专利名称：带自动维护感测装置的电测仪表的制作方法
本申请是1993年3月26日申请的序号为08/037,938的“电测仪表的系统检测和故障分析装置”的部分继续申请。
本发明涉及进行固态电测仪表的系统安装诊断的整套方法和装置。
感应型瓦时计一般采用一个脉冲发生器来产生与表盘转速成比例的脉冲。将这些产生的脉冲传送到电子记录仪来得到电流、电压、功率与/或使用耗能的时间。
各种类型的固态多相电测仪表如今也在广泛使用。这种仪表监测电能消耗并以千瓦小时、功率因数(KVA)和(或)无功伏安来记录或报告这种功耗，一般采用固态组件，且可利用模—数转换器来提供数字数据，而不是脉冲数据，从这些数据中指示器可提取各种需求量/消耗量。
人们还知道可在各种单相或多相配电系统中安装可重新配置的固态电测仪表。在授权给Germer等人的No.5,059,896美国专利中披露了一种固态电子瓦时计的例子。
在授权给Swanson的No.4,697,182美国专利中披露了一种可与常规瓦时计共同使用的固态用电需求量记录器(electricity demand recorder)的例子。
在这些电表的安装过程中，维护人员利用各种辅助设备和诊断技术来设法证实安装已经正确接线。然而，象极性和交叉相位检测之类的许多安装检测由现场人员当场进行，因而依赖于这些人的知识和能力。
当有了各种诊断设备供现场人员在安装或周期性地维护期间使用时，就提出了在不中断电表运行情况下自动周期性地进行一标准系列系统与安装诊断的配套装置的需求。另外，还有必要使电表在运行中周期性地自检查以测定并记录预定义的致命或不致命故障的出现。
此外，虽然已有一些可适合在一种以上类型电维护中使用的电表，但这类电表的缺点是用户常常必须在安装之前编入维护类型。多类型维护电表的这种预安装编程势必限制它们多类型维护的能力。
鉴此，本发明的目的是为固态电测仪表提供一套完整的系统检测和故障分析装置。
本发明的另一目的是提供一种与固态电表集成在一起并对其自动执行一系列预定的系统安装和诊断测试的方法和装置。
本发明还有一个目的是提供一种支持并集成到电测仪表中的系统检测和故障分析装置，还包括当维护人员查询时用来显示所选自检查和系统诊断测试结果的装置。
本发明还有另一个目的是提供一种自动的系统检测装置，周期性地检测某些预定状态的存在，并依据故障的性质而作出响应于任何这类故障检测的预定动作。
本发明的另一个目的是提供一种用来测定每一电压和电流相矢量相对于一个预定基准相矢量的相位角的方法和装置，其目的是验证所有仪表部件都在感测和接收多相电维护的每一相的正确电压和电流。
本发明还有另一目的是提供一种与固态多类型维护电表相结合并在电表安装后、以及在其运行期间周期性地自动检测电维护具体类型的方法和装置。
根据本发明，提供了一种完整的电测仪表自检查和系统诊断装置，包括一个微处理器、存储器、用来自动周期性地执行预选定的一整套仪表自检查并记录所发生的任何故障的逻辑电路、用来自动周期性地执行一系列预选定的系统诊断测试并记录超过预定可编程阈值的任何结果的逻辑电路，以及用来显示故障与/或诊断信息的显示装置，这些信息分别表示一个或多个自查故障、或选定的诊断数据和/或在一个预定周期内仪表自检查中发现的故障。
本发明装置最好与采用数-模转换器和相关数字采样技术的固态电表相结合，以得到相应于该电表所连接的单相或多相系统的一相或多相电流和电压的数字数据。
本发明自动进行预先选定的电表自检查，最好每天、和(或)停电后重新启动时以及(或)对整个电表结构进行重新配置时检查一次，以便验证所选电表组件的运作能力。例如，在优选实施例中，本发明装置检测它自己的存储器、微处理器和电表中所选的寄存器，以便测定从上次检查以来所记帐的数据(billing data)是否已经恶化。由于记帐的数据恶化被认为是电表的致命错误，本发明装置将产生并显示一个指示故障类型的故障代码，将显示锁定在故障代码上，并中止所有电表功能(除通信功能外)，直到将该表重新配置。
另外，该装置还对其他象寄存器存满溢出、时钟、使用时间、反向功率流和电池过低之类的非致命故障周期性进行检查。故障检查的频度可以改变，视被检查的部件与状态、以及这种故障对电表继续运行的潜在影响而定。一旦发现之后，非致命故障可不可以将显示锁定，取决于故障的性质以及这种特定的电表如何构置。
本发明还周期性地地执行一系列预先选定的系统诊断测试。这类测试在电表安装时进行，而在电表正常运行期间最好每五秒钟左右测试一次。在优选实施例中，该装置进行极性、交叉相位和能流诊断、相电压偏离诊断、无功相电流诊断、每相功率因数诊断以及电流波形畸变探测诊断，这类诊断是利用厂家确定的参量以及用户确定的参量进行的，这些参量可由现场人员在安装时设定。
在进行极性、交叉相位和能量流诊断中，本发明的装置利用累计的电流和电压信息来决定多相系统中每一电压和电流相矢量(例如VB、VC、IA、IB和IC)相对于参考相矢量(例如VA)的相角。每一相矢量对这种安装的正常位置是预先设定的，并用作标准值与计算的相角进行比较，以确定每一相角是否落在预定范围之内。如果任一计算的相角落在其对应的预定范围之外，就会显示一个诊断故障信息。这种诊断在安装时特别有用，因为这种故障可以指出电压或电流回路的交叉相位关系、电压或电流回路的极性不正确、单相或多相(共同产生)的反相能流，或内部电表测量工作不正常。
本发明的装置还特别包括一种“Toolbox”(工具箱)显示，当现场人员手工启动时，它将滚动显示整个预选值清单供现场人员审查，如每相的电压和电流、与每个电压和电流相矢量相关的相角，以及每种出现诊断失效的次数。
在本发明的一个实施例中，本发明装置在电表安装好并加电以后、特别是周期性地在电表正常运行期间自动地感测电维护的类型(即单相、三线三角形、四线Y形或四线三角形)。
这些系统诊断、工具箱显示和自动维护感测功能由本发明装置在不中断电表运行的情况下进行，除非由于一种致命的故障而使电表运行有意中止。
从下面参照附图对实施本发明的最好方式所作的详细讨论中，很容易了解本发明以上目的及其他目的、特点和优点。
图1是系统方框图；图2是本发明系统可与之组合的电表立体视图；图3是图2电表的方框图；图4是本发明电力系统诊断检测的流程图；图5是由本发明实现的极性、交叉相位和能流诊断的第一部分的流程图；图6是由本发明实现的极性、交叉相位和能流诊断的第二部分的流程图；图7是由本发明实现的相电压偏离诊断例行程序的第一部分的流程图；图8是由本发明实现的相电压偏离诊断的第二部分的流程图；图9是由本发明实现的无功相电流诊断的第一部分流程图；图10是由本发明实现的无功相电流诊断的第二部分的流程图；图11是由本发明实现的每相功率因数诊断的第一部分的流程图；图12是由本发明实现的每相功率因数诊断的第二部分的流程图；图13是由本发明实现的每相功率因数诊断的第三部分的流程图；图14是显示在Toolbox显示中的项目清单；图15是用于典型三相电表安装的相矢量图；图16是说明代表系统跟踪的两相量的波形关系图图17A是图3中前端模块42方框图的第一部分；图17B是图3中前端模块42方框图的第二部分；图18A是图3中寄存器模块48方框图的第一部分；图17B是图3中寄存器模块48方框图的第二部分；图19是由本发明实现的电流波形畸变探测诊断的第一流程图20是由本发明实现的电流波形畸变探测诊断的第二流程图；图21说明代表电表形式矢量及其可支持的相关电维护的类型表；图22是由本发明实现的自动维护感测功能的第一部分的流程图；图23是由本发明实现的自动维护感测功能的第二部分的流程图。
参照图1，总体表示为20的本发明系统包括一个中心处理单元22，足以存储分别与对电压A/D变换器26和电流A/D变换器28的电压和电流数据周期采样相对应的数字数据的存储器24、用来进行由系统支持的电表自检查和系统与安装诊断的逻辑电路30，以及用来显示故障和诊断信息的显示装置。
参照图2，系统20最好并入一个固态多相千瓦/千瓦小时(“Kw/Kwh”)单功能电表34(如图3、17A-B和18A-B的图示及后面的详细说明)，这种电表包括一个大体为圆形的基座36、带固定面板的普通模压塑料壳(未表出)和一个表盖40。电表34表还含有适合与现行电力系统连接的常规电流感测部件。
现参照优选实施例中的图3，将本发明系统20的诊断逻辑电路30并入电表的前端模块42，该前端模块包括一个微处理器44、一个用作电压A/D变换器26的8位A/D变换器、一个用作系统存储器24一部分的随机存取存储器45，以及只读存储器和EEPROM，系统诊断逻辑电路就设置在这里(46)。前端模块除了由本发明系统20所执行的系统与安装诊断及工具箱显示之外。还最好提供其他的电表功能，包括电表部件自检查、A/D采样、能量计算、当前需求量、瞬时值、任何可选的输出，以及电表通信。本实施例中的显示器是一种液晶显示器33，它最好含9个七段数位、3个十进位点及用于显示由常规电表通常显示的电力系统信息以及由本发明系统所产生的诊断数据的多个图标，大体上如图3所示。
电表34还包括一个有微处理器50的寄存器模块48，包括只读存储器；随机存取存储器51，它同时部分用作系统存储器；一个96段LCD显示驱动器；以及24根I/O线。在这个实施例中，只读存储器和寄存器CPU50包括用来产生工具箱显示以及有本发明系统20产生的诊断故障代码的显示逻辑电路。寄存器模块48除了包括象自读取、使用时间、运行时间和大容量存储这样的时间相关功能外，还提供其他电表功能，如维持记帐值和记帐寄存器相关功能。
应当注意，在图3所示电表34的实施例中，本发明系统20使用一个用来感测电压信号的8字节A/D变换器26和一个用来感测电流采样的外部12字节A/D变换器28。正如熟练技术人员所知，由于电流变化的范围比电压要宽，电流变换器28要求较高的分辨能力。这些熟练技术人员还会懂得最好由分离的变换器来同时感测电流和电压，以使电流互感器产生的相位误差可直接通过调整电流采样与电压采样之间的延时来补偿。因此，在理想电流互感器且不传递相延时情况下，则可用独立的变换器26和28对电压和电流同时采样。
用来产生系统20的工具箱显示和诊断故障信息的显示逻辑电路是图3特定实施例中由寄存器CPU 50实现的显示逻辑电路52的一部分。然而，熟练技术人员会懂得，本发明系统的逻辑电路和CPU的能力可以以一种较简单的信号处理器结构(如图1所示)、以及图3所示结构或其他硬件设施来实现而不偏离本发明的实质。
本发明系统20通过“工具箱”显示提供全范围的系统诊断能力和诊断显示功能。该系统与安装诊断部分地由用户通过编程软件来确定。这个工具箱是一种包容在一具体运行方式中固定设置的诊断信息的显示，它可以由用户(一般是现场人员)启动电表上的一个磁性开关来存取。下面将对每种诊断能力作进一步的详细讨论。
在一个实施例中，系统20还提供一种自动维护感测能力。如下面将进一步详细描述的那样，这种能力包括用来自动周期性地测定电表所提供电维护的逻辑电路，这种测定在电表安装时、加电后、以及周期性地在电表运行期间根据电表预先编程的形式号和电压相矢量Va和Vc的角位移进行。如下所述。系统与安装诊断本发明的系统20完成多种系统与安装诊断，可指明与电维护、电表的错误安装或电表内部的功能不正常有关的潜在问题。虽然这类诊断可能按电表所提供的电维护类型而改变，但下述诊断一般由该系统来完成。
参照图4，这种系统与安装诊断还最好作为一种状态机制来实现。在该优选实施例中，诊断由用户可对电表选择进行的四种诊断组成(1)极性、交叉相位和能流检查；(2)相电压偏离检查；(3)电流互感器检查；(4)每相功率因数检查；以及(5)电流波形畸变检查。所有被选定的诊断均由电表至少每5个采样间隔进行一次。
当根据用户相应于诊断失效确定的参量出现任何故障状态时，电表显示信息来指明其故障状态，并有选择地触发一个输出触点关闭，如一个水银浸润继电器或一个编程为“故障状态报警”的固态触点。当一个选择的输出被编程为故障状态报警时，一旦由用户选定的任何诊断故障被触发，这个输出触点就会随时关闭。
再参照图4，本发明系统20最好通过54-62所示的一系列计算和诊断检查来说明。在这个优选实施例中，将处理时间分成等于60个电源线路时钟周期的采样间隔。例如，在50Hz的设备中，这是1.2秒。在60Hz的设备中，采样间隔将是1秒。
用一个简单的计数器，，系统20进行必要的采样和计算以确定IA的相角(最好相对于相矢量VA)，并在第一采样间隔内进行诊断检查#1，如54所示。
在第二间隔(56)，系统20积累必要的采样来计算IB的相角并进行诊断检查#2。
在第三间隔(58)，系统积累必要的采样来计算IC的相角并进行诊断检查#3。
在第四间隔(60)，系统积累必要的采样来计算VB的相角并进行诊断检查#4。
在第五间隔(62)，系统积累必要的采样来计算VC的相角，进行诊断检查#5并将计数器置零。
在每个间隔末将计数器加1(64步)，且其顺序连续重复。这样，在60Hz系统中，对每个电流和电压相矢量计算其相位角，并进行四种诊断检查的每一种，每5秒钟一次。正如熟练技术人员所知，可以执行不同的时间间隔和/或可以改变子程序54-62，来适应一种或多种按希望所选定的诊断的更频繁的或不频繁的检查。诊断#1-极性、交叉相位和能流检查按图5和6，极性、交叉相位和能流检查进行设计来检查任何相电压和电流极性反向，并检查某相电压与不同相电流的错误接线。这种情况也可能因共振的出现而产生。这种检查通过周期地测量每个电压和电流相矢量相对于参考矢量(最好是VA)的相角来完成。将每一相角与其理想相角进行比较，后者定义为从一个平衡纯阻性负载可能产生的相角。如果任何电压相角滞后或领先于其理想相角超过预定值(最好10°)，或任何电流相角滞后或领先其理想相角超过第二预定值(最好90°)，则电表指示一个诊断#1故障。
如图5所示，系统20的极性、交叉相位和能流检查诊断程序66首先检查每个电流和电压相矢量(在68-76处)的每个相角(适用于接有电表的特定电力系统)，来确定每个相角是否落在对ABC旋转的预定理想值的容限以内。如果这些相角的任一个没有落在理想值的允许范围内，则该系统将abc标示设置为错误(在78处)，再假定为CBA旋转，着手(如图6所示)检查每个相角。
如果经由68-76测定的所有相角都落在其预定理想值的允许范围内，则系统20在80处将abc标示设置为正确(80处)，并着手检查假定为cba旋转的相位角。
现在参考图6，一旦执行ABC旋转检查后，系统经由82-90检查每个电流和电压相矢量的相角，来测定对于CBA旋转的相角是否落在其预定理想值的允许范围内。如果任一相位角落在那个相矢量预定理想值的允许范围之外，系统在92处将cba标示设置为错误。如果测定的所有相角都落在其预定理想值的允许范围内，则系统在94处将cba标示设置为正确。然后，系统20确定是否abc还是cba标示是正确的。如果两者都正确，则诊断检查就通过。如果abc标示和cba标示两者都为不正确，则ABC和CBA旋转两者诊断检查都不合规格，指示一个诊断故障。
当测出一个诊断故障时，系统记录故障的出现并显示出该故障，后面再进一步描述。但在本优选实例中，直到三次连续检查都存在这种故障状态也未出现这种诊断故障的初始显示。
正如熟练技术人员所知，这种诊断可以指出某些问题中的一个，包括电位或电流回路的交叉相位关系，电位或电流回路的极性错误，一相或多相反向能流或内部电表测量工作不正常。诊断#2-相电压偏离检查现参考图7和8，设计这种相电压偏离检查是为了对处在用户确定范围之外的任何相电压进行检查(在98处)。这实际上是一种配电变压器电压间隙检查。这是通过周期地测量每相电压并按程序软件标定的预定电压范围对其进行检查来完成的。
此项检查所用的公式是Vupper=(1+XX100)VA,]]>以及Vlower=(1-XX100)VA]]>如果任一相电压高于Vupper或低于Vlower，电表将指示一个相电压范围诊断故障。
应当注意的是，在本优选实例中，系统20检查(在100处)是要测定装有系统20的电表所支撑的电维护是不是一种三相、四线Δ接法维护。如果是这样的话，系统就计算C相电压特定情况的上限和下限，如102所示。
此外，如果C相或B相电压超过预定范围，系统指示这次诊断检查失效(在104或106处)，指出一个诊断故障，记录该故障并显示出相应的故障信息，如后面所述。否则，这次诊断检查就通过(在108处)，且本次检测即告完成。
但应该注意的是，在该优选实例中，直到三次连续检查都存在这种故障状态才出现这种诊断故障的初次显示。
这种诊断可指出相电位损耗、错误的变压比、变压器绕组短路，不正确的相电压、内部电表测量不正常以及其他潜在的问题。诊断#3-无功相电流检查现在参见图9和10，在执行无功相电流诊断中，系统20将周期地把每相瞬时RMS电流与预定的最小电流电平进行比较，其范围最好是按增量1mA从5mA到200A可选。如果所有三相电流都在允许电平以上，或所有三相电流都在允许电平以下，则此次诊断就通过。任何其他组合都将导致诊断#3不合规格，并将指示一个诊断#3故障。
然而，最好还是直到三次连续检查都存在这种故障状态才出现这种诊断故障的记录和显示。
诊断#3故障的出现意味着一相或多相电表相电流幅度不和规格。为了解决这个具体问题，用户必须从Toolbox模式得到相电流信息。如后所述。
正如熟练技术人员所知，这种诊断检查可以用来指出某些潜在问题中的任何一个，例如一个开路或短路的电流互感器电路。诊断#4-每相功率因数检查参见图11-13，设计每-相功率因数诊断检查是为了验证电表每相电流相矢量和理想电压相矢量之间的相角是否处在用户指定的范围(+/-1-90°)。由于这个容差比对诊断#1的限制更大，系统20直到诊断#1已通过方执行这种诊断检查。这一诊断可能指出一系列潜在问题的任一个，包括不良的负载功率因数状态，不良的系统状态或工作不正常的系统设备。
系统20先在114和116处检查abc和cba旋转标示，如这两种标示都错，表示诊断#1已失效。由于这种诊断的容差比对诊断#1限制更大，该诊断检查中止。
如果abc和cba标志都为正确(表示诊断#1已通过)，系统20在114和116处分别执行相应的ABC和CBA旋转检查。对ABC旋转，系统检查相应的电流相矢量和理想电压相矢量之间相角(118-122)，以确定该相角是否处在用户确定的范围内。如果该相角处在预定的范围内，此次诊断就通过(124处)。如果不是，则此次诊断失效(126)，指出一个诊断#4故障。在CBA旋转情况下，系统20对可适用的电流相矢量执行类似范围的检查(128-132)。诊断#5-电流波形畸变检查参见图19，设计电流波形畸变检查是为了检测任何一相中DC电流的存在。这种诊断对设计成仅通交流电流的电表特别有用，这种电流互感器的性能因过大的直流电流而退化，因直流电流使互感器偏置，致使其工作在非线性区。
在电表中产生直流电流的基本方法是在正常负载上并联一个半波整流负载。半波整流电流信号的存在具有提高波形正半周或负半周幅度而保持另一半周不受影响的作用。对于那些没有设计成通直流电流的电表，当这种信号出现在电流互感器的输入端时，其电平浮动而使输出平均值为零。然而，波形正、负半周的峰值大小不再相同。直流电流检测诊断通过在电表的一个采样间隔内取正、负峰值差而利用这一现象。如果没有直流电流存在，在一个间隔内电流采样累加的结果应该是一个接近于零的值。如存在直流电流，则积计值将显著升高。不管伴随的交流电流波形的相位和幅度如何，这个方法(参见下面的Comb Filter方法)总给出精确值。
既然采用本发明的电表一般是多相电表，意味着存在由这种表测量的两相或三相电流，有可能使某些人在负载上跨接一个半波整流电路将电表篡改而将直流电流引进设备。这个电路可加在某单相上。为此，DC检测诊断应能在每相偏置上检测到直流电流。
计算每相直流电流检测值的Comb Filter方法在图19的流程图中说明。在每个采样间隔内该方法包括如下步骤(1)记录每一间隔内第一电压采样的符号；(2)利用第一电压采样的符号，检测过零的第一电压；(3)将电压过零后的第二采样电流累计到电流峰值累加器中(大约90°)；(4)将初始电流采样后每第四电流采样累计到电流峰值累加器中(相隔约180°)；(5)重复步骤4；以及(6)在采样间隔末了，将累加电流峰值除以在该间隔内所用合适的电流值。其作用是将对电流存在的三个不同增益范围的结果归一化。同时，为下一采样间隔的累加器清零。
步骤6相除的结果是正比于该相直流电流一个无量纲值。这个值将称为DC检测值。将DC检测值与预选定的检测阈值进行比较，以确定直流电流是否可能存在。本实施例中，检测阈值设为3,000，因为已经发现3,000这个值是对200安培和20安培两种电表都适合的阈值。
这种诊断利用A/D采样来确定每相的电压和电流，每一采样间隔(一般为1秒)内采样481次。每相电流有与之相关的增益。如果电流幅度变化足够快，则每个采样间隔的这个增益可能改变。这一点在直流电流检测中是重要的，因为检测技术要求在某一时间段内对采样电流值求和。如选择时间周期大于采样间隔，则电流值的求和包括在不同增益范围的采样这种可能性是存在的，于是累加的采样便失去其意义。因此，用每一采样间隔内所用合适的电流增益将所得采样电流峰值归一化是重要的，如上面步骤(6)所述。
应该注意的是DC检测值的计算将仅在任一单个采样间隔内对一相进行。因此，与其他由电表至少每5次采样间隔(一般为每5秒)执行一次的那些诊断不同，对可能的三相电流的每一相进行三次连续检查，间隔为5秒，总采样时间为每相15秒。这样，一次完整的电流波形诊断检查所需的总时间为45秒(A相、B相和C相各15秒)。
如果发现对一特定相所有三次连续间隔的DC检测值都大于所选定的检测阈值，就在那一相上记录存在直流电流。当所有三相都检查后，如果在任何一相上都有直流电流记录，则诊断启动。当45秒间隔过后而在任何一相上都没有发现不正常时，则诊断将关闭。
值得注意的是应将检测阈值设置在相应于电表的电流互感器开始恶化的直流电流电平上，以便在此直流电平到达之前能够检测和记录诊断#5故障。
参见图20，这种诊断对三相电的每一相三次调用相位检查程序。相位检查程序则对该相三次采样间隔的每一次累计电流采样、将累加采样数据归一化、并将此值作为一个直流检测值DVn储存起来。
再次参考图19，检查诊断#5程序在200处由清除间隔读数和A相、B相和C相的每一故障读数(PHA ERRCT，PHB ERRCT和PHCERRCT)开始，间隔计数器可以是一个模9计数器，其增量值可为0-8、然后回0，等等。在头三个5秒间隔的每一间隔(即间隔计数＝0、1和2)，程序在202处对A相执行相位检查，在接下来的三个5秒间隔内(即间隔计数＝3、4和5)，程序在204处对B相执行相位检查，对于45秒诊断周期的最后三个5秒间隔(即间隔计数＝6、7和8)，程序在206处对C相执行相位检查。
一旦完成对A相的每一相位检查程序，系统便在208处确定DC检测值是否大于检测阈值，且若该DC检测值大于检测阈值，则A相故障计数器(A相ERRCT)加值。然后对B相三次调用相位检查程序。每相检查程序完成后，系统20在210处再次检测DC检测值是否大于检测阈值并相应地设置B相故障计数器(B相ERRCT)。然后再对C相调用相位检查程序，系统20在212处再次将从C相得到的DC检测值与检测阈值进行比较，并相应地对C相故障计数器(C相ERRCT)加值。
接下来系统在214处确定A相、B相和C相中任一相的故障计数器是否等于3。如果等于3，在三次连续采样期间对那一相会检测到DC电流，系统便在216处对ERRCT＝3的每一相，即A相、B相和C相的故障计数器标示一个诊断#5失效(分别为PHA CHK FAILURE、PHB CHKFAILURE或PHC CHK FAILURE)。在任何情况下，将每个PHA、PHB和PHC CHK FAILURE计数值加到诊断#5计数器(表示诊断#5故障累计总数)，诊断即告完成。
于是，在45秒采样间隔未了，每相电流检查三次后，如果三相故障计数器的任何一个在所有三次检查中都记录了故障，则将记录一次诊断#5故障。在Tool Box模式中报告的诊断#5计数器(DIAG#5 ERRORCOUNTER)就是这三个每相DC检测计数器之和。自动维护感测在本发明的一个实施例中，系统包括用来根据电表的预编程形式因子和电压矢量Va和Vc的角位移自动测定由电表支持的电维护的逻辑电路。这种性能取消了对用户在安装前需将电维护类型编程进入电表的要求，因而允许用户充分利用这种电表的灵活的、多类型维护的能力，并降低用户的电表编目要求。另外，自动电维护感测能力确保电表和任何使能系统以及安装诊断在以最小预编程安装后都将正确地运行。最后，自动维护感测能力允许电表从一种电维护重新安装到另一种电维护，而无需对电表支撑的电维护类型的改变预编程。
参见图21，在一个实施例中，该系统包含对已预编程为形式5S、6S、9S、12S、16S、26S、5A、6A、8A和10A的那些电表的一种自动电维护感测能力。图19所示形式组之一的每种不同维护有唯一的平衡电阻负载矢量图，表明每一单个相电流和电压相对于A相电压的相角方位。在一个实际领域的应用中，电流相矢量将因负载的变化而移离这些平衡电阻负载位置。然而，电压相矢量不会随负载改变，且应处于其平衡电阻负载位置1°或2°范围内。因为B相电压矢量既不在两元电表上出现，也不会在6S(6A)电表中存在，这个电压是设计用的。然而，C相电压矢量对所有不同的形式和维护都存在，并相对于A相电压来测量。于是，对图21中所标出的形式电表，相对于A相电压矢量的C相电压矢量角位置的检查只提供确定电表处于哪种维护所需的信息。
这个规则唯一的例外是网络和四线Y形维护不能在5S、26S形式组中通过简单检查C相和A相电压矢量位置来区别。在此所述系统的实例中，系统简单地假设在这些条件下的一种四线Y形维护。
这样，如图21所示，如果已知电表的形式因子，则电维护的类型常常可以通过测量电压矢量的角位移来确定。实际上，每一形式为8A、10A、9S和16S的电表都支持四线Y形和四线三角形电维护。由于在四线Y形和四线三角形系统中的电压矢量Va和Vc的位移不同(对于ABC转向分别为120°和90°)，在为确保对系统所计算的相矢量进行有效的角度测量而滞后于启动一个适当的时间后，系统测定Va和Vc电压矢量之间的位移，并根据这个位移量确定此电表是否是安装在四线Y形或四线三角形系统中。
同样，对于电表形式6S或6A，系统测定Va和Vc相矢量的位移是否处在离120°的允许范围内(最好±10°)，以确保电表是安装在它所支持的适当四相Y形电维护中。对于12S电表，系统测定Va和Vc相矢量的相角是否处在允许的60°、120°或180°的阈值内，如果是，则测定已分别安装在三线三角形、网络或单相电维护中的电表。最后，对于5S、5A和26S形式，系统检查Va和Vc相矢量，以测定其相位角是否落在三线三角形(60°)、四线三角形(90°)或四线Y形(120°)维护的每一种的允许阈值内，如果是，则记录相应的电维护类型。
应该注意的是，在5S、5A或26S形式下，系统不能区分四线Y形和网络维护，因为在ABC旋转下Va和Vc相矢量之间的角度对于这两种维护都是120°。然而，由于目前在网络中采用5S的应用并不多，在一个实施例中，系统只假定一个120°的Va/Vc角位移是四线Y形电力系统。应该理解的是如果电表实际上是用在网络维护中，任凭安装在四线Y形网络中电表自动维护感测功能如何测定，电表仍将正确地运行。然而，既然四线Y形中电流(I)和电压(V)之间存在30°相移，而网络维护中电流和电压相矢量不会互相偏移，如果包含上述自动电维护感测功能的5S、5A或26S形式的电表用在网络中，则某些诊断计算(如所述诊断1和诊断4)可能不真实地指示故障.
应当理解的是，这种系统同样可以通过检查电压相矢量和/或自动诊断所获得的其他信息实现对装有其他形式电表的电维护进行自动检测。
还应该注意到，图21所表明的角位移是对ABC顺序而言的。在进行电维护测定中，系统最好也检查ABC转向的Va和Vc角位移值。应当理解的是，在CBA转向中，C相电压相矢量Vc应该是360°减去图21所示Vc的位置。
图22和23表示本发明的一个实施例中采用的自动维护检查功能的流程图。每次电表加电，或系统诊断重新构置时，电表将执行系统检查维护功能。这可以通过将维护类型恢复到一个无效值来启动。在启动时或重构后(例如，供电中断)，系统将识别这个无效值，并自动开始进行一种有效维护类型的测定。
设置一个预定时长的诊断延时，对于以60Hz运行的电表最好取8秒左右，以使电表稳定并对要计算的五种可能的相矢量进行角度测量。因此，在这个延时期间，自动维护感测功能并不运作，因为Va和Vc相矢量值可能不可靠。诊断延时过后，自动维护感测功能在每次采样间隔(对于60z为1秒)末了启动，直至找到一种有效的维护。如果有效维护没找到而任何诊断已在系统中启动，则这种测定有效维护的失效将记为诊断#1故障。如果诊断没有启动，则不记录无效维护故障。在使用自动维护感测功能的一个系统实施例中，对于一个无效维护的诊断#1故障不会出现在显示器上，除非诊断#1能够滚动或锁定，如本文所述的那样。
只要没找到有效维护，诊断就不会被检查。一旦确定出一个有效维护(记录在系统中的维护类型)，自动维护感测中止，电表便开始在每个采样期间对那些已启动的系统诊断作诊断检查，正如下面所述。
应该注意，在本发明的一个实例中，当出现维护检测失效时诊断#1失效的运行与正常诊断#l失效稍有不同。如果在首次检查中未立即找到维护类型，只要系统中至少有一个系统诊断功能工作，则启动一个诊断#l失效。只要发现一个有效维护，诊断#1故障便立即清除。仅当能使诊断#1滚动或锁定时，故障才会在电表上显示。只要系统诊断之一能启动，这种失效总是记录在诊断#1故障计数器中。如系统诊断都没有启动，则这种失效就不会被记录。这允许用户选择关掉任何警告。
应该注意的是，图22和23所示的执行过程中，系统允许有一个电压相矢量位置的容限(最好是
)以便通过诊断。在现场操作中，鉴于电压相矢量的变化很有限，一般在其平衡阻性负载位置1°或2°范围内，这一容限被证明是足够的。用户确定诊断系统最好允许用户能在电表安装期间启用或停用一种或多种系统诊断。如果进行诊断，系统最好还提供用户定义的参数，如下所述。
为了开动或关闭任何一个上述的诊断检查，用户必须回答由系统支持的每种诊断检查编程软件中的下述类型提示。
“诊断#N禁止”对每个“诊断N”(其中N代表诊断序号1-4中的一个)，当按下Return键时，用户得到一个菜单，最好包括在如下选项Disable(禁止)Ignore(忽略)Lock(锁定)Scroll(滚动)Disable选择停止那个诊断的执行。
Ignore选择(如果执行)意指诊断将影响故障状态警报(如下所述)，但不会显示。
Lock选择(如果执行)将在测得诊断故障的情况下使诊断故障信息锁定在电表显示器上。
Scroll选择(如果执行)将在发现诊断故障后，于每一正常模式显示项之间的“off time”期间，产生要显示的诊断故障信息。
除以上提示外，还将提示用户对特定电表安装支持的电维护类型(如4-线Y形)编程。
对于诊断#2，还会提示用户插入一个数值(最好相应于一个百分比容差)来设计所有电压的容差，以响应下列提示诊断#2百分比容差＿＿＿＿＿＿对于诊断#3，最好提示用户设计可接受的最小电流电平，以响应下列提示诊断#3最小电流＿＿＿＿＿＿诊断#4最好还提示用户通过插入一个数值(1-90°)来设计允许的相角容差，以响应下列提示诊断#4相角容差＿＿＿＿＿＿如果选择了Lock或Scroll，只要检测到诊断故障，电表将显示下列信息故障诊断N(其中N＝诊断编号)同时，每当检测到故障时，这个故障计数器的发生数就加1。但如前所述，在优选实施例中，直到故障状态已在连续三次检查中出现才产生诊断故障的系统应答信息和初始显示。同样，直到两次连续检查中故障已不存在，该故障才从显示器上消失。
另外，在每个正常模式电表显示项之间的“off time”(停歇)期间，显示要么锁定在故障信息上，要么通过显示来滚动故障信息，这决定于系统安装时的设置。各种与本发明技术一致的其他显示方法均可采用。电表自检查最好将本发明的系统20作适当的程序设计来周期地执行一系列电表自检查，如果检测到任何故障，系统将记录出现一个故障状态，显示一个相应于所测故障类型的故障代码，并根据故障类型采取其他合适的动作。
系统最好执行对致命故障和非致命故障进行周期性检查的一系列程序。所谓致命故障是指检测的失效可能是记录数据不可靠，或可能引起电表将来运行不可靠一类的故障。系统20最好进行电表自检查，检查电表寄存模块的内部RAM，寄存模块的ROM，寄存模块的EEPROM，寄存模块的伪RESET以及前端模块内部RAM、ROM和EEPROM。每当停电后电表重新启动或电表重新配置时，最好将这些电表部件检查一遍。如检测到RAM、ROM、前端模块处理器故障或其他致命故障，系统20会显示一个相应于所测故障的预定故障代码，将显示器锁定在该代码上，直到电表重新初始化，并中止除通信以外的所有电表功能。
系统20通过检测寄存模块处理器是否在没有先进行预定的停电程序而遇到一次硬件RESET来检查掉电故障。这种情况可能在供电线上的瞬态过程瞬间触动(assert)RESET线时发生。一种检查伪RESET的方法是将一个特殊字符写入寄存器EEPROM中作为停电处理的最后一步。如果加电时这个特殊字符不出现，则发生了一次伪RESET。系统20则将显示该掉电故障代码，并中止除通信以外的所有电表功能。
系统以同样方式检查前端模块的RAM、ROM、EEPROM和处理器失效，如上所述。在按图3电表所组合的实例中，如发现前端模块的任何致命故障，则前端模块将停止与寄存器模块的通信。如果前端模块与寄存器模块之间通信中断超过5分钟，则足以认定已检测到这类故障中的一个，便显示一个前端处理器失效故障代码，并认定68HC11 RESET线，直到前端模块恢复正常运行。
由系统执行的电表自检查最好还包括一系列非致命故障，例如寄存器满刻度溢出、系统时钟、使用时间(TOU)、大容量存储器，反向功率流和低压电池故障状态。
例如，如果峰值Kw寄存器超过预置的寄存器满刻度值，将报告一个寄存器满刻度溢出故障。如果检测到这一情况，系统显示出一个寄存器满刻度溢出故障，当电表重新启动或由预定的编程装置将故障清除时，这个故障即被清除。
如分、时、日或月数据超出预定范围，则将报告一个时钟故障。如产生时钟故障，TOU和存储器容量选择将被禁止，并中止记录间隔数据直到电表重新设置。
如果一个内部TOU参数变得不可靠或含有一个其预定允许范围以外的值，将报告一个TOU故障。如发生TOU故障，将显示相应的故障代码并禁止TOU选择。
如果内部大容量存储器参数变得不可靠或超出其预定允许范围，将报告一个大容量存储器故障。如果出现大容量存储器故障，则显示相应的故障代码并禁止大容量存储器选择。
如果前端模块在相反方向检测一个完整而连续的表盘旋转的等效信息，将报告一个反向功率流故障。不管能量稳定与否，总会报告这个故障。
如果在电平检查时确认在电源组合电路上有LOBAT信号，则将报告一个低压电池故障。如果检测到低压电池故障，将显示相应的故障代码，与时钟故障一样，将中止所有TOU和大容量存储器选择。如果在任何断电前更换电池，则当电池电压上升到预定阈值以上时，低压电池故障将被清除。然而，如果断电后电池电压低于阈值，电表必须重新构置来清除这个故障。
系统最好在每个请求间隔的末了检查寄存器的满刻度溢出，并且最好在加电时、2300小时、以及在任何类型电表重构时对时钟、TOU和大容量存储器故障进行检查。反向功率流故障最好由系统每秒检查一次，并在通电时和每一间隔对低压电池故障检查一次。
在系统20的优选实例中，系统允许用户选择要执行哪些电表自检查功能。在优选实例中，如果检测到任一个选定的非致命故障，在正常显示项之间的off-time期间，系统会显示一个相应于被测故障的预定故障代码。另一方面，一旦检测到任何这种故障，系统可以允许用户对系统编程将显示锁定在任一非致命故障的故障代码上。在这种情况下，由用户启动一个开关将使电表通过正常显示菜单滚动一次，然后锁定在非致命故障显示上。
应该注意，在优选实例中，不能禁止致命故障检查。如果非致命故障检查未被选择，它就不会被显示和标示。
那些熟练技术人员都懂得可以采用各种显示方法。例如，可对系统编程将显示锁定在对应于任何测得的非致命故障的故障代码上，直到磁性开关启动。一旦磁性开关启动，系统则可通过其正常显示滚动，然后锁定在非致命故障代码的显示上。另外，可对系统编程使继续通过预定的显示清单滚动，周期地显示任何或全部非致命故障代码。
其他电表部件可采用常规方法和设定的故障代码作同样的周期性地检查，当适合提醒用户注意可能的数据中断或电表的不可靠运作时，可显示这些代码。工具箱模式诊断工具箱最好是图14所示格式的一组固定选择显示项。在优选实例中，工具箱显示是通过一个处于表盘上12点钟位置的磁性弹簧开关来存取的，而且通过将磁铁紧靠弹簧开关至少5秒来启动。可以由用户把磁铁置于电表的顶部来实现。
当存取时，工具箱的每个显示项分别按图14及所示次序显示。一旦电表处于工具箱显示模式，所有工具箱显示项将至少滚动一次。当磁铁移开后，电表将完成到工具箱显示清单底的滚动，然后恢复到正常模式运行。在电表处于工具箱模式的整个期间，TEST报警器会每秒闪动两次。
所有#DIAG Error计数器最好由一个外部装置清零，例如一个手提个人计算机或通过正常通讯。在优选实例中，每个计数器的最大值是255。
当处在工具箱模式时，电表工作照常进行，这样便保证即使磁铁停留在电表顶部较长一段时间，电表运行仍不受影响。在电表处在工具箱模式的整个期间，随着其值的变化，系统连续修改显示的工具箱参量。
在工具箱模式下，Watt Disk Emulator(瓦特盘模拟器)以1.33秒一圈的速度沿恰在该时刻显示其信息的那一相功率流方向转动。例如，当A相电压、电流、电压相角和电流相角正在显示时，Watt Disk Emulator按A相功率流方向每秒转动一次。一旦显示B相值时(如果存在)，若B相功率流与A相相反，Watt Disk Emulator转向反转。当四个转动故障计数器都有显示时，将Watt Disk Emulator关掉。
由于用户要求连续电位指示，三相电位指示(最好以VA、VB和VC表示)都出现在显示屏上。只要对应的电压处于预定的阈值以上，这些指示便是“ON”。该阈值最好定义为电表额定工作的最低电压值的75％。如果任何电压降到阈值以下，其指示器最好以每秒2次的速度闪动，
当同时存在一个以上故障时，根据预定的优先次序，仅显示与其中的一个故障相关的信息。在本系统的优选实施例中，建立下述优先次序1.电表自检查故障优先于系统和安装诊断故障。
2.由于在某一时刻仅有一个系统和安装诊断故障能够显示，最高优先序的故障将是一个采用预定优先次序清单显示的故障。
如果存在两个或多个系统和安装诊断故障，最高优先序的故障将是那个被显示的故障，并且是那个触发输出接点关闭的故障。如果这个故障被修复，就会显示仍然存在的下一个最高优先序故障，并将再次触发输出接点关闭。因此，只要有一个或多个诊断故障被触发，就始终认定输出接点关闭(故障状态报警)。
如上所述以及图14所示，工具箱显示最好还显示每相电流和电压的瞬态值。及其相对于A相电压的相位。根据这些信息，用户能够构成有助于定义正确安装和运行电表的相矢量图。这一显示也表示自上次系统清零操作以来的每次诊断积计的诊断故障数。
图14和15分别给出三相电表安装的相矢量图和工具箱显示之间所需关系的例子。利用工具箱显示中给出的相电流、电压和相角信息，用户应能构成如图15所示的矢量图。这将允许用户得到电力系统状态的抽点打印，并用来鉴别任何特征和故障。如前所述，工具箱还将给出四种诊断计数器的状态，它将为用户提供更详细的系统状态信息。相角计算在优选实施例中，系统诊断#1和#4中所采用的和工具箱显示所要求的相电流与电压的相角信息从每相的累加电流和电流值以及累计乘积Q和Y(在下面定义)来确定。A相电压最好用作其他角度的参考(或基准相矢量)。因此，A相电压角度在显示中以0.0°出现。对于(IA、IB、IC、VB、VC)这五个其他相角值将相对于A相电压值报告，并将总是相对于一个滞后的参考值给出。1. VA与IA间的相角若已知功率(Power)和视在功率(Apparent Power)，则可推出功率因数。
关系如下视在功率＝IRMSVRMS功率因数＝功率/视在功率＝功率/IRMSVRMS电压与电流间的相角(θ)则可计算如下θ＝arc cos(功率因数)本发明的装置也可通过检查无功功率的符号来确定电流是领先还是落后于电压。如果无功功率为正，则电流落后于电压，而如果无功功率为负，则电流领先于电压。
在本实施例中，每60个线路周期对电表每相的功率、RMS电压和RMS电流计算一次。这是通过在60个线路周期内作481次电压与电流采样来完成的。先作必要的相乘与累加，然后对这些值求平均以给出对给定的60个线路周期的功率、RMS电压和RMS电流。再用这些量在每60个周期末了计算每相的功率因数。
除电流与电压测量间必须感生90°相移外，无功功率可按与功率相同的方法来计算。2，一般的相角计算法的推导如下面所论证的，可将计算VA对IA相角的方法推广来计算任意参考相矢量(比如VA)与任意其他相矢量(比如VB、IB、VC、或IC)。
现参照图16，考虑如下频率相同、振幅不同且彼此有相移的两个正弦波at)＝Acos(ωt)b(t)＝Bcos(ωt-9)将余弦相角表示为(ωt-θ)，其隐含的假设是θ代表b(t)以a(t)为参考的一个滞后相移。各自的位置表示在时间上b(t)是在a(t)之前还是在其后达到它的最大值。如果b(t)在a(t)之后达到其最大值，则称它滞后于a(t)。如果b(t)在a(t)之前达到其最大值，则称它领先于a(t)。
为分离相角θ起见，将计算这两个正弦波乘积的平均值。这个平均值将以Q标记。求平均值的方程如下Q=1T∫0TAcos(ωt)Bcos(ωt-θ)dt]]>式中A和B分别代表正弦波a(t)和b(t)的振幅。一个正弦波的振幅XMAX与其RMS(均方根)值XRMS有关，由下式表示XMAX=2XRMS]]>因此，A=2ARMS,B=2BRMS]]>将这些关系代入Q的方程，则得到Q=ARMSBRMScosθ]]>或cosθ=QARMSBRMS]]>最后得到θ=arccos(QARMSBRMS)]]>因此，如已知两个正弦波乘积的平均值以及两单个波的RMS值，则可计算出两个波之间的相角。仅有这个信息我们还不能确定b(t)是滞后还是领先a(t)。然而，如果知道了θ角的符号，就可确定这个角是领先角还是滞后角。
为了确定这个角度的符号，考虑两个正弦波乘积的平均值，设a(t)有一个90°或π/2弧度的相移。a(t)的相移变型表示式如下a^(t)=Acos(ωt-π2)]]>a(t)与b(t)乘积的平均值将称作量Y。方程如下Y=1T0∫0TAcos(ωt-π2)Bcos(ωt-θ)]]>解此积分即给出下述关系Y=AB2sin(θ)]]>因此，如果已知两个正弦波乘积的平均值(Q)，已知参考波延时相移90°的这些正弦波乘积的平均值(Q)，以及已知每个波的RMS值，则可计算相角，并确定非参考波是滞后还是领先于参考波。可用来确定相角大小的两个方程如下θ=arccos(QARMSBRMS)]]>θ=arcsin(YARMSBRMS)]]>考察反余弦(arccosine)和反正弦(arcsine)函数幅角的符号，即可确定这个角度是滞后角还是领先角。既然正角相应于滞后角，则下面的关系用来确定这个角度是滞后角还是领先角就是对的反余弦幅角(+)，反正弦幅角(+)—滞后0°到90°；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(+)—滞后90°到180°；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(-)—领先90°到180°；反余弦幅角(+)，反正弦幅角(-)—领先0°到90°。因此，如能求得a(t)和b(t)的Q、Y及RMS值，即可确定这些正弦波间的相角。
上述求相角的技术将适用于任何电压或电流对。例如，为确定VB与VA间的相角，必须计算的两个量是两个波乘积的平均值(QVAB)，以及VA相移90°的这两个波乘积的平均值(YVAB)。
如前所述，并入系统20优选实施例中的电表在每60个线路周期内对VB和VA采样481次。对481个采样的每一个计算出VA和VB的乘积，并在采样间隔内累加，则在采样间隔末了可算出这两个波乘积的平均值(QVAB)。对QVAB的方程如下QVAB=CΣn=1481VA(n)×VB(n)481]]>式中C是用来补偿相电压降到可测量电平的一个计算刻度因子。
YVAB可用类似的方法从下式求得YVAB=CΣn=1481VA(n-2)×VB(n)481]]>式中对计算YVAB的C与计算QVAB的C是一样的，VA(n-2)是先于采样VAn两次采样的电压VA。
采样的设计要使得一个信号的两次连续采样相隔44.91°。因此，如果从两次采样以前对电压采样，这将产生近乎90°的89.82°相移。
应当注意的是，代替用VA的相移采样，也可将其他量相移90°来计算相角。这将得到同样大小的YVAB值。然而，由于相角偏移180°，因而将改变符号信息。用这种方按，则反余弦和反正弦函数幅角之间存在下述符号关系反余弦幅角(+)，反正弦幅角(-)—滞后角在0°到90°之间；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(-)—滞后角90°到180°之间；反余弦幅角(-)，反正弦幅角(+)—领先角90°到180°之间；反余弦幅角(+)，反正弦幅角(+)—领先角0°到90°之间。
如果要对每个采样间隔计算工具箱显示所必需的相角的新值，则必须要对每个采样间隔计算上述十个乘积项和累加项。由于过多的使用处理器时间以及将每个采样间隔内的全部十项累加所需要的RAM，最好对每段采样间隔只考虑这些项的一对。这就限制了处理时间和RAM的使用，从而每五个采样间隔便可获得对工具箱显示的新相角值。
在优选实施例中，按以下顺序计算乘积项并进行累加1.第一采样时间段-相角IA的VA*IA和VA(-90°)*IA；2.第二采样时间段-相角IB的VA*IB和VA(-90°)*IB；3.第三采样时间段-相角IC的VA*IC和VA(-90°)*IC；4.第四采样时间段-相角VB的VA*VB和VA(-90°)*VB；以及5.第五采样时间段-相角VC的VA*VC和VA(-90°)*VC。在第五采样间隔之后，顺序重新开始，将对相角IA必需的Q值和Y值累加。在每次采样间隔将对VA的采样储存。这就要求在每个间隔要存储对VA的两个附加值，即两个先前的VA值。
在本实施例中，这些功能以68HC11汇编码执行。这些乘积项的相乘和累加出现在前端采样中断例程中。电压值是8位值，而电流值是12位值。既然VA总是卷在任何一项乘积中，这就意味着某些乘积将是8×8位，而有些将是8×12位。由于希望用相同的算法作所有乘法，要将8位值扩大到12位值，以致仅将8×12位的乘法用在优选实施例中。
将VB和VC的8位电压值经符号扩大到12位值使得为求得相角而对乘积项的所有相乘和累加采用两种算法来处理，一种是对Y值的乘积项的累加，一种是Q值的乘积项的累加。电压值VB和VC的符号扩展在每次采样间隔内进行。这就不一定作专门检查来对需要这些量的采样间隔作鉴别，因为它们在每次采样间隔都可以获得。
电流和电压的全部12位值最好储存在存储器的16位寄存器中，因为存储器是按字节界分区的。
前端采样程序必须有一种方法来识别哪些乘积项是在每次采样间隔中要计算的。最好采用计数器标识符作变址为Q值和Y值的累加所必需的乘法运算存取正确的值。
为了将两个乘积项累加，在存储器映象旁设置两个累加器。每个累加器的大小是一样的，因为两者都做8×12位的乘法。最大可能的累计值如下最大8位值＝128最大12位值＝2048最大累加结果＝481*128*2048＝07 84 00 00(十六进制)因此，每个累加器4字节长，以便累加最坏情况下的结果。因此，旁设两个4字节的累加器来累计每个采样间隔的每对乘积项。
在每个采样间隔末了，将两个4字节累加器中的结果储存在两个4字节保持区，以等待为完成下次采样期间计算相角所必需的后台程序处理。
一旦经累加的乘积项对在一次采样间隔末了被传送到保持寄存器后，为确定相角所必需的后续计算则于下一采样期间在后台进行，而前台将对下一对乘积项进行累加。这些后台程序还必须有能力确定它们要对哪些累加乘积项对进行计算。一种分立的计数器标识符用于这种后台程序，它以与对前端采样中断的计数器标识符相同的方式运作。然而，既然这种标识符始终是前端模块采样中断程序计数器标识符后的一个计数，因而有可能采用同一计数器。
图2、3、17A-B和18A-B所示特别配置了本发明的系统20的电表34是一种采用数字采样技术的固态单功能Kw/Kwh电表，除了提供由本发明系统20产生的诊断信息以外，还提供一般的Kw/Kwh需求、使用时间和其他常规实时记帐信息。电表34最好采用在MS-DOS操作系统下运行于IBM兼容个人计算机的软件编程。这种软件包括提示用户提供电表配置参数的逻辑程序，最好包括提供为本发明系统20支持的诊断所用的用户-确定参量的安装提示，使得手提个人计算机能插进电表上的通信端口而在安装时对电表编程。
图17A-B说明优先将本发明系统20组合的电表34的前端模块44。前端模块44最好包括一个以单片模式工作的Notorola MC68HC11KA4微处理器140，一个集成8位A/D转换器142(用作本发明系统20中的电压变换器26)，用144总体标示的24K字节只读存储器(ROM)、640字节电可擦程控只读存储器(EEPROM)和768字节随机存取存储器(RAM)。ROM和EEPROM包括诊断逻辑器，而RAM用作本发明的存储器。146所示的一个外部12位A/D转换器用作本发明系统20的电流变换器28。
一个附加的故障状态报警功能可作为前端模块44上的一种选择来执行。这一功能用一条数据线(例如)通到外部通信装置，故障状态一测定，就可将其启动。本发明系统20可利用这一选择功能来启动和记帐任何一种由本发明系统20所执行诊断的故障状态的存在。
可将一块选择板146插进前端模块44来为外界提供各种信号。例如，可以将故障状态报警设置到一个低电流固态或水银-浸润继电器来指示何时测定到一个或多个诊断故障。诸如自动电表读数或实时记帐之类的其他辅助功能均可在选择板上、或在与前端模块一起使用的类似构成的选择板上实现。
现参照图18A-B，优先配置本发明系统20的电表的寄存器模块48包括一个NECuPD75316GF单片微处理器148，16K字节ROM(150表示)，512×4比特RAM(152表示)，以及一个96段LCD显示器驱动器154，适合于驱动象图3所示并用于电表34的优选实施例中的特定型显示器33一样的LCD显示器156。
串行数据将通过图17A-B的158处和图18A-B的160处分别表示的四线同步串行数据线在前端模块44和寄存器模块48之间传送。前端模块将监测和更新由本发明系统20所执行的所有诊断状态，并通过上述串行通信线路周期性地(最好每秒一次)将这些状态记帐给寄存器模块48来显示、并在断电时存储易失的数据。此外，为本发明工具箱显示所要求的任何瞬时量必需由前端模块传递到寄存器模块。前端模块44还将各种其他常规电表信息传递给寄存器模块48，例如，对刚过去60个线路周期记录的能量用量(以Kwh为单位)，以及能流方向(发送或接收)、当前需求和间隔结束信息。
可从寄存器模块48通到前端模块44的信息一般包括周期电表寄存器状态信息。
再参照图17A-B，前端模块44能使每-相电压、电流和一次采样间隔的瓦特数得以测量。如前所述，前端模块最好每60个线路周期作481次采样，当线路频率为60Hz时，这相当于481Hz，而当线路频率为50Hz时，这相当于401Hz。这个采样频率要根据测量的线路频率每60个周期进行重新计算。如前所述，当本发明系统并入图3所示类型电表中时，其诊断功能(包括瞬时每-相电流、电压、瓦特数和相角的测定)最好由前端模块44来执行。
再参照图3和18A-B，寄存器模块48最好执行驱动电表34中LCD显示器33的功能。如前所述，本发明的工具箱显示可按预定的周期启动一个交变显示开关(未表示)来实现。启动时，触发工具箱显示模式，则显示将滚动整个工具箱显示菜单，如本文前述。在工具箱显示期间，“TEST”图标最好连续闪动，瓦特盘模拟器(表示为显示器33下部的五个矩形图标)将以大约每1.33秒转一周的速度滚动。瓦特盘模拟器的方向将同于被显示相的功率流方向(接收时从左到右，发送时从右到左)。当到达显示结束而交变显示开关不再启动时，电表将保持工具箱显示模式。应当注意的是，如前所述，当工具箱显示顺序有效时，电表将继续执行所有正常模式的电表运作。
当未启动交变显示开关时，电表显示器33按正常显示模式对电表34运作。
到电表或从电表的通信也可通过前端模块44经与光端口162的连接来完成。
因此，本发明的整个电表系统诊断包括除了提醒现场人员注意任何发现的故障外，还在不中断电表工作情况下提供电表内部部件连续自检查的能力，该系统还提供经常的系统诊断检查并显示诊断结果的能力，以便在电表安装过程中或安装之后将有关诊断数据提供给系统人员。
该系统提供允许用户对系统编程来选择并确定适合由电表安装所支持的特殊维护功能和参量的灵活性。
最后，本发明的工具箱显示性能还在不中断正常维护和电表工作的情况下允许周期显示有关电表内部运转以及电表所支持的维护特性的重要信息。
虽然对实现本发明的最好方式作了详细描述，与此发明领域相关的熟练技术人员会做出由下述权利要求所确定的实施本发明的各种不同的设计和实例。
权利要求
1.一种电子电表检测电力系统诊断装置包括一个微处理器；与微处理器合理连接的存储器；用来自动周期性地执行电表检测的预选定测试并记录所测得的任何故障的逻辑电路；用来自动周期性地执行一系列的预选定系统诊断测试并记录超出预定阈值的任何结果的逻辑电路；用来显示表示因在预定周期内所作电表测试而发现的一种或多种故障的故障信息的显示装置，以及用来显示表示因在预定周期内所作电表诊断测试而发现的任何故障的诊断信息的显示装置。
2.权利要求1的系统还包括用来自动测定装有电表的电维护类型的逻辑电路。
3.权利要求2的系统，其中用来自动测定装有电表的电维护类型的逻辑电路在电表安装时的初始化过程中执行这种测定。
4.权利要求3的系统，其中用来自动测定装有电表的电维护类型的逻辑电路在电表重新配置时执行这种测定。
5.权利要求2的系统，其中用来测定装有电表的电维护类型的逻辑电路在电表正常工作期间自动且周期性地执行这种测定。
6.一种电表电力系统诊断装置包括一台微处理器；与微处理器合理连接的存储器；用来自动测定装有电表的电力系统类型的逻辑电路。
7.权利要求6的系统还包括用来确定由此测得的电力系统电压信息的逻辑电路。
8.权利要求6的系统，其中用来测定电力系统电压信息的逻辑电路包括用以测定至少一个电压相矢量相对于一选定基准电压相矢量的相角的逻辑电路，以及其中用来测定电维护类型的逻辑电路包括用来将至少一个相矢量相对于一选定基准相矢量的电压相角与一组不同的可能电维护类型的预选定电压相矢量角进行比较，并且如果有电维护类型的话，根据电压相矢量角来确定电维护类型的逻辑电路。
9.权利要求8的系统，其中用来测定电维护类型的逻辑电路根据C相电压矢量VC、A相电压矢量VA以及电表的预定形式因子进行这种测定。
10.权利要求9的系统，其中用来测定至少一个相矢量相对于一选定基准相矢量的相角的逻辑电路包括用来存储相应于对基准相矢量XB测得的瞬时电压的累加数值、存储相应于对另一个选定基准相矢量XN测得的瞬时电压的累加数值、在一预定周期内测定分别标记为XB(RMS)和XN(RMS)的XB和XN的RMS值、测定XB(RMS)和XN(RMS)的乘积P、测定相应于XB和XN的两个正弦波乘积的平均值Q，以及测定标记为XB(-90°)的相应于XB相移变型的两个正弦波乘积的平均值Y的逻辑电路。
11.权利要求10的系统，其中的逻辑电路还包括用来测定一个相矢量相对于一选定基准相矢量的相角θ大小，大小等于arc sin(Q/P)，的逻辑电路。
12.权利要求11的系统，其中的基准相矢量XB是A相电压相矢量，其另一个相矢量XN是C相电压相矢量。
全文摘要
一种包括一个微处理器、存储器、预选择序列系统诊断检测并记录超过预定可编程控阈值的任何结果的综合电测仪表系统诊断装置,和用来显示故障和(或)识别被选诊断数据的诊断信息及(或)在一预定周期内电表检测中所发现的故障的显示装置。该系统自动感测装有电表的电维护类型。
文档编号G01R21/133GK1185838SQ96191021
公开日1998年6月24日 申请日期1996年7月22日 优先权日1996年7月22日
发明者福里斯特·W·布里斯, 卡勒斯·克雷吉·海德, 考伊·史蒂芬·洛厄, 约翰·姆拉伊·施拉波, 克里斯托弗·琼·安德烈亚 申请人:施鲁博格工业公司