0 引言

    耐壓是智能電能表能否長期正確工作的一項主要技術指標,。電能表在運行中,，絕緣長期受電場,、溫度和機械振動的作用會逐漸發(fā)生劣化，其中包括整體劣化和部分劣化,，形成缺陷,。交流耐壓試驗是鑒定電力設備絕緣強度最有效和最直接的方法，是預防性試驗的一項重要內容,。此外,，由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高，因此通過試驗后,，設備有較大的安全裕度,，交流耐壓試驗是保證電力設備安全運行的一種重要手段。在Q/GDW1364-2013《單相智能表技術規(guī)范》中對交流電壓試驗提出了以下要求：在試驗中,，儀表不應出現(xiàn)閃絡,、破壞性放電或擊穿。試驗后,，儀表應無機械損壞,，并能正確工作，為保證現(xiàn)場測試工作能準確無誤地進行,，交流耐壓核查裝置顯得尤為重要^[1-2],。

    耐壓已成為電力公司對電能表性能檢測的強檢項目之一，故對交流耐壓儀的準確度提出了更高的要求,，目前國際和國內還沒有準確測試耐壓儀的測量器具,，本文按照要求設計了一種高精度的交流耐壓核查裝置,，能夠準確地記錄耐壓儀的電壓、耐壓持續(xù)時間等事件,。

1 核查裝置總體設計方案

    圖1所示為耐壓核查裝置的整體結構框圖,，核查裝置以FM3308為核心控制器，工作頻率8 MHz,，芯片具有8 bit TURBO 51MCU核,、大容量程序存儲器和RAM，集成LCD,、UARTS,、7816協(xié)議等多種功能，工作電壓范圍為2.5 V～5.5 V,，具有LCD在線調試功能及LCD驅動電路,，3路UART均支持紅外調試輸出和接收信號捕捉功能，I2C接口方便與串行存儲器接口,，13通道12 bit ADC,，其中：1路接溫度傳感器輸出，2路監(jiān)測LCD電壓,，8路接外部模擬輸入,，2路預留通道。系統(tǒng)工作時耐壓儀上的高壓通過電阻采樣電路輸入到RN8209G,，F(xiàn)M3308通過SPI接口與RN8209G進行通信,，試驗過程中耐壓值通過液晶顯示，數(shù)據(jù)通過存儲芯片F(xiàn)M24C256A進行存儲,，事件記錄包括耐壓過程中最高電壓值,，耐壓持續(xù)時間等。當CPU處于低功耗狀態(tài)時,，可通過紅外喚醒測試裝置,，讀取測試記錄和時間等，也可以按鍵喚醒核查裝置,，進行上下翻屏顯示^[3],。

2 系統(tǒng)硬件設計

    耐壓核查裝置硬件電路根據(jù)功能主要分為電源電路、電壓取樣電路,、計量電路,、紅外通信電路。

2.1 電源電路

    核查裝置測試時不需要外部供電,，由電池進行供電,，電池采用武漢力興的CR-P2電池，電池電壓為6 V，芯片輸入電壓由電池提供,，本文使用線性穩(wěn)壓電源芯片RP130N501D,，芯片具有反應速度快、輸出紋波小,、工作產生的噪聲低等優(yōu)點,，芯片輸出電壓為5 V，為了提升輸出電壓,，在芯片地引腳加上一個反向二極管M7,，如圖2所示。核查裝置在低功耗設計方面進行了考慮,，電池容量為1 500 mAh,，耐壓測試時啟動電池，實驗結束后關閉電池,，電池功耗大約為6 mA,，可做1萬次左右耐壓測試。

2.2 電壓取樣電路

    針對現(xiàn)場檢表項目,，交流耐壓最大為4 000 V,，本文在取樣電路中采用了67個300 kΩ電阻，選擇多個電阻串聯(lián),，一是電阻具有溫漂,，二是電阻能夠分壓，所選電阻精度為25 ppm,。

    高壓信號為1 000 V時,，取樣電壓為：

    可見取樣電壓范圍都在0 V～1 V內,。取樣電壓通過V3P,、V3N引腳輸入到計量芯片RN8209G中，V3P,、V3N為電壓通道的正,、負模擬輸入引腳，采用完全差分輸入方式,，如圖3所示,。

2.3 計量控制電路

    如圖4所示，RN8209G為單相多功能防竊電專用計量芯片,，RN8209G集成了三路二階Σ-ΔADC,，RN8209G能夠測量有功功率、電壓有效值,、線頻率,、過零中斷等，RN8209G支持全數(shù)字的增益、相位和offset校正,。有功電能脈沖從PF管腳輸出,，用戶自定義電能脈沖頻率從QF引腳輸出。RN8209G提供兩個串行接口SPI和UART,，方便與外部MCU之間進行通信,。RN8209G內部的電源監(jiān)控電路可以保證上電和斷電時芯片的可靠工作^[3]。

2.4 紅外通信電路

    紅外發(fā)送電路如圖5所示,，由三極管V25,、電阻R66、電阻R67和發(fā)送管V26組成,，經調試后的紅外信號由單片機引腳18輸出,。發(fā)送高電平時，截止,，無信號輸出,。發(fā)送低電平時，三極管導通,，紅外發(fā)送管導通,，發(fā)射信號。

    紅外接收電路如圖6所示,，最高輸出低電平為0.5 V,，最低輸出低電平為0 V。最高輸出高電平為5 V,，最低輸出高電平為4.5 V,。工作電壓為2.7 V～5.5 V，工作電流為0.3 mA～0.6 mA,。通信距離20 m(水平),，紅外接收用V24表示，R63為限流電阻,，C49為去耦電容,，C50為濾波電容。

3 系統(tǒng)軟件設計

    采用C語言進行程序編寫,，軟件設計思路是將各個功能模塊化,，包括主程序模塊、顯示模塊,、通信模塊等,。測試主程序的軟件流程圖如圖7所示，耐壓核查裝置對耐壓儀進行測試,，在對高壓事件判斷時,，大于1 000 V時認為進入高壓事件,，低于1 000 V時認為高壓事件結束。用整點凍結來存儲高壓事件,，軟件設置能夠存儲10次高壓事件,。

    本文利用RN8209G提供的電壓有效值offset校正手段，對耐壓核查裝置進行校正,。在校表過程中,，利用電壓有效值折算公式計算電壓有效值，公式如下：

    其中,，U_t為從電壓有效值寄存器中獲得的電壓有效值二進制數(shù),，R_T為電壓通道電阻串的總電阻值，R_us為電壓取樣的分壓電阻阻值,，λ_PGA為通道的增益系數(shù),。

    校表流程如圖8所示。

4 實驗數(shù)據(jù)處理和測試結果分析

    校表源采用NST-3500標準功率源,，耐壓核查裝置經過校表后,，抽取15臺記錄耐壓數(shù)據(jù)，記錄結果如表1所示,。實驗數(shù)據(jù)表明：本文設計的耐壓核查裝置計量準確,，精度高，達到萬分之一以下,，確保了檢表過程中耐壓試驗的可靠性和準確性,。

5 結束語

    本文結合電力公司現(xiàn)場檢表的要求，設計了一種新型的耐壓核查裝置,，該裝置具有以下優(yōu)點：測量電壓范圍寬,，測量精度高；試驗數(shù)據(jù)通過存儲器用事件記錄下來,，事件包含試驗時的時間,、最大電壓值、持續(xù)時間,；裝置設計簡單,、輕便，采用電池供電,，功耗小，有較好的市場前景,。

參考文獻

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