基于ADE7753和ARM的电力计量装置现场监测仪的设计

　电力计量装置现场监测仪是根据国家相关规程标准，专为电力管理部门降线损、防窃电在线检测的智能化仪表。仪表可在不停电、不改变计量回路接线的情况下，在线测出单相计量箱的综合误差及电能表、互感器的误差，并打印结果。进而判断回路的断路、短路、接触不良、CT极性接反、CT变化与铭牌不符等计量故障，是电力管理部门查窃电、查故障、追补电费的得力工具。

　　1 系统总体设计

1.1 技术要求

配备精密钳形电流互感器，在不断电、不改变计量回路的情况下，检测计量装置、电能表及互感器的误差。显示瞬时检测状态下的一次电流、二次电流、电压、互感比。具有光电采样和手动采样、脉冲输入3种测量方式。精度等级达到0.2级。具有低频脉冲信号输出，方便送检。不需另接电源。同时，为了兼顾城市和农村电网中的应用，在满足功能外设计还要考虑到室外操作环境、方便携带及大范围的电压变化等因素以适应现场监测的要求。

1.2 系统总体组成

如图1所示，系统以ARM控制器S3C44B0X为核心，采用2片电能计量芯片ADE7753同时对一次、二次回路的电压电流输入进行测量，配合电能表的脉冲输入，可同时计算出计量装置综合误差、电能表误差以及互感器误差。由ARM嵌入式控制器驱动65万色彩色液晶显示模块及4×4矩阵键盘实现人机交互界面。微型热敏打印机可打印输出的误差参数及日期。为了适应宽电压应用的要求，采用AC/DC开关电源及DC/DC电源模块为系统供电。

1.3 工作原理

首先应将精密钳型互感器分别夹在被测负载的一次、二次电流回路。根据被测电能表的不同及测量环境条件的限制，可选取自动方式和手动方式进行检测。在自动方式下，如被测电能表为电子式，可直接将其脉冲输出连接至检测仪。如电能表为机械式则可通过光电采样器扣在电表上，将光电对准电度表转盘，调至正常采样，这时输入检测仪的是光电采样器的脉冲。然后，从键盘输入校验圈数，被测表千瓦时盘转数，被测互感器变化等预置参数后，就可实施自动计量检测。

手动方式下脉冲是由人手动按下面板上的“手动”键或附件手动开关输入的。连接好线后预置参数，由于手动及视觉误差，圈数应适当多些。当转盘色标转至正前方时，速按一下手动开关，即开始检测;当被检测表转够设置的圈数，再按一下手动开关，即可显示该装置误差。

1.4 综合误差、电能表误差及互感器误差的计算

综合误差是指计量装置实际计量的电能与装置读数之间的误差。装置读数是电表读数与计量装置给定互感器变比的乘积。因此，综合误差中包含了电表误差及互感器误差的影响。也就是说，如果互感器或电表被人为调整就会导致综合计量的误差出现，就有可能是盗电。而当出现综合误差时，还需再确定电表误差及互感器误差，并采取有针对性的治理措施。设一次回路电压为U，电流为I1，而在设定圈数对应时间T内的ADE7753的高频脉冲输出CF1正比于实际电能，即有实际计量电能：

Ez1=UIlT=k×CF1 (1)

该综合计量装置的互感器变比为Hs;设定圈数为N;表常数为B(这三个参数应在测量进行前由操作人员预先输入)，则有被测装置读数应为：

Es=HsN/B (2)

因此，综合误差Ce可由Ez与Es算出：

Ce=(Es-Ez1)/Ez×100% (3)

互感器误差由实际互感比(测量得到的一次、二次电流之比I1/I2)与预置互感比Hs得出。

He=(HS-I1/I2)/(I1/I2)×100% (4)

电表误差由设定圈数对应的电能N/B及二次回路ADE7753输出的CF2对应的电能Ez2得出：

Be=(Ez2―N/B)/Ez2×100% (5)

　　2 系统实现

2.1 人机交互界面

人机交互界面由操作键盘和65 k真彩色液晶显示模块组成，由ARM控制。键盘用于参数输入及控制。

需要输入的参数有校验圈数N、表脉冲常数或千瓦时盘转数B和被测计量装置给定互感比H等。控制键包括启动、复位、手/自动模式、打印以及翻页、选择等。采取4×4矩阵键盘完成0～9数字及控制键。

彩色LCD显示模块主要完成开机动画、测量结果列表及曲线显示、电子说明书、幻灯图片显示等。TFT液晶显示模块选用4.3英寸宽屏TFT LCD，分辨率为480×272。系统配置32 MB字库及96 MB存储空间，可以满足图片、动画及文本显示的需求。

2.2 检测电路

2.2.1 电压、电流信号采样电路

相电压为175～240 V，但这样大的电压不能直接送给ADE7753进行A/D转换。通过2个2 MΩ和1个6.2 kΩ的固定电阻及1个2 kΩ电位器分压，得到400 mV左右的电压采样信号。而来自互感器的信号是电流形式的，需要经过200 Ω的电位器转换为电压形式的信号送人ADE7753的电流测量通道。为了将来自电力线的信号与ADE7753进行适当的隔离，在电压电流采样信号之间选用OP07运放组成电