 继电器K1的触点为单刀双掷触点，继电器K1的触点包括继电器K1动触点、继电器K1第一 静触点和继电器K1第二静触点，所述继电器K1第一静触点为断路触点，所述继电器K1动 触点与报警器的公共端连接的，所述继电器K1第二静触点与所述报警器的输入端连接。所 述的负荷开关外置接口电路包括三极管Q2、瞬态电压抑制二级管TVS2、电容C39、电容C40、 电容C41、稳压二极管D3、电阻R24、电阻R26、电阻R28和继电器K2,所述主处理芯片的负荷 开关控制信号输出管脚通过电容C40接地，所述主处理芯片的负荷开关控制信号输出管脚 通过电阻R24与三极管Q2的基极连接，所述主处理芯片的负荷开关控制信号输出管脚通过 电阻R26与三极管Q2的发射极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电 极与稳压二极管D3的阳极连接，所述稳压二极管D3的阴极与电阻R28的第一端连接，所述 电阻R28的第二端与电源管理模块的数字电压输出端连接，所述电阻R28的第二端通过电 容C40接地，所述稳压二极管D3的两端还与电容C41、瞬态电压抑制二级管TVS2和继电器 K2的线圈并联，所述继电器K2的触点为单刀双掷触点，继电器K2的触点包括继电器K2动 触点、继电器K2第一静触点和继电器K2第二静触点，所述继电器K2第一静触点与负荷开 关的断开输入端连接，所述继电器K2第二静触点与负荷开关的闭合输入端连接的，所述继 电器K2动触点与所述符合开关的公共端连接。
[0030] 一种变压器电能表的热平衡计算报警方法，适用于上述的变压器电能表，所述的 变压器电能表的热平衡计算报警方法包括以下步骤：
[0031] 步骤一：变压器电能表上电复位；
[0032] 步骤二：系统时钟进行复位处理；
[0033] 步骤三：系统外设设备收到复位信号进行复位处理；
[0034] 步骤四：恢复正常计量，变压器电能表根据采集信息依次计算瞬时铁耗、瞬时铜耗 和当前热量值；
[0035] 步骤五：变压器电能表根据瞬时铁耗、瞬时铜耗和当前热量值推算出热平衡当前 累计值并将当前热平衡当前累计值与人工设定的阈值进行对比，根据人工设定的阈值给出 相应的控制信号。
[0036] 作为优选，在步骤四中，铁耗的有功功率为LEFW =G*V2 ;铁耗无功功率为LEFva,= B*V2 ;铜损有功功率为LCDW =R*I2 ;铜损无功功率为IXDva, =X*I2 ;公式中的电导G、电纳B 电阻R和电抗X均由人工测量获得输入至变压器电能表中；
[0037] 三相总损耗为：铁耗有功总功率为AWFE =LFEA，w+LFEB，w+LFEaw，铁耗无功总功率为 AVarFE =LFEA，var+LFEB，var+LFEQvar，铜损有功总功率为AWCU =LCUA，w+LCUB，w+LCUadH损无功 总功率为AVar⑶=LCUA，var+LCUB，var+LCUavar 总损耗为Q=AWFE+AWcu+AVarFE+AVarcu。
[0038] 作为优选，所述的步骤五中，采用散热面积法计算变压器运行时产生的当前热量： AT=Q/a*At
[0039] a为变压器散热系数，At为变压器表面散热面积，热平衡累计数据为_其中，K为变压器温升系数。通过热平衡算法，电能表可以通过采集电 压、电流来计算当前变压器的损耗，由于变压器损耗与发热成正比例关系，由此可以计算出 变压器的实时温升情况，再根据变压器的自身性能特性参数，可以实时监测变压器工况，给 供电公司分析、管理用户有序、安全用电带来方便。
[0040] 所述的K数据由满负荷试验数据获得。S11系列10kV、额定容量100KVA、低压 0. 4KV，在cos= 0. 9,环境温度25度情况下的A型绝缘变压器在额定容量情况下时，根据负 荷测试结果和满负荷温升测试结果，由公式AT=Q/y，得出y=Q/AT，得出变压器散热 系数为59。
[0041] 电流与电压信号经过接线端口流入表计，经过传感器等元件，由ADE7858对三相 瞬时值进行采样与计算，以脉冲数或电能量的形式提供给MCU，来实现电量的累计、计算，总 及各分相电压、电流、功率、功率因数等瞬时量计量和存储，并对数据进行分析，获取当前电 网运行情况、记录电网事件、负荷处理、显示与数据通讯等功能，通过热平衡算法，电能表可 以通过采集电压、电流来计算当前变压器的损耗，由于变压器损耗与发热成正比例关系，由 此可以计算出变压器的实时温升情况，再根据变压器的自身性能特性参数，可以实时监测 变压器工况，给供电公司分析、管理用户有序、安全用电带来方便。
[0042] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
