电子的电势能范文

导语：如何才能写好一篇电子的电势能，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】电子式 电能表 防窃电

随着科学技术的发展，电子式电能表逐渐替代了感应式机械电能表，而电子式电能表的窃电手段更加隐蔽，给查处带来了很大的难度。供电企业一方面要加强管理，加大宣传力度，完善相关法律法规，还要在技术上堵塞漏洞。

下面就窃电现象形成的特点和对策作简要分析。

一、窃电行为的类型

窃电行为的种类很多，主要有以下几种类型：由于表壳或电表箱的原因导致窃电者有机可乘而发生的窃电行为；磁场干扰的窃电行为；增加额外的导线、旁路部分电流的窃电行为；移动或移除电能表接线的窃电行为；增加额外的器件，如二极管、电容、电阻及其组合，改变电压回路的波形、相位，降低电压回路电压的窃电行为。

二、常规电子式电能表在防窃电方面的缺陷

在传统的电子式电能表设计中，由于以下几种原因，导致它们不能较完善的检测或处理窃电行为。仅使用进线端的电压和火线的进出端所流经的电流作为电能计量的依据；大多数没有使用很可靠的铅封；一些窃电方式很容易操作，但是很难检测，对于即使是非常简单的窃电行为也无能为力。

三、电子式电能表的防窃电功能研究

（一）表壳和电表箱的防窃电技术。表壳是对付窃电的第一道防线。这就要求电力系统的管理人员加强自身管理的同时，也要对使用的电能表提出要求：采用聚碳酸酯的表壳或者金属的表壳，电表有出厂铅封，把电能表表壳通过焊接胶合，要打开电表就必须损坏它，以此来对抗窃电行为。使用特制的电表箱也能抑制一些窃电行为的发生。如铅封电表箱，尽量减小导线周围的间隙，增加旁路电流、反接电能表等窃电行为的难度。如果必要，还可以在电表箱内添加检测设备，以检测窃电者对电表箱箱门的非法打开。

（二）防磁场干扰窃电。永久磁场和电磁场都会影响电表的正常计量。窃电者在电表附近放置强磁磁铁或大线圈都能干扰电表的正确计量，达到窃电的目的。强磁磁铁还能使电源变换的变压器铁心饱和，导致电能表的工作直流电压降低或者消失。强磁磁铁靠近表壳将减小功率的测量值，甚至能将功率减小到0。由于磁铁的影响范围比较小，所以电流互感器在表壳内的位置对抵御磁铁的干扰是相当有帮助的。大线圈产生的电磁场会影响电能表中大多数的元器件，例如，锰铜电阻、电流互感器、核心的电子器件等。为防止磁场干扰，电能表内部元器件的位置及其安装位置是非常重要的。应把易受磁场影响的敏感器件尽量放置在贴近电能表背面的地方，因为通常窃电者很难从电能表背后干预电表的正确计量；应保持易受磁场影响的敏感器件远离电能表的顶部和两边，因为顶部和两边是容易粘附磁铁的地方。

磁屏蔽是一种非常有效的防止磁场干扰的做法，首先我们可以使用金属外壳的电流互感器，屏蔽磁场对它的影响。其次我们可以在表壳内衬薄层金属，以屏蔽整个电能表模块。但是这种做法将增大原材料、生产及安装的成本。

（三）防电流不平衡窃电。正常的电流不平衡体现为接地现象的存在，窃电时的电流不平衡包括任何的火线和零线的测量所得到的负载电流不相等的情况，这是由于窃电者旁路部分电流，导致电表的测量值小于真实值。窃电者可能用简单的短接进出电表的接线端，这种窃电行为比较容易实施。窃电者可以在几秒内移除短路线，所以很难查处这种窃电。要检测电流的不平衡就不可避免增加电表的成本，必须要额外增加一个电流传感器，以实现零线的电流检测；由于隔离原因，可以在第一路的电流通道上选用低成本的锰铜电阻，但是另一路就必须使用成本相对较高的电流互感器。对于单相表，可以同时测量火线和零线的电流来检测电流是否不平衡。此外，还要求电能表的计量芯片具有两个独立的ADC来进行两个电流通道（火线、零线）和一个电压通道的采样，并自动比较两个电流通道的电流大小，实现电流不平衡时的检测和防窃电测量。

（四）防电流反向窃电。调换进出线或者利用变压器施加低压反向大电流是窃电者经常采取的窃电行为。窃电者企图让电表负计量，使汁量值向后退，这种窃电行为比接地或旁路电流的窃电行为更具侵害性。电流反接时的防窃电，要求计量模块有自动检测电流反向功能，不需要任何的辅助元器件就能实现电流反向的检测。同时，可以给电能计量模块预置电流反向时的处理方式，如电流反向时取功率或电能的绝对值为测量值等等。

（五）防移除电压窃电。移除电压表现为移除电表接线中的一路，通常窃电者移除零线，使得电表没有电网电压的进入，导致电表不能正常计量或不能工作。对付这种窃电行为，可用一个低成本的电流互感器CT，从其余的连接电表导线中流经的电流上窃取很小的电能给电能表供电，使电能表实现防窃电测量。由于受到电能表成本、电能表表壳的尺寸以及电子元器件能够承受的最大电流等诸多因素的影响，选择从电流上窃电的CT是受限制的，因此能从电流上窃电给电能表供电的电能也受限制。当负载电流大于1A-2A时应能实现电能表的防窃电测量，而当负载电流很小时，能从电流上窃取的电能将不能胜任电能表供电，因此，需要采用低功耗计量芯片。

四、结束语

通过改进电子式电能表的设计，可方便地实现防窃电功能，有效地防范窃电现象的发生。虽然防窃电电能表价格相对偏高，但相对于窃电造成的损失还是很小的。如今，笔者所在的望都县供电公司已经为大用户（专变用户）全部实现了网络远程抄表，监控中心随时可以通过网络对大用户的电流、电压、用电量、功率因数、停送电、开关电能表箱等情况进行远程监控，有效的从各个途径遏制了窃电。

参考文献：

[1]李卫东：《浅议集中式电能表的设计思想》。北京：2001.5。

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电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入，工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善，往往仅是针对某些地区的特定要求开发，缺乏通用性，某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。

这是一款智能型高科技电能计量产品，该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能，还具有多费率控制，负荷曲线记录，各相失压、过压、频率超限记录，数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。

软件代码全部采用C/C++语言编写，编码效率高，可维护性好，便于实现模块化设计，可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化，其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T 17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》的要求。

多功能电能表的总体结构和硬件设计

多功能表总体结构

电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器，它负责按键输入扫描、工作状态检测，计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。

高性能主控制器单元

主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品uPD78P0338。该款单片机为120脚QFP封装，单片集成有60KBFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC，并可通过简单的接口进行在系统编程，极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言，较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。

串口复用通信单元

通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。

本电能表为便于用户抄表，设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式，因为uPD78F0338仅有一个串口，故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关，由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换，如图2所示。

高精度电量计量模块

计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904，电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片，可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等，可以单独计量每一相的用电信息，符合IEC521/1036标准，可达到1级交流电能表的精度要求，各数据寄存器具有24位精度，可通过三线SPI接口与CPU交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。

其中，CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口，用于传输控制命令和测得的电量数据，IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样，IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。

时钟日历模块

时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器，简化外围电路，并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器，可选择24或12小时显示模式，时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整，并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出，以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。

其中，SCK、Sin、Sout与主处理器接口，用于发送控制指令或者传输日期时间数据，本系统日历时钟模块采用电池作后备电源，以确保在停电状态下，日期时间的准确无误。

多功能电能表的软件设计

数据结构设计

多功能电能表涉及的数据类型种类繁多。按字节分包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等，按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求，本实现方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题。

数据结构设计要点

系统的数据存放方式有:内部ROM、RAM和外挂EEPROM。

内部ROM用来存放大量的常数表格，RAM用于存放临时变量和堆栈，本方案需要2.5KB左右的RAM，串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数，通过12C总线与CPU交换数据，电能表按设计需求的最大要求大约需要250KB的EEPROM，本方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。

数据寻址方式

EEPROM数据访问采用两种方式;直接地址访问，通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址，通过数据的编码读写数据。

通信口复用功能设计

红外通信和RS-485共用一个串行口(RxD/TxD)通信，由于串行口通信开始都有一低电平位(0)，因此将红外接收端(与485接收端用一三极管隔开)引到一中断引脚INTP1，通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。发送时按时应方式发送，使其不互相干扰。由于红外通信和遥控接收用同一接收管，因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端，如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms，则判断为红外遥控，并根据定时检测遥控编码;否则判断为红外产生的串行口接收中断，并将定时检测关闭。

红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。

因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时，而485通信则不需要延时。数据发送在发送中断中进行，红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许，待延时时间到后再允许发送中断。

多功能表程序流程图

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关键词:ZH17X6; 复位监控电路; 掉电监测; 电子式电能表

中图分类号:TN911; TP274 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)14-0205-03

Power-supply Supervisory IC for Low-power Electronic Energy Meter

WU Hai-qiang1,2, TANG Zhen-zhong2, SHI Qian2 , MA Hui2, XU Yong-ping3

(1. School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Zhuhai ZhongHui Microelectronics Co. Ltd., Zhuhai 519020, China;3. Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore)

Abstract: A new self-developed low-powerpower supply supervisory IC--ZH17X6 is introduced, and its application in electronic energy meters is proposed. ZH17X6 series can be used for power-down monitor and system reset in the electronic energy meters. Compared with the similar circuits which are currently used in the electronic energy meters, due to the CMOS technology.ZH17X6 has the advantages of low power, low cost and robustness. A typical application circuit based on ZH17X6 for power-down monitor and system reset in the electronic energy meter is also included.

Keywords: ZH17X6; reset monitoring circuit; power-down monitoring; electronic energy meter

0 引 言

现代电子式电能表对系统稳定及掉电存数等有着异常严格的要求,掉电监测及复位电路是整个电表中最基本又极为关键的部分。目前国内各电能表厂家大多以MAXIM公司的MAX706、ADI公司的ADM706等类似集成电路做为掉电监测及复位电路的核心,使用该监控电路来监测系统是否掉电、监控MCU是否正常运行。但因为MAX706等在上电或掉电到4.4 V以下都有复位信号,而且复位信号输出时间不可控制,这很可能会影响到电表的掉电监测以及存数[1]。同时电能表频繁上、掉电,以及电源干扰信号很大时,就会引起反复复位造成电能表中数据被破坏,影响电能表的可靠正常运行。这关系到电表计量的准确性以及系统运行的稳定及可靠性。

目前众多厂家为解决上述问题,都专门围绕MAX706等看门狗IC增加额外的电路来提高掉电监测及复位电路的稳定性和可靠性。但复杂的额外电路带来了成本的增加,PCB布线难度的增加以及器件与焊点增多带来的可靠性降低的风险。

针对电子式电能表严格的复位监控功能,珠海中慧微电子有限公司推出了ZH17X6系列,它是一款低功耗电源管理数据保护芯片。

ZH17X6的主要特点是低功耗、高集成度和高可靠性[2]:

ZH17X6具有-40～+85 ℃的工业级工作温度、1.8~5.5 V的超宽工作电压;工作在5 V下10 μA、工作在3.3 V下5 μA以及低功耗状态下低至0.2 μA的工作电流;在系统上电、复位按键按下的情况下,芯片能够保证输出准确可靠的复位信号;其内部的看门狗电路能监视微处理器的运行,当 1.6 s内输入信号的状态没有改变时将发出复位信号;具有更加可靠的掉电监测功能。在检测到掉电信号时迅速通知MCU保存数据并且控制复位信号延时发出,可以防止数据因掉电而丢失。超宽的工作电压以及超低的工作电流使芯片格外适合于要求低功耗或使用电池供电的系统[3],使ZH17X6系列芯片可以广泛应用在医疗电子、工控仪表和消费类便携式电子等产品上;不低于4.5 kV的ESD防护,提高系统的可靠性;监测供电电源异常抖动并提供强制复位功能,大大提高系统工作的稳定性;所有功能集中在8引脚的SOP封装上(封装尺寸为5 mm×5 mm),性价比极高。ZH17X6系列芯片工作电压见表1,ZH17X6引脚说明见表2和图1。

表1 ZH17X6系列芯片工作电压一览

版本 温度范围/℃电压范围 /V封装

ZH1706-40～+851.8~3.68-SOP

ZH1716-40～+85 1.8~5.58-SOP

ZH1726-40～+85 3.0~5.58-SOP

表2 ZH17X6引脚说明

引脚名称功 能

1WDI喂狗信号,在芯片正常工作时喂狗信号需要在1.6 s内翻转,否则RESET输出信号将输出200 ms的复位脉冲,喂狗信号能被PFI信号屏蔽,只有MR和PFI高于1.25 V时看门狗电路才正常工作。

2PFI掉电检测信号,当PFI信号低于1.25 V时PFO为低,否则PFO信号为高。当PFI从低到高变化,延迟1.6 s后输出200 ms复位信号。

3 MR Vref输入信号低于1.25 V时,强制RESET输出信号为低。

4 STB低功耗模式选择电压信号,当VIN高于1.25 V时产生门控时钟信号。

5 GND电源地。

6PFO 掉电通知信号,低电平有效。

7 RESET 复位信号,低电平有效。

8 VDD芯片工作电源。

图1 ZH17X6 引脚说明

1 基于ZH17X6单片掉电监测及复位电路原理应用

图2是MAX706为核心的电表掉电检测及复位电路框图[4] 。在正常工作时,检测系统MCU产生的喂狗信号是否在一定时间内翻转,如果喂狗信号产生翻转,MAX706定时器的计数清零,重新计时;如果喂狗信号没有产生翻转,则产生复位信号[5]。上述过程如此重复循环。掉电检测电路利用MAX706内部电压比较器实现,配合线路电压采样电路以及掉电延时电路,在选取好线路电压采样电路的分压电阻阻值后,在掉电过程中分压电压到达MAX706比较门槛电压,会使MAX706产生掉电信号,同时为在掉电时争取到尽量长的存数时间,通常还配备比较大的延时电容。工作电源电压检测信号检测工作电源状态,当系统电压低于2.7 V时,产生低电平信号。该信号经过掉电判断电路与复位控制电路的作用后,可使MCU复位,避免电能表在非掉电状态、仅因为工作电压强烈波动时进入非正常状态。

图2 基于MAX706的掉电检测及复位电路框架图

图3是基于ZH17X6的电表掉电检测及复位电路框架图[3,6] 。图2中核心看门狗芯片的所有电路,都高度集成在一颗ZH17X6上。比较后可以看出,在保证电路稳定性和可靠性的基础上,ZH17X6极大地简化了如图2所示的电子式电能表的复位监控电路,从而使以它为核心的复位监控电路(如图4),在实际应用中具有很高的性价比。

图3 基于ZH17X6的电表掉电检测及复位电路框架图

图4 基于ZH17X6 的掉电检测及复位电路

在掉电时,ZH17X6的 PFI管脚检测到在R5,R3的分压电压低于基准电压时,比较器发出掉电通知信号。在发出掉电通知信号与完全掉电的时间段内,上电检测信号,控制喂狗信号检测电路及上电延迟电路均不工作,不产生复位信号。并且,当PFI监测到掉电信号时,ZH17X6马上进入低功耗模式[7]。此时芯片内部时钟振荡器关闭,芯片RESET 引脚输出和PFO 引脚输出都为高电平(无论此时PFI 引脚检测电压是否高于1.25 V),芯片总的工作电流为1 μA[8]。

片内比较器比较VBB经R6,R7分压后的电压与片内基准电压,当分压后的电压小于片内基准电压时,ZH17X6认为工作电压发生异常,马上输出强制复位信号,通过此方法实现对工作电源电压检测的功能。

表3 图4中所需器件列表

器件种类型号规格数量

看门狗复位芯片ADM7061

比较器略1

低功耗电压检测器略1

NPN三极管略2

双头肖特基二极管略2

贴片电阻略16

贴片电容略8

器件总计(颗)31

焊点(个)85

电路印制板约26 mm×28 mm―

图4中的VBB,是电表工作电压3.3 V(V33)与电池BT1经过双二极管Q1比较后得到的工作电压。在正常运行时,使用V33供电;当发生掉电时,则自动转换成电池供电。ZH17X6在3 V的工作电压下的正常工作电流为5 μA;在低功耗模式下仅有1 μA。使得ZH17X6完全可满足在电子式电能表发生掉电时,电池供电的低功耗运行条件。表3为图4所需的器件。

表4 图2框架电路所需器件列表

器件种类型号规格数量

看门狗复位芯片ZH17X61

双头肖特基二极管Q11

贴片电阻R2~R8,R198

贴片电容C3,C13,C16~C185

器件总计(颗)15

焊点(个)37

电路印制板约21 mm×10 mm―

由于集成度高,ZH17X6仅需少量元器件。┍3给出了图4原理图的整个电路所需要的4种约15颗元器件,总计37个焊点以及约21 mm×10 mm的印制板面积。

对比之下,┩2所示框架以MAX706为核心的复位电路,总共需要7种约31颗元器件,总计85个焊点以及约26 mm×28 mm的印制板面积(如表2所示)。

比较后可以清晰看到,基于ZH17X6的复位监控电路所需的元器件、焊点以及印制板的面积比基于 MAX706的电路分别减少了约51%,55%和71%。器件数量和焊点的减少以及PCB布板的简化,使得电子式电能表成本大幅降低,同时还大大降低电表出现故障的几率,提高了电表可靠性。

2 结 语

珠海中慧微电子有限公司推出的ZH17X6低功耗电源监控数据保护芯片系列,在提高电子式电能表稳定性、可靠性的同时,极大简化了电子式电能表的复位监控电路,降低了电表成本。

在ZH17X6面世之初,即被国内某著名电表企业密切关注。ZH17X6正式后,该公司立即与珠海中慧微电子有限公司达成合作意向。对ZH17X6进行了长达10个月的严格检测与现场试挂,ZH17X6在电表EMC实验、型式实验和现场试挂时表现异常的稳定,以最优的性价比,最终成功应用于该电表企业的三相多功能电表上,并以巨大优势逐步完全取代现有电路。

参考文献

[1]任秀云,张扬.一种新颖实用的电能自动抄表系统[J].电工仪表与公用表计行业信息,2006(5):27-29.

[2]珠海中慧微电子.ZH17X6 低功耗电源监控数据保护节能芯片[DB/OL].1-2,Rev 2,03/27/09.

[3]史谦,唐振中.一种延时复位控制电路[P].中国:200720178870, 01/14/09.

[4]邹于丰.MAX706在微处理器系统中的应用[J].仪器仪表用户,2003,10(4):49-50.

[5]郑小平,李先怀.用于电子式电能表的复位监控器[P].中国:200720063914.8, 05/28/08.

[6]史谦,唐振中.一种延时复位控制电路及方法[P].中国:200710032893, 07/1/09.

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【关键词】电力系统自动化；继电保护自动化；智能电网

1.概述

继电保护装置在电力系统中是十分重要的设备，它能维护电力系统的正常运行。在电力系统正常时继电保护装置会对电力系统的工作状态进行监督和反应，当电力系统出现间题时，继电保护装置会迅速运用遥调和遥控等方式对系统间题进行处理，避免了间题的扩大。因此保证继电保护装置的正常运行对电网系统来说是非常重要的。在现今社会，原有的传统继电保护装置已经逐渐不符合电网系统的要求，因此继电保护装置开始朝着自动化、智能化发展，并且已经取得了一定的成就。

2.继电保护自动化的概念及工作原理

为了保护电力系统能够正常运行，或者在发生间题时能够及时的发现和解决，技术人员对电网系统设置了继电保护装置，维护了电网的正常运行。而最新技术下产生的继电保护自动化则更加有效的解决了这个间题。它会在电网系统发生间题时，立即予以发现，然后自动采取相应措施，这些措施包括报警信号、跳闸等。如果有必要，这种装置会把故障部分进行隔断，避免事故的进一步扩大，对一些比较简单的故障继电自动保护化装置也可以直接予以解决。

继电保护装置通常由引脚，线圈，衔铁，触点等构成。输人信号是指源于其传输系统的保护对象的信号，测量模块通过采集被保护对象的有关运行特征信号，而得到测量信号，须与整定值进行对比，比较结果被送达至逻辑模块。逻辑模块依据测量模块的比较值的大小、性质及产生的次序或以上几种参数的组合，来进行逻辑运算，其逻辑值决定动作是否进行。

在自动化的电网实际运行中，它对于发电、配电、输电等电气设备的监控，都是由传感器来完成的，并且结合网络系统来采集和整合监控数据，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测，实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。因此，这种分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高要求。因此自动化的继电保护装置不仅需要确保保护对象信息的安全，还需要关联到其它电气设备的运行信息。

在新型的自动化继电保护系统中，主要通过监控系统，讲被保护对象所有的电气量信息以及与其关联节点的其他节点的运行状况信息进行分析和决策，实时对相应继电保护装置的保护功能和保护定值进行修正、调整，确保保护装置能够适应灵活变化的情况。

3.继电保护自动化关键环节

根据继电保护的工作范围和效果进行详细的特征分类，可分为选择性、灵敏性、快速性、可靠性，这四个点是继电保护的系统能否正常运行的客观要求。

3.1灵敏性

在继电保护系统中，当电力系统发生其维护范围之内的故障时，可以通过灵敏系数有效的反应，确保系统的运行安全。

3.2可靠性

继电保护系统的可靠性是指当在规定的范围之内，系统产生了其应该动作范围内的故障时，装置不该拒绝该动作。然而不是它的动作范围内的情况时，该装置不应误动作操作。

3.3快速性

为了防止故障蔓延，减轻危害，尽可能的恢复电压。因此，当系统发生故障时，装置应保证动作迅速，及时切除故障。

3.4选择性

在故障发生时继电保护系统会对故障的严重程度进行判断，然后将故障点的线路切断，让无故障的系统能继续进行正常工作，最大程度上减少故障对整个系统带来的危害，使电网系统能够保持常规状态下的运行。

4.新时期电力系统对继电保护自动化的影响和挑战

在目前我国的继电保护装置水平还比较落后，传统的继电保护装置还占到了主流，阻碍了我国电力系统的发展。我国的电网继电保护水平必须跟上世界的先进水平，让我们的继电保护装置能从传统中得到改变吗，走向数字化、自动化、智能化。这不仅是对于继电装置的革新，也是整个电网系统的一个重大升级，也符合时展的需求。在目前我国的电网系统正在朝着智能电网迈进，许多新的设备投人运营，这就导致设备的故障率有了一定的增加，对继电保护来说也提出了更高的要求。所以需要提高继电保护装置的技术水平，以便适应不断发展的电网系统，切实保护电网系统的正常运行。目前，在电力系统的大力发展下，针对自动化的继电保护技术，需要解决的间题主要只有：时间和数据的同步性以及继电保护的整定计算。

智能电网中的额电子式互感器是分布式的，数据采集模式也是通过单元合并的，为了保证数据采集和传输的同步，在系统中需要精确的时钟同步。

在电网继电保护整定计算中，需要考虑很多的因素，比如电网的接线方式，以及运行方式，它们会对定值计算产生很大的影响。为了合理协调保护的灵敏性、速动性、选择性和可靠性之间的关系，保证各保护达到最佳的配合状态，就要求我们对电网的各种运行方式及多种故障情况进行反复而周密的计算。

5.继电保护的未来发展趋势

继电保护的技术发展道路已经越来越明确，就是智能、数字、网络，并通过信息处理技术将数据整合在一起。

目前继电保护技术正在朝着智能化、数字化以及网络化发展，适应了智能电网的技术水平要求。在以往的继电器使用中往往有一些间题，表现最明显的间题是系统的定值计算与管理系统定值分离，这种分类导致了数据的不准确，给操作带来了较大的困难，同时比较容易产生较大的失误。因此技术人员加人了智能化概念，就是通过模糊逻辑、神经网络等控制手段对继电保护装置进行控制，保证了数据的准确性。因此，数字化的继电保护装置在人工智能的控制下建立了继电保护网络，从而最大程度的实现了对于继电保护装置的控制，也加强了对于电网系统的监测与故障处理，是未来继电保护装置未来的发展趋势。

结束语

在智能电网不断发展的今天，对于整个电网系统的安全与稳定来说也提出了挑战，继电保护技术就是在这种挑战下得到了创新和发展。目前我国的继电保护技术还不够先进，传统的继电保护装置还占领了大部分的电力系统，因此我们需要不断加快对于继电保护技术的研发，提高先进继电保护装置的更新频率，让我国的继电保护技术朝着智能化、数字化以及网络化道路不断前进。

参考文献

[1]陈勇军，赵玉梅.智能电网中的继电保护技术分析【J】.科技与企业，2012（23）.

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关键词：数字电路； 量程自动转换； 智能化； 数字信号； 电压表

中图分类号：TN919-34； TP216+.1 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)20-0184-03

Development of Intelligent Digital Voltmeter Based on Digital Integrated Circuit

LI Huai-fu

（Sichuan Information Technology College, Guangyuan 628017, China）

Abstract： In order to solve the intelligentization difficulties existing in ordinary digital voltmeter, such as range automatic convertion, polarity judgment of measured voltage, amplitude transformation, overrange display and alarm signal intelligentization, the digital circuit chip is adioted to realize the intelligentization of voltmeter functions according to digital logic control relation. The design principle of the circuit is elaborated. The circuit system composition, function and characteristics of each part in the circuit, selection of circuit components, and signal processing process are introduced. The design functions are verified by an actual product. A homemade intelligent digital voltmeter with the design functions has been put into practice.

Keywords： digital circuit; range automatic convertion; intelligentization; digital signal; voltmeter

0 引 言

在现在市场上广泛使用的一般数字电量测量电表都没有解决量程自动转换问题，测量操作时仍然靠人工拔动开关转换量程，测量电表的智能化设计是一个难点。在现有的智能电表中，智能化功能大多采用单片机控制电路或双向移位寄存器来实现，其缺点是电路系统、量程控制信号的产生比较复杂，调试与制作难度大，可靠性较差等。实际上,电路系统完全可以用常用数字集成电路组成，通过组合逻辑功能来实现多个量程之间的自动转换等功能。

1 电路系统的方框结构

电路系统由被测输入电压极性检测与变换电路、电压幅度变换电路、量程自动控制转换信号产生电路、多路模拟开关切换电路、量程控制放大电路、A/D转换电路和显示电路等组成，如图1所示［1-2］。

图1中各部分电路的功能分别是：

(1)电压极性显示信号产生电路：由电压比较器根据被测电压极性产生“+”或“-”极性显示信号。

(2) 电压通道选择与极性转换电路：有2个通道，对于正极性电压由通道1通过，若为负极性电压由通道2通过，再变换为正极性后输出。

(3) 量程自动控制信号产生电路：根据被测电压的高低确定各段的测量范围（量程）,产生量程自动转换控制信号、超量程显示与报警信号，并控制各量程小数点的位置。

图1 数字式智能电压表电路结构方框图

(4)程控放大器与模拟开关切换电路：在量程自动转换控制信号的作用下选择不同的通道，将某个量程的输入电压放大或衰减一定比例后送入A/D转换器。

(5) A/D转换电路：将模拟电压信号转换为数字信号。

(6) 译码与显示电路：将数字信号译码后，由数码管显示出测量结果。

2 电路原理图简介

根据图1构建的数字式智能电压表电路原理［3-5］如图2所示。图中主要元器件的作用如下：

U1（LM324）为四运放IC1，U1-1/4与U1-2/4的作用是产生被测电压极性识别信号与控制U2的信号通道。U1-3/4构成程控放大电路，对被测电压进行10，1，1/10，1/100的放大或衰减。U1-4/4为反相放大器，用于调整输出电压幅度以满足A/D转换器正常工作要求；

U2（SGM522）为二通道模拟开关IC，实现正、负极性的被测电压分通道传输，以便对负极性信号实施反相处理；

U3（C4066）为四通道模拟开关IC，在量程自动控制信号的作用下，实现让不同量程的电压分通道传输，以便配合U1-3/4电压进行幅度变换；

U4（LM339）、U5（74LS05）、U6与U7（74LS21）组成自动量程控制信号产生电路。其中，U4为四比较器IC，用于确定各量程的测量范围，U5为四反相器，对高或低电平实施反相变换，U6、U7均为四输入双与门IC，通过逻辑运算获得自动量程控制信号；

图2 数字式智能电压表电路原理图

U8（C14433）为双积分式A/D转换器（又称双斜式A/D转换器），转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂补偿的3位半（BCD码）单片双积分式A/D转换功能，转换速率为3～10 Hz，转换精度为±1 LSB，模拟输入电压范围0～±1.999 V或0～±199.9 mV，输入阻抗大于100 MΩ。MC14433转换结果以BCD码形式，分别按千、百、十、个位由Q0～Q3端输出，相应的位选通信号由DS1～DS4提供；

U9（MC14511B）为译码集成电路，将BCD码译码成十进制信号，控制数码管的位显示；

U10（MC1413）为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。

3 电路工作原理

（1） 被测电压的Ux极性判断与变换电路工作原理：电路由2个过零电压比较器、一个反相器和双向限幅电路组成［6］，当Ux极性为“+”时，U1-1/4输出高电平，在C＋的控制下被测电压通过U2的第一通道。U1-2/4输出低电平，C―也为低电平，U2的第二通道不通；当Ux极性为“-”时，U1-2/4输出高电平，在C―的控制下被测电压通过U2的第二通道，并通过U5-1/4完成反相变换。U1-1/4输出低电平，C＋使U2的第一通道不通。V1,V2为双向限幅二极管，用于限制加到U1-1/4与U1-2/4输入端的电压幅度。

（2） 多路模拟开关和程控放大电路工作原理：电路由C4066，U1-3/4、R4～R7等组成。设R1~R3通道等效电阻为R1～3，其大小可设置为100kΩ，当B1为高电平时，多路模拟开关C4066的i1~O1通道接通，运放U1-3/4的反馈电阻R4取1 MΩ，对Ux放大10倍后送入A/D转换器的输入端。若A/D转换的电压满度值为2 V，则可测量0～±200 mV的电压。同理，当量程转换控制信号B2,B3,B4分别为高电平时，C4066对应的通道接通，当U1-3/4的反馈电阻R5，R6，R7分别取100kΩ、10kΩ、1kΩ时，R5使±200 mV～±2 V的电压直接通过，R6使±2～±20 V的电压衰减10倍后通过，R7使±20～±200 V的电压衰减100倍后通过。再将某┮宦肥涑龅缪咕U1-4/4反相放大，使与实际被电压极性一致，并可通过R16调节电压放大倍数（-R16/R15），保证A/D转换电路正常工作所需的输入电压。

（3）量程自动转换控制电路工作原理：量程自动转换电路由四4比较器U4、3个反相器（U5内）、2个四输入双与门U6与U7、分压电阻R10～R14等组成。由于设置R1～3为100kΩ，选择R8（470kΩ可调）与R9（5kΩ）使ux在R9上的分压比为1/100，经分压后加到各比较器的反相输入端。当ux分别为±200 mV，±2 V，±20 V，±200 V时，分电压值分别为2 mV,20 mV,0.2 V,2 V。同时，由R10～R14（电阻值如图2中所示）对VCC分压获得各比较器的参考电平也分别为2 mV,20 mV,0.2 V,2 V，并分别加至各比较器的同相输入端。当被电压Ux达到某量程的满刻度值时，使比较器的输出电平由高变低，通过组合逻辑电路产生量程自动控制与标志信号（高电平有效）。若Ux位于0～±200 mV，U6-1/2输出高电平，获得有效量程控制信号B1，其余B2～B3为低电平；同理，当被测电压分别在±2 V，±2～±20 V，±20～±200 V范围时，U6-2/2、U7-1/2、U7-2/2分别输出高电平，获得量程控制信号B2、B3和B4，状态转换表如表1所示。

逻辑表达式分别为：B1＝W•X•Y•Z，B2＝┆WX•Y•Z，B3＝WX•Y•Z，B4＝WXYZ。Z＝0为超量程标志信号。

（4） 被测电压极性、小数点位置与超量程的指示信号：被测电压极性显示控制信号由U1-2/4提供，用输出的高或低电平控制“-”或“+”号的显示；小数点位置控制信号由量程自动转换控制信号实现，B1的高电平用于显示测量范围为0～±200 mV的小数点位置，B2的高电平用于显示测量范围为±200 mV～±2 V的小数点位置，B3的高电平用于显示测量范围为±2～±20 V的小数点位置， B4的高电平用于显示测量范围为±20～±200 V的小数点位置，当被测量电压范围在±200 V以外时，不用小数点；超量程指示信号由B4的低电平实现，当B4为低电平时，表明被测电压超过了±200 V的最高上限。

（5） A/D转换、译码、显示电路工作原理：用U1-2/4输出的信号控制数码管最高位“g”段的亮与不亮，实现极性“-”显示。当U4的4个比较器都输出高电平量，便发生了超量程情况，可用它们产生报警与超量显示信号（本系统未考虑）。当程控放大器输出的信号加到U8的3脚，将模拟电压转换为BCD码，并由20、21、22、23脚输出，经U9译码为千、百、十、个四位十进制数，同时，由U8的16、17、18、19脚输出对应的选通信号，共同控制数码管显示测量结果。

4 结 语

本测量系统运用与门、反相器、比较器、多路模拟开关集成电路（C4066）等数字集成电路巧妙组合获得了被电压极性判断、量程自动转换、信号幅度变换、小数点位置显示控制、超量程显示与报警信号。电路结构设计看似复杂，但分立元件少，成本低。具有设置量程方便、电压测量范围宽、功能相对独立且容易扩展、工作稳定可靠等优点，值得借鉴。

参考文献

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［9］郝云芳，黄天录．数字电子技术［M］.北京：人民邮电出版社,2005.

篇6

一、让理论学习成为实践技能的基础

我们讲重视实践技能包括两个方面，一是技术，二是能力。技术是可以通过培养来获得的，而能力除了应用技术的能力之外，还包括开发技术的能力。因此实践技能的培养，应当瞄准这两个方面进行。当然，我们强调要培养学生的实践技能，并不是说要忽略基础的理论知识。相反，理论知识应当成为实践技能形成的坚实基础。

也许有同行说，我们现在就已经很重视理论知识的学习了。这话是不错，但与我们所说的重视理论还是有着质的不同。我们要求重视理论，是有一个目标的，即所有的理论知识教学的过程中，都要存在一个明确的服务于学生实践技能提高的目标。这样的话，理论知识的教学就不是机械地完成教材规定的任务，而是意味着要对教材有所取舍，比如说舍弃不合时宜的陈旧知识，引入新的知识等。电子电工专业是一门知识更新非常快的专业，如果拘泥于教材设置的知识，那我们的学生一定是走出校门就是“有地而无武可用”。

当然，一些基础的、经典的电子电工知识如直、交电流电路、一阶动态电路，一些基本的电工仪表等，这些知识的作用还是持久的，倒不是说这些知识本身有多少新的重大作用，而是在这些知识习得的过程中，学生可以获得对电子电工专业的深刻理解，可以形成一些必要的能力――如可以根据电工仪表的原理和思路设计出新的情形下需要的电表等。这也是一些知识之所以长期存在于教材中的原因之一。

二、培养学生实践技能的有效途径

根据我们的观察与实践，我们认为目前可行的实践技能培养的途径有两个：一是学校的实训教室；二是学校联系的企业实践基地。由于国家的投入，现在职业中学的实训教室设施设备要比以前好得多，因此我们现在面临的是如何用好的问题。笔者结合电子电工专业实践技能的提高，谈谈笔者的思考。

先说实训教室的使用。实训教室其实就是一个专业实验室，其特点在于切合学生的学习实际，组织方式灵活，学生所学的内容很快就可以在实训教室内得到实践。在硬件得到保证的前提下，我们要想让实训教室的作用更大发挥，关键在于“软件”的开发。这里所说的软件，就是我们的实训组织形式，根据我们的实践，我们认为有效的办法之一，就是选择项目引导、任务驱动的方式。

项目引导就是为学生明确一个实训目标，但这个目标不是虚化的，而是以一个明确的项目来进行的。而任务驱动是为了让学生在整个实训的过程中有一个持久的驱动力，以避免传统的兴高采烈地跑向实训教室，片刻之后又想早点逃离的情形。

如企业实践基地，它是学生上岗前的一个重要的训练场所，对于学生实践能力提高的作用是不言而喻的。但在实际的顶岗实践的过程中，我们也注意到一种不太好的现象，一是企业方面考虑到多方面的需要，安排学生在一些简单机械的岗位上训练，这样的训练无法起到全面提高学生综合技能的作用，容易被学生厌烦，另一方面是学生离开了学校之后，学校缺少全面的关注与跟踪，对于学生实践技能提升的情况没有把握。这两年来，笔者，结合电子电工专业学生的在岗实践状况进行了研究，发现要改变这一现状，可以从以下两个方面入手：

一是引导学生制定实践目标。这个目标主要根据平时在校的学习来完成，比如说结合课本上所学的电阻、电容和电感等元件的理论知识，到了企业的实践目标就应该是知道这些元件的不同规格、外形等，同时要知道这些元件分别应当在什么情况下运用，应当选择什么规格。这些知识可以在生产线上向师傅们学到。对于这个小小的知识点，我让学生制定的实践目标就是要能完整地知道这些元件的配合使用，这样就超越了课本上的单一学习的范畴。

二是跟学生一起进行学习研究。学生在企业能学到的东西其实不少，但有时因为没有人帮他们点拨提升，他们虽然做了许多实践的活儿，却没有知识上的提高。在这种情况下，笔者通过QQ群等方式，让大家在群里说出自己的实践心得，在这种平等交流中，学生会自然产生理论联系实际的情形，从而全面提高自身的实践技能。

三、不断寻找提高实践技能的有效途径

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关键词：电气自动化 智能配电网 应用 效果

电气控制系统(ECS)的自动化水平愈显重要主要表现在发电机组在不断的向大容量、高参数方向发展。智能配电装置的设计制造，采用先进的计算机技术、微电子技术、电力电子控制技术以及网络通信等技术，是具有运行状态和电量参数自动检测、自动控制和自动故障应急处理能力、网络通信能力的高性能、高可靠性的低压配电装置。

配电系统的性能在很大程度土保证了电网的正常运行、工业企业的连续供电及各种传动装置的可靠工作。随着计算机与通信技术的飞速发展，配电网信息化管理层通过计算机、网络、通信技术的应用，将动态采集上来的配电线路状态和各类配电设备信息进行管理和分析，从而实现配电网络的信息化、透明化管理。配电系统的构成已经从开始的模拟元件发展到今天的集成化、多功能化、质量更稳定、操作更可靠的低压测控设备，配电系统本身也发展成为智能装置组成的系统。这种智能化的配电装置实现了信息的采集、处理、就地控制、信息的传送与管理、系统的协调与优化的功能。

1、智能配电装置的优点

用计算机实现集中控制，使信息在汁算机与设备间可以双向传输。体现了它高程度的自动化功能。使用智能配电装置，系统的操作只须通过键盘来改变设置，避免了由于现场操作而带来的的不安全隐患。大大的提高了操作的安全性。

系统可集中将所需各设备的参数以报表与图形的形式进行显示和打印。由于现场控制设备具有自诊断与故障处理能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，以便早期分析故障原因，缩短了停工时间，同时由于系统结构简化、连线简单而减少了维护工作量。

装置单元件少，有利于调试。由于系统中分散在现场酌智能（数字化，没备能直接执行多种传感控制、报警和计算功能，因而可减少变送器、调节单元及计算单元等。故障容易判断，装置都采用了控制回路自检，通过故障告警，以及DO、DI量查询，可以很容易的分析出故障原因。

2、智能配电中的智能配网

提高能效是智能电网的核心价值。它涉及到电力系统的发、输、配、用四大环节。智能配电网通过先进的电网快速仿真、可视化的工具盒智能专家系统等，有效的提高了生产调度人员的工作效率。

智能配网在保证供电可靠性的同时，还能够为用户提供满足其特定需求的电能质量；不仅克服了以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断，而且消除了电压聚降、谐波、不平衡的影响，为各种高科技设备的正常运行、为现代社会与经济的发展提供可靠优质的电力保障。

智能配网的特点是信息量大，在线分析和离线管理紧密结合，应用分析和终端设备紧密结合。在传统模式下，电力生产管理信息的载体是图纸，报表、语言，传递方式是手工交接。在这种机制下，信息的更新滞后于生产数据的变化，在电力生产管理活动的各个专业环节中，导致生产管理信息的不全面，不一致，不及时和不准确。配电网错综复杂，运行方式又多变，管理起来负责。及受到地理信息系统的限制，缺乏具有地理信息的网络模型、管理功能的不足以及信息孤岛问题大大限制了其作用的发挥。据此，构建一个快速直观、高效便捷的配电网调度支持系统显得尤为重要。融合计算机中的一些可视化技术及图像处理技术，将数据精确的转换成图像显示在屏幕上，形象直观的反映了事物的状态与发展。

3、智能配电装置在电气自动化系统(ECS)中的实际应用及效果

3.1增强ESC的实时监测

智能配电装置的自动计量管理功能表现在：一，缓和了需求的增长。智能仪表装在家庭或商业区，通过用智能仪表收集不同时间的电力消费数据，帮助实现分时计价，鼓励消费者在高峰时间少用电能。通过鼓励避峰消费，平衡配电网络负载。政府也积极鼓励分时电价，因为它对大大缓解了高峰需求，保持电价的稳定。二，减少了窃电。安装在配电网络上的智能仪表，能有效的帮助供电企业确定窃电位置，从而减少企业损失。

3.2提高ESC的服务水平

智能配电装置的资产的远程监视与控制功能，能够延长关键配电网络资产寿命和通过故障预测改善客户服务。传统的遥测网依赖于点对点的通信系统，设置在配电网络的故障指示器和开关连接到中央控制室，为了发送和接收信息，每个没备需要建立专门的通道。许多设备完全不连接，犬量的计量设备由现场工作人员人工读取，使得配电网络管理受限。

智能配电网的遥测提供了更实时更全面的状态检测，它废除了点对点的通信，取代的是标准的分组网络。先进的状态传感器替代了简单的故障指示器，它在工作时能提供详细的设备状态信息，帮助运行人员确定设备何时将出现故障。智能配电网络不仅提供数据预测和帮助预防故障。能够使控制中心准确知道故障发生地，并及时的派遣维修人员，以保障附近居民的用电。

3.3提高ESC的运作效率

配电网的数据采集及监控对象来自广大地域的配电线路、一次设备以及配电终端，它们运行舶环境一般都是温度变化剧烈、环境污染严重以及电磁干扰很大的。这就要求它们及连接它们的通信系统具有很高的可靠性。利用基于1P的监控，能削减通信成本，并提供一个健壮的、容易的体系结构，大规模跨通信网络支持传感器，智能仪表和远程个人数字助理(PDA)的使用，超越原有通信基础设施的限制。IP的监控标准是以互联网通信协议替代成本密集的专用监控系统。这种变化将从依赖设备生产厂商的私人通信协议中解放出来，并提供更高的通信网络容量。

无线通信技术作为IP的监控系统的一部分得到蓬勃发展的同时，装备PDA和数字地图的工作组也陋时掌握由中央控制中心传来的信息，便于实现移动作业管理，有助于及时维护和提高修理速度，为企业树立起良好的形象。

结语

智能配电网将使配电网从传统的供方主导、单向供电、基本依赖人工管理的运营模式向用户参与、潮流双向流动、高度自动化的方向转变。随着我国电力事业的不断发展，将产生越来越明显的经济效益与社会效益。

参考文献：

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关键词：电子电气；实践教学；创新能力；培养；实验

在进行高校学生电子电气实践性教学的过程中，实验教学是其最基本的方法之一，实验的目的就是为了能够让学生将所学的理论知识能够很好的运用起来，不断提高学生的动手能力以及相关的科学实验素质，提高学生创新能力的培养。目前对于高校来讲如何能够在实践教学环节不断完善教学体系，培养出满足社会发展的应用型人才是现如今的关键

一、电子电气实验教学的现状

随着社会的不断发展，经济科技的不断提升，社会对于应用型人才的需求逐渐增加，但是现在高校有关电子电气教学的现状还存在一些问题。

（一）传统的重视理论教学的教学模式

当前，很多高校还存在着传统的教学模式以及教学理念，重视理论性的教学而忽视了实践性的教学，在进行有关电子电气的教学过程中，往往是根据理论的辅助教学的手段，教学的内容主要是对课本上所学的知识来进行验证。实验课中，实验步骤以及内容都是根据老师来决定，学生进行实验的时候，往往是“复制”老师的动作，按部就班来进行实验来得到所谓的实验结果。在整个实验过程中，学生缺乏思考的环节，缺乏创新的环节，整个过程会让学生感觉到无聊，缺乏学习的主动性，学习的积极性不高。这种教学的方式对于学生创新能力的培养来讲是起不到作用的。

（二）教学内容单一，陈旧

高校老师在进行电子电气试验的授课过程中，跟每个学生所布置的实验内容是相同的，没有考虑到每个学生之间的差异。一些实验内容不能够充分调动动手能力强的学生的学习的积极性，对于一些动手能力比较弱的学生来讲实验的完成时十分困难的，严重影响学生的学习自信心。在很多的高校实验内容来讲，整个的实验内容是陈旧单一的，更新的速度比较慢，实验的性质大多都是验证性的实验，对于一些综合性的，创新性的实验比较少，有关的实验要求以及实验内容与市场需求严重过脱节。

（三）实验教师力量比较薄弱

在很多高校的教学力量分配中，理论课老师以及实验老师是分开的。理论老师一般很少进实验室，实验课主要由实验老师来教授，在一定程度上，造成了理论教学与实践教学的脱节。并且在实验课老师中，年轻的教师占据的比例比较多，经验不足。

二、电气电子实践教学改革的方向

基于现如今高校有关教学的现状以及社会所需要的人才的发展情况而言，对于电子电气实践教学的改革是刻不容缓的。

（一）改变传统的教学体系

对于高校电子电气专业在进行教学体系的改革中，必须要以加强学生自主学习能力，实践创新能力为目标。具体的改革内容包括将实验课程分为两部分：课内实验和课外实验，实验由不同的模块构成。在进行课内实验的时候，课内实验主要是包括基础性的实验，创新性的实验以及综合性的实验；课外的实验包括自主选择实验项目以及科研项目两种。在整个的实验内容中，必须要涵盖电力，电子，仿真以及控制等相关的技术，满足市场对于人才的需求。在培养学生的基本实验技能的基础上，需要不断的激发学生的兴趣，鼓励学生自主的寻求实验课题，不仅给学生相对自由的实验环境，还要鼓励学生有相对自由的实验思想。在教学的过程中，要循序渐进，难度逐渐增加，不断提高学生的动手能力以及实践创新能力。

（二）改变教学方法

1、授课式教学。这种教学方式主要是针对一些基础实验进行的，实验的目的是为了培养学生基本的实验技能以及实验分析方法。在进行授课的过程中，学生主要是根据老师讲解的实验原理与实验步骤来进行，学生按照实验内容自主进行连线，调试知道能够自主账务整个实验原理以及实验分析方法。在实验的过程中，遇到不懂的问题需要老师来进行分析。通过这些基础的实验，主要是培养学生及本地实验技能。2、引导式教学。现如今，灌输式的教学模式已经不能满足时展的需求，互动引导式的教学模式已经成为了教学改革发展的趋势。老师在进行实验教学的过程中，可以先向学生下达实验任务，然后引导式的帮助学生思考如何进行实验框架的搭建，积极鼓励学生小组之间对同一问题的讨论、，在讨论中寻找最合适的实验方法。在这过程中，鼓励学生自主思考，不断去尝试不一样的想法，不断的培养学生的动手能力以及创新能力。

（三）鼓励学生参加学科竞赛

在高校中，有很多参加电子设计大赛，智能车设计奥赛的机会，这些大赛的实行是为了不断的提高学校的素质教育，培养大学生的实践创新能力与基本能力。参加这些大赛，不仅仅有助于学生工程实践能力的培养，而且有助于学生对于实际问题解决的能力。鼓励学生参加这些学科竞赛，可以培养学生的科研创新技能和创造性的精神。

（四）提高实验教师的教学技能

高素质的教学力量对于学生素质的提高起着重要的作用，是保证整个教学质量的挂件，打破理论教师与实验教师的界限，理论教师可以与实验教师一起来进行学生实验的教学。相关的实验老师需要不断的学习，了解新技术，新方法，不断的提高自身的业务能力。

三、小结

随着社会的不断发展与进步，社会对于应用型人才的需求不断的增加，现如今高校对于应用型人才的培养还存在一定的缺陷。本文主要就现如今高校对于电气电子实验教学中存在的缺陷以及以后的发展方向做简要介绍，以培养有创新能力的人才，希望读者对其有简单的了解。

参考文献：

[1]周美丽,刘生春，贾培军.电工电子学教学改革的探索与实践——论四段式教学模式[J].价值工程,2011,（19）.

[2]廖贵成.项目教学法在本科《电工学》课程实践教学中的应用[J].科技创新导报,2008,（28）.

篇9

关键词 电子式互感器 合并单元 数字饱和 保护算法

中图分类号：TM76 文献标识码：A

0引言

智能变电站特征之一是采样数字化，因此电子式互感器是智能变电站的理想选择。

电子式互感器由于自身的特点，在智能变电站应用时需注意原理选择、设备布置、对继电保护的影响等问题，本文将对上述问题进行分析并提出对策，提高智能变电站应用电子式互感器的整体可靠性。

1 电子式互感器原理选择

1.1 电子式互感器分类及特点分析

电子互感器从原理上分为有源式（电学原理）和无源式（光学原理）两大系列。

1.1.1 电流互感器

（1）有源电子式电流互感器

在AIS变电站应用时，要解决处于高电位电子设备的供电问题，一般采用大功率激光供能解决，但激光器件长期运行存在老化问题，给设备的稳定运行带来不利影响；在GIS/HGIS变电站应用时，电子设备可安装在地电位侧，能够通过站用直流电源直接供电，可靠性较高。

（2）无源电子式电流互感器

无源电子式互感器电子器件均布置在地电位侧，供电可靠性高，且传感器体积小、易与其他一次设备集成安装并减少占地面积，是AIS变电站的理想选择。

1.1.2 电压互感器

（1）有源电子式电压互感器

分压原理的电子式电压互感器在数字化变电站中得到了较多应用，由于电子器件无需安装在高电位侧，可直接采用站用直流系统供电，可靠性较高。

（2）无源电子式电压互感器

光学原理电压互感器目前尚处于挂网运行阶段，与分压原理互感器相比，价格高且技术优势不明显。

1.2 电子式互感器原理选择

1.2.1 电流互感器

（1）两种原理互感器优缺点分析

①有源电子式电流互感器

a）优点

光路简单，不容易受外界温度的影响；

光波长影响和线性双折射影响小；

应用较多，产品成熟，运行经验较多。

b）缺点

采集单元内积分环节带来的电流波形“拖尾”问题；

②无源电子式电流互感器

a）优点

不需要供能、不存在干扰问题；

外界没有电路，运行条件好，使用寿命长；

高压侧不需要金属屏蔽。

b）缺点：

易受外界温度的影响；

存在着光波长影响和线性双折射影响。

价格昂贵，运行经验不足。

（2）互感器选择

对于电子设备可置于地电位侧的一次设备型式，如GIS、HGIS、罐式断路器、中性点设备等，无电子设备供能和停电更换等问题，宜采用性价比高的有源式电子式互感器（罗氏线圈、低功率线圈）。

对于电子设备必须置于高电位侧的一次设备型式，如AIS等，宜采用无源式电子式互感器，且宜采用全光纤型传感器。

1.2.2 电压互感器

根据前文的分析，分压原理的电子式电压互感器（有源式）较光学原理电压互感器（无源式）在运行经验、价格上具有突出优势，且无电子设备功能问题，推荐在各种一次设备型式中应用。

2 电子式互感器及合并单元的布置原则

2.1 电子式互感器

（1）节约占地原则

较为典型的布置方式如下：

三相组合式电流电压互感器，即ECVT。对于AIS变电站采用ECVT节地效果尤为明显，对于GIS变电站可压缩纵向尺寸。

与隔离开关、断路器组合安装。应用于AIS变电站效果明显。

（2）电子设备地电位安装原则

电子设备的供电可靠性是保证电子式互感器可靠工作的关键。将电子设备安装于地电位，通用站用直流电源直接供电无疑可靠性最高。所以在电子式互感器选型和布置时，宜贯彻电子设备地电位安装的原则。

按照本原则，并结合前面论述，AIS配电装置宜配置无源电子式电流互感器，GIS/HGIS/罐式断路器宜配置有源电子式电流互感器。

对于主变带接地刀闸的中性点电流互感器，按照如图1的典型设计接线方案，接地刀闸打开时电流互感器运行于高电位，按照本原则应选用无源电子式互感器，但出于成本、可靠性、运行经验等方面考虑，采用有源电子式互感器更为合理。

为解决此矛盾，本文提出一种新的主变中性点设备接线方案，实现的功能与典设方案相同，但互感器的传感器（线圈）布置于地电位，可选用有源电子式互感器并采用电缆直接为电子设备供电，保证了运行可靠性。新型接线方案如图2。

采用此方案时，应注意避雷器放电计数器的安装位置，原方案中避雷器的放电计数器安装在地电位侧，放电计数器下面没有设备，直接与设备支柱连接即可接地；新方案中避雷器和刀闸两端并联，计数器下面还有电子式互感器，不能直接接地，需考虑放电计数器的安装和固定问题。

2.2 合并单元

当智能变电站采用常规互感器+互感器的方式实现采样数字化时，互感器与合并单元之间仍采用电缆连接，要求合并单元布置于就地智能组件柜内。

当智能变电站采用电子式互感器时，互感器本体输出已经为光数字信号，即互感器与合并单元采用光缆连接，客观上不要求合并单元必须布置于就地，布置于室内保护柜上更有利于设备的安全可靠运行。

对于SV全部采用点对点方式采样的变电站，合并单元布置于保护柜上可有效减少全站光缆用量；对于SV采用网络采样（保护需直采）的变电站，当站址所在环境条件较好时，合并单元也可布置于就地，与智能终端共同组柜。

当合并单元布置于室内保护柜上时，注意增加保护室的屏位数量。如对于220kV线路保护柜，当合并单元布置于就地时，每回线组1面柜，当合并单元布置于保护柜时，每回线需组2面柜。

3 电子式互感器对继电保护的影响及对策

电子式互感器在原理上没有电磁饱和问题，但是受到电子式互感器A/D/位数的限制，在系统短路倍数过大时，ECT将出现数字饱和现象，即正弦波形被削顶。

基于IEC60044-8标准的电子式互感器AD转换位数为16位，保护用ECT能测量无直流分量（0%偏移）的50倍额定一次电流，或全直流分量（100%偏移）的25倍额定一次电流。

当某间隔ECT额定一次电流选择较小时，系统短路电流有可能超过额定一次电流25倍，在全直流分量下，ECT将出现数字饱和。

出现数字饱和时，电流波形为平顶波，差动保护将出现不平衡电流，对正确动作带来不利影响，严重故障时可能出现保护误动情况。因此必须对数字饱和问题引起重视。

消除数字饱和的影响有两个技术措施：一是合理选择ECT额定一次电流，并考虑小电流情况下继电保护对策；二是保护装置优化算法。

3.1 ECT小电流情况下继电保护对策

如果想消除ECT数字饱和现象，按照下述原则选择ECT额定一次电流即可：互感器额定电流大于系统额定电流，考虑直流分量的影响，短路时最大短路电流不超过电流互感器额定电流的25倍。

由于电子式互感器自身的特点，传感器无法设置抽头，即无法象传统互感器那样根据实际负荷灵活选择变比，采取上述原则消除数字饱和后必然带来小电流情况下的二次设备适应性问题。

以有源电子式互感器为例，罗氏线圈具有动态范围大，无饱和，大电流测量精度高等优点，缺点是不能测量暂态分量，小电流时测量精度较低。对于潮流方式变化大的线路、或额定电流很小但短路倍数高的间隔（如所变），保护装置往往工作在低电流情况下，罗氏线圈电流测量精度较低，对保护装置的正常工作带来不利影响；低功率线圈测量精度可达到0.2S级，能够在小电流情况下保证测量精度，但是过电流倍数小（2倍额定电流），不能用于短路时的保护测量。

如果将罗氏线圈和低功率线圈的优势进行结合，保护装置小电流时采用低功率线圈电流，大电流时采用罗式线圈电流，将会大大加强对一次电流变化的适应能力，提高保护运行的可靠性。

罗式线圈电流和低功率线圈电流数据统一被合并单元采集打包，以标准的格式通过光纤送给各二次设备，保护、测量、计量设备所获得的数据帧完全相同，即保护装置接收的SV数据中既有罗式线圈电流数据，又有低功率线圈电流数据，保护装置可采用数据切换技术，在电流小于某一设定值时取低功率线圈数据，大于某一设定值时切至罗式线圈，既避免了数字饱和问题，又解决了小电流测量问题。

3.2 保护装置优化算法

数字饱和将导致电流波形畸变，但与电磁饱和有本质不同。严重电磁饱和时，电流输出几乎为零；而严重的数字饱和时，电流波形只是被截顶，绝对数值很大。

根据数字饱和与电磁饱和的波形不同，对保护装置算法进行优化，可有效避免数字饱时的误动隐患。

目前的母差保护和主变差动保护算法是基于常规电流互感器特性研发的，在保护判据上考虑较多，如波形识别、差分傅氏等；在采用常规互感器时上述判据提高了差动保护的性能，但采用电子式互感器时，被截顶的波形可能会导致误判，出现误动或拒动。

因此，有必要对保护算法和判据进行基于电子式互感器特性进行优化，在数字饱和时能够正确动作，充分发挥电子式互感器的优势，解决电子互感器额定电流选择上的两难处境：额定电流选小时会出现数字饱和，额定电流选大时会导致正常工作电流低，影响保护测量精度。

根据理论分析，基于比率差动算法的差动保护只要合理选择制动系数，就可以保证数字饱和时能够正确动作，不需要更多额外的判据。

4结语

本文对智能变电站应用电子式互感器时的若干问题进行了深入分析，结论如下：

（1）对于电子设备可置于地电位侧的一次设备型式，如GIS、HGIS、罐式断路器、中性点设备等，宜选用有源电子式电流互感器。

对于电子设备必须置于高电位侧的一次设备型式，如AIS等，宜采用无源电子式电流互感器，且宜采用全光纤型传感器。

电压互感器宜统一选择分压原理的电子式互感器。

（2） 电子式互感器的布置应遵守节约占地原则、电子设备地电位安装原则；合并单元宜安装于室内。

（3）分析了电子式互感器的数字饱和对继电保护的影响，提出相应对策：采用数据切换技术解决小电流测量问题；优化保护算法以适应数字饱和。

参考文献

[1] Q/GDW 383.智能变电站技术导则[S].

[2] 刘振亚.，国家电网公司输变电工程通用设计[M].北京：中国电力出版社，2011.

篇10

我认为字词教学应该让认知与运用结合起来，学生学的容易，教师教学轻松。关于提高学生识字能力我有几点体会：

一、善于激发学生的识字兴趣

低年级识字任务重，但不能靠加重学生作业负担，死记硬背、机械抄写的做法去识字，而要根据低年级学生的心理特点，利用他们好奇好动的个性，在教学中善于把抽象的知识形象化，激发他们的学习兴趣，把他们潜在的能力引发出来，调动他们的学习积极性和主动性，使他们获得成功的喜悦体验。

（一）趣味识字

1、儿歌吟味法。这种方法简单易记，琅琅上口，可对学生识字、记字起到事半功倍的作用。例如学“琴”字，可吟为：大王和小王，今天来弹“琴”。这言简意赅的儿歌吟味，强调了“琴“的下边是“今天”的“今”，学生再也不会错写成“令”了。“来”“横下点撇再加横，一竖竖在字中央，左一撇来右一捺，这个来字不会忘。又如“林、森”字可记为“林、森”为树真有用，二木成林，三木成森；再如“轻”字可记为“左边车子轻轻跑，空中架起立交桥，横撇是跑道，一点轻轻靠，桥下工人睡着了。”还有“燕”草头下面有一横，口字藏在北里边，下边还有四点底，春天一到飞千里。“碧”“王老头，白老头，同坐一块大石头。等等。学生不仅利用这些儿歌吟口诀识记了生字，而且通过编口诀这种自主地创造性识字方法，学习汉字的积极性也大大增强了。

2、 游戏趣味识字。针对低年级孩子的年龄特点，小游戏能增加孩子对于识字的兴趣。我们可以采取以下一些小游戏：（1）开火车。包括单轨、双轨火车，开无轨火车。（2）找朋友。给生字宝宝找朋友组词。（3）叫号游戏。（4）邮递员送信游戏，请小朋友扮演邮递员把生字信送到其他小朋友的手中并请他读出信上的生字。（5）比眼力小游戏。老师将生字放在黑板上，请一个小朋友上来蒙上眼睛，然后拿去一个生字，让孩子说出拿去的是哪个生字。（6）小猫钓鱼小游戏。老师给字宝宝编上号，然后说出一句句子，里面包含着今天学的字宝宝，让学生用手势来示意这个字宝宝的编号等。这些游戏既激发孩子们的学习兴趣，为学生创造愉快的学习氛围。又使识字教学步入“教师乐教，学生乐学”的理想境地。

二、结合生活经验和在生活实践中识字。

学生生活在这个多彩的世界中，汉字随处可见，周围的一切或者说生活中凡是有汉字的地方都是学生自主识字的源泉。因此结合生活经验和在生活实践中识字是最好的一种途径。 结合生活识字包括看标牌识字、看电视识字、读对联识字以及看书报识字等，使孩子在生活中在阅读中尝到识字的乐趣，他们才会更加主动地识字，并使阅读成为自己生活中不可或缺的一部分。 首先，要教会学生观察事物，并从观察中学会说话，学会识字。例如让学生介绍自己的学习用品，说说他们的名称以及特征，老师出示与它相关的汉字，让学生边说边看边识字。又例如在一年级上册的教材中安排了《观察人体识汉字》等课文，学生联系自身进行观察，他们在观察过程中有自己切身的体验，观察时就会比较细致，介绍也就不费力气了，识字速度也就相应得到提高。其次留心周围的识字源。广告及街头标语和身边动植物的名称，可以让学生做字词卡片、带图案的图片、贴标签的实物等来识记交流。还有学校校名、校训、各个功能室教室的标志、室内室外走廓上的名人名言，提醒学生遵守纪律，注意安全的提示语以及操场四周墙壁上配有图画的文字、道路两旁、花草树木旁边的标语牌，老师、同学的姓氏都为学生识字提供了一种和谐自然的最佳环境。请孩子们用自己喜欢的方法巧识汉字，不仅让学生增识了汉字，培养了学生的观察力和动手操作能力，也增识了许多汉字，发展了学生的思维。

三、培养学生在语言环境中进行识字教学