多功能网络电力仪表项目技术报告.docx

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1、WQ1.-242项目技术报告文件编号保密级别总页数编制变更日志编号版本修改内容修改人修改日期10.10创建初稿2010-2-2420.20内部评审2010-2-2531.00发布2010-2-261概述11.1 编写目的I1.2 背景I2设计目标21.1 总体建设目标21.1.1 设计思想21.1.2 应使实现主流网络仪表具备的常用功能21.1.3 应具备高可界性和好抗干扰能力21.1.4 应具符灵活的可扩展性21.2 预期收益23方案描述43. 1方案概述43.1 硬件系统构架43. 2.1显示面板44. 2.2主CPI：板I5. 2.3PT、S插件板56. 2.4开入开出、通讯电源插件板6

2、7. 2.5扩展板63.2 系统软件构架63.3 系统容fit73.4 性能指标7-1设计原则94.1 先进性942实用性94. 3可靠性91.4可扩展性95关键技术实现105. 1FH算法的实现105.2电能质及分析相关算法的实现106技术参数146. 1领定参数M6.I.1,工作电源146.1.2.萩定交流146.1.3,功率消耗U6.1.4.出口容信1-16.1.5,开入电平U6.2 精度146.3 过我能力156.4 环境条件156.5 维蟆性能156.5.1绝缘电阻156.5.2介筋强度15耐湿热性能16机械性能161概述1.1 编写目的遹过对I1.Q1.242多功能网络电力仪表项目

3、的设计目标,方案描述设计原则关板技术实现,技术参数等内容的总结和描述，从技术的角度评价研发的成果，并为以后相关项目的研发工作提供参考，本文档面向的主要时象是：项目组成员、项目验收评审人员、公司高层。1.2 背景项目名称：K1.-242多功能网络电力仪表；应用范围：电力参数测盘与施控.2设计目标2.1 总体建设目标2.1.1 设计思想WQ1.-242多功能网络电力仪表的机械结构和功能设计都依据模块化的设计思路，每个单元模块就是一个标准功能插件，这样生产和维护调试都比较方便。2.1.2 应能实现主流网络仪表具备的常用功能WQ1.-242多功能网络电力仪表应具备市场上常见的多功能网络仪表的功能，主要

4、包括：电压、电流、功率、电度等电力参数的测量：具备完备的谐波分析能力：具备RS485CANBUS通讯接口，MoDBUS-RTU通讯协议，方便组网。开关量输入输出，模拟址输出等扩展功能.2.1.3 应具备高可重性和强抗干扰能力WQ1.-242多功能网络电力仪表应能适应各种兔杂的现场运用环境，必须具备极高的可靠性及抗干扰能力。主要技术指标应能达到或超过行业标准。2.1.4 应具备员活的可扩展性WQ1.-242多功能网络电力仪表保留最基本的功能模块，尽可能的聘各种功能通过独立的扩展模块来实现，为用户提供了丰富的配置方案。用户可根据自己的需要，选择相应的配置方案，节省成本.2.2 颈期收益该仪表的开发

5、周期预计为3个月，经过分析以及前期的具体投入统计，共需投入2()万元,其中，直接费用(人员费用、设备及软件费用等)约15万元、间接费用(主要为公司仪罂设备使用费等)5万元。设备开发所需资金聘在各个阶段分批从公司利润中提供，每月平均投入6.6万元。预计在该仪表投产后，第一年产值可达150万(按500台计算)左右,在适当的销售策论支持卜.，以后每年保持20%35%的增长速度。根据具体项目和配置的插件类型，产品销传指导价格应在2(X)O-3()OO元之间(市场同类产晶的价格在20004000),视项目发杂程度及功能要求的多少而定。在该产品开发成功后，除本年度为开发投入的20万元投入外，以后主要是产品

6、维护成本，这些成本约占总价的5%左右。这样,在投产后第年第个季度.应能收回成本,第二年将实现I(X)万元左右的利润，以后逐年增加.事目技术报告3方案描述3.1 方案柢述装置的机械结构和功能设计都依据模块化的设计思路，每个单元模块就是一个标准功能插件，这样生产和维护调试都比较方便。3.2 硬件系观构架俊件系统由四块PCB板组成，显示面板由一块自带段式液晶控制器的电路板及液晶、按键组成：主机部分由最小系统部分和外国接口部分组成，最小系统部分包含DSP、品振、铁电存储器(包括看门狗、电压失效监测、铁电存储器三部分)组成，外围接口部分则由开入、开出、电压电潦采集、系统电源、通讯等几部分组成，详见下图。

7、图3-I硬件系统框图3.2.1 显示面板(1)功能介绍作为装置MM1.人机界面，通过显示和按键的配合，完成装置信息查看和各种参数、定值的设定。(2)元件选型及功能特点液晶模块采用自定义的段式液晶模块，具有价格低、显示区域大、显示内容自由安排的有点,液晶的显示效果图、元素分布、结构图等参考相关图纸“(3)制作工艺要求整板采购，工艺和质量由供货商保证。3.2.2 主CPU板(1)功能介绍该插件是装置的控制中心，负或执行装置的所有处理任务。(2)硬件框架图图3-2CPU板硬件框架图(3)元件选型及功能特点主板选型以功能能满足系统需求、成本低、功能集成度高为原则，控制生芯片选用T1.公司的成熟TMS3

8、20F2808工业级DSP：内部具有快速的12位16通道ADC满足高精度的采集需求：高速运算能力能保证各实时量以及电能质量的准确计算与实时刷新：双UART和单路CAN接口能满足系统的通讯要求：FM3164集成有无限次擦写的NvRAM、看门狗等功能，集成度高。其中无限次擦写的NVRAM能保证电度量以及装置内部参数掉电不丢失。(4)制作工艺要求CPU主板采用四层板制造工艺，主要元件采用表贴安装，批量生产时采用外部贴片，能保障整机的质量:。3.2.3 PT、CT插件板(1)功能介绍该板完成电流电压的转换输入，电流直接采用电潦互感器，电压采用大电阻分压的方式转换输入。(2)元件选型及功能特点电流互感器

9、精度要求不低于0.2级，电阻测量的分压电阻采用精度不低于0.5%、功率0.5W的晶圆电阻，能满足测量精度和EMC的要求。(3)制作工艺耍求该板出厂前需要不低于48小时的高温老化(可以和整机一起进行)。3.2.4 开入开出、通讯电源插件板(1)功能介绍该板负货向系统提供两路5V(0.5A和0.1A)电源，提供RS485的转接和隔离，提供继电器输出和交直流两用的开入量各两路。(2)元件选型及功能特点电源在样机制作时采用模块电源，以加快产品的开发，正常生产时采用分立器件、有电源生产厂家生产完成，以降低生产成本，提高抗EMI的能力：继电器采用松下A1.D105,(3)制作工艺要求开入开出、通讯电源插件

10、板由负责提供电源的厂家制板，并完成电源部分的焊接测试，其余部分回厂后完成焊接。3.2.5 扩展板(1)功能介绍扩展板主要实现以下功能：4路开入房输入，2路继电器输出，2路模拟量输出.I路CAN通讯接I。由于同一块PCB板无法实现所有功能，故采用两隹板件方案。CAND1.ROAO方案1：(常备)I42-方案2：14-23-1扩展板功能配置(2)端子定义123456789IO11121314CAN（三）CAN(1.)NCNCNCRO1.IRO12R021RO22D11D14D1.COM表3-2扩展板方案I端子定义I23456I789IOI1.121314CAN（三）CAN(1.)NCNCNCAOI

11、+AOI-A02+AO2-DIID14D1.COM表33扩展板方案2端子定义端子采用凤凰端子，组合式拼装，空端子不引出。故需要2P,4P.5P-：种端子。端子出线方向向Ko3.3 系统软件构架软件设计按照模块化的思想,各功能帙块按照要求分用到各中断或任芬中执行.定时器I周期中断：为程序最高优先级中断，负责完成AD采样数据的转存，内部任务的处理、AD采样的同步、外部任务的调度等；RS485接收中断：负货接收RS485数据并转存至接收数据缓冲区：RS485发送中断：负责将RS485发送缓冲区的数据发送至总线：外部测量任务task。：完成采样数据的处理，电流、电压、功率、频率、功率因数、电度、电压电

12、流相角、需用值、统计值等的计算：电能质量分析的计算。外部越限任务IaSkoI:包含8级越限任务、最大最小值统冲任务和继电器出口的刷新:外部通讯任务IaSk2：完成RS485协议的处理，包括侦数据的完整性检测，待发数据的准备和发送：外部显示任务task3:配合按他完成HMI的显示：铁电处理任务main：为整个任务中的最低优先级任务,完成看门狗的复位、铁电数据的写入和读出。优先级降低一定时器1周期中断RS485接收中断RS485发送中断外部测量任务tasko外部越限任务tasko1.外部通讯任务task2外部显示任务task3铁电处理任务main图2-2中断和任务优先级3.4 系统容It3.5 性

13、能指标精度Ma显示一次值电压0.2%0.01V0120%Un=5kV电流0.2%O.(X)101.2!n=50k有功功率0.5%0.1W09999.9W=I5OOM无功功率0.5%0.1.var09999.9var=I5OOM视在功率0.5%0.1VA09999.9VA%X100%iui：一:相电压的正序分贸，单位为V。U2：三相电压的负序分量，单位为V。U0：三相电压的零序分量，单位为V。WQ1.-242D参照GB/T15543-2008对不平衡度测量仪器的测故要求，记录周期为3s,按照方均根取值。电压、电流输入信号基波分量的每次测量取IO个周波的间隔。按照如下公式计兑不平衡度：式中：J在3

14、s内第k次测得的不平衡度；m：在3s内均匀间隔取值次数(m36)；在WQ1.-242D支持的电压接线方式中，若采用“21.N”或“21.1.”的接线方式,仪表在计算时，默认三相电压向量组成封闭三角形，即电压零序分量始终为零，也就意味着电压零序不平衡度为零。同样,在WQ1.242D支持的电流接线方式中,若采用“2CT”的接线方式，电流零序不平衡度为零；若采用ICT”接线方式，则电流负序不平衡度、电流零序不平衡度均为零。(2)总谐波畸变率波形畸变的程度，常以其总谐波畸变率来表示，作为衡量电能质量的一个指标。各次谐波含有率的平方和的平方根称为总谐波畸变率.=麻J3式中U1.为基波有效值：Uh为h次谐

15、波有效值。仪表可测地三相系统的电压总谐波畸变率和电流谐波畸变率。(3)各次谐波含有率电压畸变波形的第h次谐波电压含有率等于其第h次谐波电压有效值Uh与其基波电压有效值U1.的百分比：W?(=-X100%U电流畸变波形的第h次谐波电流含有率等于其第h次谐波电流有效值Ih与其基波电流有效值I1.的百分比：W=-100%/1(4)奇次谐波畸变率(tota1.oddHD)各奇次谐波的含有率的平方和的平方根称为奇次谐波嗡变率。(5)偶次谐波畸变率(Iota1.evenHD)各偶次谐波的含有率的平方和的平方根称为偶次谐波崎变率.(6)波峰系数(crestfactor)波峰系数用来表征崎变波形的峰值大小，以

16、CF表示，常用它来衡址波形畸变对绝缘等问题的影响，定义式为畸变波形电压的峰值与有效值(或与基波的有效值)之比。式中U1.为基波方均根值：Uh为h次谐波方均根值.(7)电话谐波波形因数(THFF)在电信上各种频率的噪声或各次谐波对人耳听觉的干扰敏感程度不同，一般人的听觉对8001200Hz或对第1624次谐波的噪声较为敏感.国际电报电话咨询委员会(CCITT)用噪声权系数Ph计入各次谐波对电信的干扰；用电话波形系数THFF谐波在长输电线引起的干扰,即：THFF应犯生雪X晔Y180OX100OXuU式中Uh为各次谐波电压，Ph为各次所对应的统计常数，如下图所示。12345678910Ph0.718

17、.9135.589.1178295376484582661谐波次数n11121314151617181920Ph733794851902955IO(X)1035107211091112谐波次数n21222324252627282930Ph110910721035I(XX)977955929905871861谓波次数n31323334353637383940Ph84282480779177576074573272070S谓波次数n414243444546474849Ph698689679670661652643634625表3Y噪声权系数与各次谐波对应关系(8)K系数(KFaCtor)这衡量电流

18、质量的一个重:要指标。(fiFf)-KJhcior=Ri(*)2H-I式中式为各次谐波电流分量有效值。6技术参数6.1 额定金数6.1.1. 工作电Ii(1)输入范困:DC/AC220V或I1.OV,允许偏差：-2O%+I5%(2)额定功耗：不大于5W6.1.2. 定交流(1)交潦电压：10OV(1.N),4(X)V(1.N)(2)交潦电流：5A或IA；(3)额定频率：50HZ6.1.3. 功率消耗(1)交流电流回路：每相0.5VA(5ABf):每相0.1VA(IA时):(2)交潦电压回路：每相Vacrms6.1.5. 开入电平遥信开入：DCAC22OV(HOV),DC24V。6.2精度精度分

19、辨率范围显示一次值电压0.2%0.01V01.20%Un=5(X)kV电流0.2%0.001A01.2In=50kA有功功率0.5%0.1W09999.9V=I5M无功功率0.5%0.Ivai-09999.9var=15(X)M视在功率0.5%0.1VA09999.9VA=15(X)M功率因数0.5%O.(XX)1-1.0000I.O(XX)-频率0.01Hz0.01Hz4565Hz-电流电压相位330360。-有功电度0.5%0.01Wh-0IOMWh无功电度0.5%O-OIVarh-0IOMvarh视在电度0.5%0.01VA-0IOMVA谐波1.o0.0()()1-030%表仪1倩度6.

20、3 过栽能力(1)交流电流过我能力：1.2倍额定电压连续工作：IOA(连续)，1001.sec(不循环)。(2)交潦电压过载能力：1.2倍额定电压连续工作；2倍额定值(连续),25OOVAC1.scc(不循环)6.4 环境条件(1)工作温度：20*C+70C:(2)贮存温度：-25C+7(VC.6.5 绝缘性能6.5.1 电I*电阻装置的带电部分及非带电部分和外壳及不带电金属(接大地)之间，以及电气上无联系的各电路之间，用开路电压为50()V的兆欧表测量其绝缘电阻值应不小rooM6.5.2 介质强度在正常试验大气条件下，装身能承受频率为50Hz,历时Imin的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损

21、坏现象，试肠电压施加情况见下表：籁加部位施加电压交潦回路对地2(XX)V交流输入回路之间20V直流电源和出口接点对地200V24V回路对地500V6.6 冲击电压在正常试验大气条件下，装置的直流电源输入回路、交流输入路、输出触点回路对大地以及各回路之间，应能承受5kV标准雷电波(1.2/50US)的短时冲击，装置应无绝绥损坏。6.7 耐湿热性能本装置在GB7261规定的湿热环境下测试各带电部分对外露不带电部分及机壳之间:电气上没有联系的各回路之间的绝缘电阻应该不小于1.5MQ.介质强度不小于正常情况卜规定的忒验电压的75%。6.8 机械性能(1)振动：装置能承受国标GB7261中规定的严酷等级

22、为I级的振动耐久和响应试效。(2)冲击：装置能承受国标GB7261中规定的严酷等级为I级的冲击耐久和响应试验.(3)碰撞：装置能承受国标GB7261中规定的严酷等级为I级的碰撞试验，6.9 电磁兼容(1)辐射电磁场骚扰试验:满足GB/T14598.9-2002(IEC60255-22-3:2000,IDT)规定的H1.级试验(2)快速瞬变干抗试验：满足GB/T14598.10-1996(idtIEC60255-22-4:1992)规定的川级试验(3) IMHz脉冲群干扰试验：满足GB/T11598.13-1998(eqvIEC60255-22-1:1988)规定的UI级试验(4)静电放电试验：满足GB/T14598.14-1998idtIEC60255-22-2:1996)规定的3级试验(5)浪涌(冲击)抗扰度:满足GB/T17626.5-1999(idtIEC61000-4-5:1995)规定的3级试验(6)射频场感应的传导骚扰度：满足GB/T17626.6-1998idtIEC61000-4-6:1996)规定的3级试验(7)工频磁场抗扰度：满足GB/T17626.8-1998(idtIEC61000-4-8:1993)规定的3级试验(8)脉冲磁场抗扰度：满足GB/T17626.9-1998idtIEC610004-9:1993)规定的3级试验