背景技術(shù)：

電表是電能表的簡(jiǎn)稱，是用來測(cè)量電能的儀表，指測(cè)量各種電學(xué)量的儀表。隨著性電力應(yīng)用和智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，對(duì)智能電表的需求日益增大。智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，具有用電量計(jì)量、用電信息存儲(chǔ)、防竊電等功能。除了供電系統(tǒng)自己安裝的智能電表外，多功能電力儀表也是智能電表的一種，在廠用電和民用電領(lǐng)域大量使用。多功能電力儀表能夠完成電量測(cè)量、電能計(jì)量、數(shù)據(jù)顯示、采集及傳輸，廣泛應(yīng)用變電站自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、智能建筑、企業(yè)內(nèi)部的電能測(cè)量和管理考核。

隨著電力應(yīng)用的大規(guī)模普及，電氣安全、電氣火災(zāi)等事故發(fā)生數(shù)量也顯著增加。特別是在我國(guó)現(xiàn)階段，電氣火災(zāi)發(fā)生率長(zhǎng)期居高不下，我國(guó)火災(zāi)總量中電氣火災(zāi)占30％左右，重特大火災(zāi)中電氣火災(zāi)比例高達(dá)60％，另?yè)?jù)安徽省消防總隊(duì)介紹，亡人火災(zāi)事故基本是由電氣火災(zāi)造成的，這是因?yàn)殡姎饣馂?zāi)具有隱蔽性強(qiáng)、燃燒迅速、多在夜間發(fā)生的特點(diǎn)，受害者沒有足夠的逃生時(shí)間。

電氣絕緣老化是產(chǎn)生電氣故障、安全事故、電氣火災(zāi)的主要原因，會(huì)直接造成漏電、接地、甚至短路等嚴(yán)重隱患，據(jù)統(tǒng)計(jì)80～90％的電氣故障是由電氣絕緣老化直接和間接造成的。

我國(guó)政府從2005年開始制定電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有大量的相關(guān)產(chǎn)品在實(shí)際使用，但電氣火災(zāi)發(fā)生率并沒有有效減少，多年來在火災(zāi)總數(shù)量中所占比例維持在30％左右。而歐、美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，通過以電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)和產(chǎn)品的普及推廣，已經(jīng)大幅度降低電氣火災(zāi)發(fā)生率，目前日本的電氣火災(zāi)在火災(zāi)總數(shù)量中所占比例不到3％。

據(jù)江蘇省消防總隊(duì)介紹，目前95％已安裝的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際被棄用。究其原因，現(xiàn)有技術(shù)比較落后，例如不能區(qū)分剩余電流的阻性和感性等部分，政府主管部門強(qiáng)制在商場(chǎng)等營(yíng)業(yè)性場(chǎng)所安裝使用，而這些場(chǎng)所存在較多的電梯、變頻照明等感性負(fù)荷設(shè)備，感性剩余電流屬于正常參數(shù)，一般不會(huì)引發(fā)火災(zāi)，但卻造成大量誤報(bào)。居民住宅是需要使用這類電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品的場(chǎng)所，等卻沒有被強(qiáng)制實(shí)施，也就沒有有效推廣安裝。供電部門主要關(guān)注供電和抄表系統(tǒng)，不愿耗資推廣電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。事實(shí)上，我國(guó)電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品也比較落后，主管部門也因此缺乏推廣動(dòng)力。

現(xiàn)有技術(shù)的智能電表技術(shù)和功能還是體現(xiàn)在電能數(shù)據(jù)的測(cè)量、管理和集中抄表等，缺乏對(duì)電氣絕緣老化、故障電弧、剩余電流類電氣火災(zāi)等電氣安全隱患的有效綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警防范。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有預(yù)警功能的智能電表，以解決現(xiàn)有技術(shù)智能電表難以對(duì)包括電氣絕緣老化、故障電弧、剩余電流類電氣火災(zāi)隱患的電氣安全隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警防范的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種具有預(yù)警功能的智能電表，包括電表本體，其特征在于：還包括電信號(hào)采集模塊、計(jì)量模塊、MCU智控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，其中：

電信號(hào)采集模塊采集電氣回路的電壓、電流和剩余電流信號(hào)；

電信號(hào)采集模塊采集的電壓、電流送入計(jì)量模塊，由計(jì)量模塊對(duì)電壓、電流信號(hào)處理計(jì)算，獲得包括電壓、電流、相角、頻率功率、電能在內(nèi)的電表本體相關(guān)電氣參數(shù)后，送入MCU智控模塊；

MCU智控模塊獲取電信號(hào)采集模塊采集的電流、剩余電流；

MCU智控模塊與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊連接，對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

MCU智控模塊中程序設(shè)置有計(jì)算子程模塊、突變處理模塊、預(yù)警邏輯模塊，其中：

所述計(jì)算子程模塊根據(jù)電流、剩余電流獲得回路電流諧波、剩余電流諧波，并送入突變處理模塊；

計(jì)算子程模塊，把回路電流諧波、剩余電流諧波分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

由突變處理模塊找出存在突變的回路電流諧波、剩余電流諧波數(shù)值，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的回路電流諧波、剩余電流諧波對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

預(yù)警邏輯模塊中，設(shè)置回路電流諧波閾值、剩余電流諧波閾值，設(shè)置不同時(shí)間尺度的回路電流諧波時(shí)間積分閾值和剩余電流諧波時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，若回路電流諧波數(shù)值或剩余電流諧波數(shù)值大于相應(yīng)閾值，并間歇性出現(xiàn)，則預(yù)警邏輯模塊判斷存在相線故障電弧或?qū)Φ毓收想娀。⑦M(jìn)行預(yù)警報(bào)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，根據(jù)突變時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)，把設(shè)置的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值，計(jì)算轉(zhuǎn)換成相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值；若突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)大于相應(yīng)相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，且間歇性出現(xiàn)，確定判斷存在串并聯(lián)故障電弧或?qū)Φ毓收想娀。M(jìn)行緊急報(bào)警處理。

所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：用于單相電氣回路，電信號(hào)采集模塊采集進(jìn)入負(fù)荷之前的單相回路的電壓、電流、剩余電流信號(hào)，并送入計(jì)量模塊；

所述計(jì)量模塊對(duì)電壓、電流、剩余電流信號(hào)計(jì)算，得到相關(guān)參數(shù)，并將相關(guān)參數(shù)送入MCU智控模塊；

MCU智控模塊中計(jì)算子程模塊，根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算獲得阻性剩余電流、絕緣電導(dǎo)數(shù)值，并將絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值送入突變處理模塊；

所述計(jì)算子程模塊中，分別把絕緣電導(dǎo)、阻性剩余電流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，并分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述突變處理模塊中，找出產(chǎn)生突變的絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值，并從突變開始至結(jié)束，把絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，再分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)有不同時(shí)間尺度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值、阻性剩余電流時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在電氣絕緣安全隱患，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在與電氣火災(zāi)安全隱患相關(guān)的漏電，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的阻性剩余電流時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：用于單相電氣回路，所述MCU智控模塊中計(jì)算子程模塊，根據(jù)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算獲得絕緣電阻數(shù)值，并送入預(yù)警邏輯模塊；

所述預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)絕緣電阻閾值；

所述預(yù)警邏輯模塊中，把絕緣電阻數(shù)值與絕緣電阻閾值比較，若大于，判斷該單相電氣回路存在電氣絕緣隱患，并進(jìn)行預(yù)警報(bào)警處理。

所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：所述計(jì)算子程模塊根據(jù)剩余電流計(jì)算獲得剩余電流基波數(shù)值，送入突變處理模塊和預(yù)警邏輯模塊；

計(jì)算子程模塊中，將剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入預(yù)警邏輯模塊；

計(jì)算子程模塊中，由突變處理模塊找出存在突變的剩余電流基波數(shù)值，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入預(yù)警邏輯模塊；

在預(yù)警邏輯模塊中預(yù)設(shè)有剩余電流基波閾值、不同時(shí)間尺度的剩余電流基波時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，把各時(shí)間段的剩余電流基波數(shù)值與相應(yīng)閾值比較，若大于，判斷該時(shí)間段存在剩余電流類電氣火災(zāi)隱患，進(jìn)行預(yù)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，把各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值比較，若大于，判斷該時(shí)間段存在剩余電流類電氣火災(zāi)隱患，進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：設(shè)置跳閘控制模塊，接入相應(yīng)電氣回路中控制跳閘斷電，跳閘控制模塊信號(hào)輸入端與MCU智控模塊連接，MCU智控模塊中程序的預(yù)警邏輯模塊檢測(cè)到嚴(yán)重隱患時(shí)生成跳閘控制指令信號(hào)發(fā)送至跳閘控制模塊，跳閘控制模塊接收跳閘控制指令信號(hào)后進(jìn)行斷電保護(hù)。

本發(fā)明有益效果為：

從監(jiān)控報(bào)警發(fā)展為監(jiān)測(cè)預(yù)警，這是電氣安全發(fā)展的必然趨勢(shì)。2017年5月安委會(huì)出臺(tái)從2017年5月至2020年4月，為期三年的《關(guān)于電氣火災(zāi)綜合治理的通知》，從到各省、市、縣均成立專門的“電氣火災(zāi)綜合治理小組”，其中公司、南方電網(wǎng)公司均是各級(jí)小組重要成員。

開發(fā)針對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能為主一種具有預(yù)警功能的智能電表，是以智能電表為載體，是現(xiàn)階段通過國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)大范圍實(shí)施電氣火災(zāi)綜合治理是可行之舉。

對(duì)電氣安全早期微弱隱患的監(jiān)測(cè)預(yù)警，不適用以電壓、電流、剩余電流等暫態(tài)電氣參數(shù)與預(yù)設(shè)閾值比較為特點(diǎn)的現(xiàn)有安全電氣及電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警技術(shù)，是因?yàn)樵缙谖⑷蹼[患對(duì)應(yīng)的各單個(gè)暫態(tài)參數(shù)數(shù)值均低于或遠(yuǎn)低于報(bào)警閾值。另外，在時(shí)間方面，電氣早期安全隱患的續(xù)存時(shí)間的時(shí)長(zhǎng)遠(yuǎn)大于后期嚴(yán)重隱患存在的時(shí)長(zhǎng)，所以早期隱患數(shù)據(jù)總量巨大，把大量數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)或發(fā)送到云平臺(tái)都浪費(fèi)大量的存儲(chǔ)設(shè)備和帶寬流量。

本發(fā)明采用把相關(guān)電氣安全的微弱信號(hào)參數(shù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分方式數(shù)據(jù)聚合，大幅度減少了早期微弱隱患的有效數(shù)據(jù)量、提高精度。本發(fā)明進(jìn)一步采用突變時(shí)間積分參數(shù)，意義在于跟蹤獲得突變事件的完整過程相關(guān)的積分參數(shù)，能夠精準(zhǔn)地掌握有關(guān)電氣安全突變事件的隱患程度。

本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有三相電表主體，通過電流諧波、剩余電流基波和諧波以及它們的時(shí)間積分參數(shù)，進(jìn)行電氣安全隱患判斷，并進(jìn)一步基于剩余電流式電氣火災(zāi)隱患、故障電弧隱患為主要內(nèi)容的電氣安全隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有單相電表主體，針對(duì)單相電氣回路，通過絕緣電阻、絕緣電導(dǎo)、阻性剩余電流等多角度在線檢測(cè)電氣絕緣隱患，更進(jìn)一步采用包括突變時(shí)間段的各時(shí)間段阻性剩余電流、絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合。

本發(fā)明，把電表功能從用電計(jì)量擴(kuò)展到具有電氣絕緣老化隱患、電氣火災(zāi)隱患監(jiān)測(cè)、故障電弧監(jiān)測(cè)為內(nèi)容的安全預(yù)警型單相智能電表，再配備與云平臺(tái)連接的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)新一代安全預(yù)警型物聯(lián)網(wǎng)單相智能電表。

本發(fā)明對(duì)于大于閾值的異常時(shí)間積分參數(shù)，可以直接判斷其存在安全隱患。對(duì)于小于閾值的異常時(shí)間積分參數(shù)，采用突變時(shí)間積分參數(shù)，在異常時(shí)間積分參數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，找到存在突變的突變時(shí)間段積分參數(shù)，可進(jìn)一步定位安全隱患出現(xiàn)的時(shí)間，針對(duì)該突變參數(shù)時(shí)間段對(duì)應(yīng)排查該時(shí)間段使用的用電設(shè)備，有助于發(fā)現(xiàn)隱患設(shè)備，提高判斷精度及準(zhǔn)確性。

本發(fā)明選擇阻性剩余電流作為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，是因?yàn)榉植茧娙荨㈦姼挟a(chǎn)生的容性剩余電流、感性剩余電流多是沿電氣回路線纜平均分布，并且通常不直接引起發(fā)熱，而阻性剩余電流多是通過少數(shù)漏電點(diǎn)泄露，并且直接引起發(fā)熱。

本發(fā)明在增加少量硬件結(jié)構(gòu)的條件下，通過回路電流諧波和剩余電流諧波進(jìn)行相線故障電弧和對(duì)地故障電弧監(jiān)測(cè)。本發(fā)明中，把間歇性諧波電流作為重點(diǎn)，是因?yàn)楝F(xiàn)階段我國(guó)大量存在中低檔甚至劣質(zhì)變頻節(jié)能用電設(shè)備，諧波電流泄放到設(shè)備外殼和保護(hù)地線，形成穩(wěn)定的連續(xù)較大電流諧波和諧波剩余電流。這些連續(xù)穩(wěn)定的諧波電流和諧波剩余電流會(huì)直接干擾對(duì)故障電弧的判斷，但故障電弧具有間歇性時(shí)序特征，以此為判據(jù)，大幅提高故障電弧檢測(cè)的實(shí)用性。本發(fā)明文檔中諧波電流也稱為電流諧波，諧波剩余電流也稱為剩余電流諧波；

本發(fā)明設(shè)置跳閘控制模塊，是針對(duì)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的電氣絕緣、阻性剩余電流、故障電弧等安全隱患，通過跳閘斷電保護(hù)，防范電氣故障和電氣火災(zāi)發(fā)生和擴(kuò)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：如圖1所示，一種具有預(yù)警功能的智能電表，包括電表本體，還包括電信號(hào)采集模塊、計(jì)量模塊、MCU智控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，其中：

電信號(hào)采集模塊采集電氣回路的電壓、電流和剩余電流信號(hào)；所述電信號(hào)采集模塊包括電壓采集處理電路、電流采集處理電路和剩余電流采集處理電路；

電信號(hào)采集模塊連接計(jì)量模塊的輸入端口，把電氣回路的電壓、電流和剩余電流信號(hào)送給計(jì)量模塊；

本實(shí)施例，針對(duì)三相電氣回路，計(jì)量模塊采用雙RN8302電能計(jì)量芯片方案，RN8302芯片是一種帶諧波監(jiān)測(cè)的三相電能計(jì)量芯片，但其內(nèi)部N相電流處理部分沒有諧波計(jì)算功能，只能獲得有效值，但該芯片成本較低，而且現(xiàn)階段單相電能計(jì)量芯片普遍不具有諧波計(jì)算功能，所以本發(fā)明方案采用單顆RN8302采集剩余電流信號(hào)。

這樣，本實(shí)施例中，一顆主RN8302芯片的UA、UB、UC、IA、IB、IC模擬輸入端口分別與電信號(hào)采集模塊中的三相電壓、三相電流的采樣處理電路連接；MCU智控模塊通過主RN8302芯片獲得包含電壓、電流、功率、電能、頻率、相位角等相關(guān)電氣數(shù)據(jù)，通過計(jì)算處理實(shí)現(xiàn)常規(guī)電表功能；

同時(shí)，MCU智控模塊通過主RN8302芯片也獲得回路電壓的基波和諧波、電流的基波和諧波相關(guān)參數(shù)；

另一顆輔RN8302芯片的IA、IB、IC模擬輸入端口中的任意一個(gè)連接電信號(hào)采集模塊中的剩余電流采樣處理電路；

RN8302芯片通過SPI或UART數(shù)據(jù)通訊接口與MCU智控模塊相應(yīng)接口連接；MCU智控模塊通過輔RN8302芯片獲得剩余電流基波及其諧波數(shù)值。

本實(shí)施例中，與包括現(xiàn)有智能電表的現(xiàn)有電表方案不同之處，MCU智控模塊通過計(jì)量模塊獲取回路相電流諧波數(shù)值和剩余電流諧波數(shù)值，并進(jìn)一步檢測(cè)計(jì)算，判斷故障電弧隱患。

MCU智控模塊連接有物聯(lián)網(wǎng)通訊子模塊，進(jìn)行對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸，其中：

采用WIFI、藍(lán)牙、GPRS、4G、NB-IoT中的一種或多種直接與互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接通訊，物聯(lián)網(wǎng)通訊子模塊包括采用本地RS485/CAN通訊間接與互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接通訊；

本實(shí)施例中MCU智控模塊也連接有紅外通訊子模塊；

MCU智控模塊中程序設(shè)置有計(jì)算子程模塊、突變處理模塊、預(yù)警邏輯模塊，其中：

所述計(jì)算子程模塊，通過計(jì)量模塊獲得回路電流諧波、剩余電流諧波，并送入突變處理模塊；把回路電流諧波、剩余電流諧波分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，并送入預(yù)警邏輯模塊；

本發(fā)明所述各時(shí)間段，一般是以整分鐘、小時(shí)、日、月等整時(shí)間段為主；

由突變處理模塊找出存在突變的回路電流諧波或剩余電流諧波參數(shù)，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的回路電流諧波、剩余電流諧波對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

預(yù)警邏輯模塊中，分別設(shè)置回路電流諧波閾值、剩余電流諧波閾值、不同時(shí)間尺度的回路電流諧波時(shí)間積分閾值和剩余電流諧波時(shí)間積分閾值；本發(fā)明所述不同時(shí)間尺度，一般以整分鐘、小時(shí)、日、月等不同長(zhǎng)度的單位時(shí)間；

預(yù)警邏輯模塊中，若回路電流諧波數(shù)值或剩余電流諧波數(shù)值大于相應(yīng)閾值，并間歇性出現(xiàn)，則預(yù)警邏輯模塊判斷存在相線故障電弧或?qū)Φ毓收想娀?，并進(jìn)行預(yù)警報(bào)警處理；

本發(fā)明所述諧波間歇性，是指檢測(cè)到回路相線電流諧波數(shù)值或剩余電流諧波數(shù)值超過相應(yīng)諧波閾值情況在秒級(jí)時(shí)間回復(fù)低于閾值，又秒級(jí)出現(xiàn)超過閾值，反復(fù)出現(xiàn)的情況，預(yù)警邏輯模塊在程序中設(shè)置間歇性標(biāo)識(shí)；

預(yù)警邏輯模塊中，根據(jù)突變時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)，把設(shè)置的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值，計(jì)算轉(zhuǎn)換成相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值；若突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)大于相應(yīng)相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，且間歇性出現(xiàn)，確定判斷存在串并聯(lián)故障電弧或?qū)Φ毓收想娀?，進(jìn)行緊急報(bào)警處理。

本實(shí)施例，計(jì)算子程模塊通過計(jì)量模塊獲得的剩余電流基波數(shù)值，將剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入突變處理模塊和預(yù)警邏輯模塊；

由突變處理模塊找出存在突變的剩余電流基波數(shù)值，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入預(yù)警邏輯模塊；

在預(yù)警邏輯模塊中預(yù)設(shè)有不同時(shí)間尺度的剩余電流基波時(shí)間積分閾值，若各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)大于相應(yīng)時(shí)間尺度的剩余電流基波時(shí)間積分閾值，判斷該時(shí)間段存在剩余電流類電氣火災(zāi)隱患，進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

本實(shí)施例，設(shè)置跳閘控制模塊，接入相應(yīng)電氣回路中控制跳閘斷電，跳閘控制模塊信號(hào)輸入端與MCU智控模塊連接，MCU智控模塊中程序的預(yù)警邏輯模塊檢測(cè)到嚴(yán)重隱患時(shí)生成跳閘控制指令信號(hào)發(fā)送至跳閘控制模塊，跳閘控制模塊接收跳閘控制指令信號(hào)后進(jìn)行斷電保護(hù)。

實(shí)施例2：與實(shí)施例1相比不同，電信號(hào)采集模塊把電氣回路的電壓、電流信號(hào)送給計(jì)量模塊，把剩余電流信號(hào)送給AD子模塊，所述AD子模塊，是指MCU智控模塊中微控制器的模擬量(AD)采集處理單元；把剩余電流采集處理電路連接到MCU智控模塊中ST32系列微處理器的模擬輸入管腳之一，如AN0；

在MCU智控模塊的計(jì)算子程模塊中，通過均方根算法計(jì)算獲得相電流有效值和剩余電流有效值有效值數(shù)值，通過傅里葉計(jì)算(FFT)獲得相電流基波和剩余電流基波Is數(shù)值；再分別把各有效值與基波數(shù)值相減獲得相應(yīng)諧波數(shù)值(全諧波)，獲得相電流諧波Ix和剩余電流諧波Isx數(shù)值。

實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同在于，實(shí)施例1通過計(jì)量模塊獲得剩余電流基波和剩余電流諧波，實(shí)施例2通過MCU智控模塊的微處理器STM32系列微處理器芯片，計(jì)算獲得回路剩余電流基波和剩余電流諧波。

實(shí)施例3：一種具有預(yù)警功能的智能電表適用在單相電氣回路，包括具有零火線雙線結(jié)構(gòu)的單相電表本體，其中：所述零火線雙線結(jié)構(gòu)的單相電表中，連接電氣回路內(nèi)的零線就是單相電氣回路的獨(dú)立零線，不中間連接零排端子，也不與其它線路混聯(lián)；

本實(shí)施例針對(duì)單相電氣回路，電量采集模塊采集單相電氣回路的電壓、電流、剩余電流信號(hào)；為了通過計(jì)量模塊直接獲取相應(yīng)諧波信號(hào)和參數(shù)數(shù)值，而且一般專用計(jì)量芯片的采集精度遠(yuǎn)大于微控制器芯片的模擬量通道采集精度，計(jì)量模塊中仍采用RN8302電能計(jì)量芯片。

本實(shí)施例，電流采集模塊和剩余電流采集模塊連接分別連接到RN8302芯片的IA、IB對(duì)應(yīng)輸入端口，采集單相電壓信號(hào)的電壓采集模塊同時(shí)連接到RN8302芯片的UA、UB對(duì)應(yīng)輸入端口。

RN8302芯片通過SPI數(shù)據(jù)通訊接口與MCU智控模塊SPI數(shù)據(jù)通訊接口連接。MCU智控模塊通過計(jì)量模塊中的RN8302芯片獲得電壓U及其諧波信號(hào)Ux、回路電流基波I及其諧波Ix、剩余電流基波Is及其諧波信號(hào)Isx、單相用電功率P、電能；接通過連接到RN8302芯片B相之UB和IB端口的電壓與剩余電流獲得與剩余電流相關(guān)的漏電功率、漏電電能，并且細(xì)化獲得漏電有功功率Ps；進(jìn)一步獲得剩余電流有功部分和無功部分，其中剩余電流有功部分是阻性剩余電流。

在MCU智控模塊的計(jì)算子程模塊中，通過均方根算法計(jì)算獲得剩余電流有效值有效值數(shù)值，通過傅里葉計(jì)算(FFT)獲得剩余電流基波Is數(shù)值；再把有效值與基波數(shù)值相減獲得相應(yīng)諧波數(shù)值(全諧波)，獲得剩余電流諧波Isx數(shù)值。

計(jì)算子程模塊中，可通過兩點(diǎn)乘積算法或FFT傅利葉算法，計(jì)算出阻抗的實(shí)部和虛部，其中阻抗實(shí)部部分是絕緣電阻Rs，絕緣阻抗的倒數(shù)為絕緣電導(dǎo)Gs；同理，計(jì)算出剩余電流的實(shí)部，獲得阻性剩余電流IsR。

計(jì)算子程模塊中，將絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值送入突變處理模塊；

所述計(jì)算子程模塊中，分別把絕緣電導(dǎo)、阻性剩余電流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述突變處理模塊中，找出產(chǎn)生突變的絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值，并從突變開始至結(jié)束，把絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，再分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)有不同時(shí)間尺度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值、阻性剩余電流時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在電氣絕緣安全隱患，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在與電氣火災(zāi)安全隱患相關(guān)的漏電，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的阻性剩余電流時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

本實(shí)施例，通過單相電氣回路的電壓與剩余電流矢量組合，所述計(jì)算子程模塊通過電量采集模塊計(jì)算獲得漏電有功功率，進(jìn)一步計(jì)算獲得絕緣電阻數(shù)值，并送入預(yù)警邏輯模塊；在預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)絕緣電阻閾值，把絕緣電阻數(shù)值與絕緣電阻閾值比較，若大于，判斷對(duì)存在電氣絕緣隱患，并進(jìn)行預(yù)警處理。

實(shí)施例4：一種具有預(yù)警功能的智能電表適用在單相電氣回路，與實(shí)施例3不同，計(jì)量模塊中采用常規(guī)單相電能計(jì)量芯片，本實(shí)施例采用RN8209單相電能計(jì)量芯片，現(xiàn)階段單相電能計(jì)量芯片均不帶諧波計(jì)算功能。

本實(shí)施例，把電壓、電流采集處理電路連接分別連接到RN8209芯片的UA、IA對(duì)應(yīng)輸入端口，同時(shí)也把電壓、電流采集處理電路連接到MCU智控模塊中ST32系列微處理器的不同模擬輸入管腳，如AN1、AN2；把剩余電流采集處理電路連接到MCU智控模塊中ST32系列微處理器的其它模擬輸入管腳，如AN0；電壓、電流和剩余電流信號(hào)均送給AD子模塊，其中ST32系列微處理器同步采集電壓和剩余電流信號(hào)；

RN8209芯片通過SPI或UART通訊接口與MCU智控模塊相應(yīng)通訊接口連接，MCU智控模塊通過計(jì)量模塊中的RN8209芯片獲得電壓U、電流I、以及相角、頻率、功率、電能等常規(guī)電表數(shù)據(jù)。

在MCU智控模塊的計(jì)算子程模塊中，通過均方根算法計(jì)算獲得相電壓有效值、相電流有效值和剩余電流有效值有效值數(shù)值，通過傅里葉計(jì)算(FFT)獲得相電壓基波、相電流基波和剩余電流基波Is數(shù)值；再分別把各有效值與基波數(shù)值相減獲得相應(yīng)諧波數(shù)值(全諧波)，獲得相電壓諧波、相電流諧波Ix和剩余電流諧波Isx數(shù)值。

計(jì)算子程模塊中，可通過兩點(diǎn)乘積算法或FFT傅利葉算法，計(jì)算出阻抗的實(shí)部和虛部，其中阻抗實(shí)部部分是絕緣電阻Rs，絕緣阻抗的倒數(shù)為絕緣電導(dǎo)Gs；同理，計(jì)算出剩余電流的實(shí)部，獲得阻性剩余電流IsR。

本發(fā)明各實(shí)施例中，電壓采集模塊為電壓互感器或電阻網(wǎng)格；電流采集模塊為電流互感器或分流器；剩余電流采集模塊為穿心精密電流互感器。

本發(fā)明中，電流諧波也稱諧波電流，剩余電流諧波也稱諧波剩余電流，除非特殊說明，一般均為總諧波數(shù)值。

本發(fā)明具體實(shí)施方式各實(shí)施例中，包括：

MCU智控模塊連接有RTCS時(shí)鐘模塊；

MCU智控模塊連接有ESAM加密模塊；

MCU智控模塊連接有儲(chǔ)存模塊，包括但不局限于EEPROM存或FLASH存儲(chǔ)器；

MCU智控模塊連接人機(jī)接口模塊，包括按鍵、指示燈和LCD/LED顯示子模塊。

技術(shù)特征：

1.一種具有預(yù)警功能的智能電表，包括電表本體，其特征在于：還包括電信號(hào)采集模塊、計(jì)量模塊、MCU智控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，其中：

電信號(hào)采集模塊采集電氣回路的電壓、電流和剩余電流信號(hào)；

電信號(hào)采集模塊采集的電壓、電流送入計(jì)量模塊，由計(jì)量模塊對(duì)電壓、電流信號(hào)處理計(jì)算，獲得包括電壓、電流、相角、頻率功率、電能在內(nèi)的電表本體相關(guān)電氣參數(shù)后，送入MCU智控模塊；

MCU智控模塊還獲取電信號(hào)采集模塊采集的電流、剩余電流；

MCU智控模塊與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊連接，對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

MCU智控模塊中程序設(shè)置有計(jì)算子程模塊、突變處理模塊、預(yù)警邏輯模塊，其中：

所述計(jì)算子程模塊根據(jù)電流、剩余電流獲得回路電流諧波、剩余電流諧波，并送入突變處理模塊；

計(jì)算子程模塊，把回路電流諧波、剩余電流諧波分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

由突變處理模塊找出存在突變的回路電流諧波、剩余電流諧波數(shù)值，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的回路電流諧波、剩余電流諧波對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)，分別送入預(yù)警邏輯模塊；

預(yù)警邏輯模塊中，設(shè)置回路電流諧波閾值、剩余電流諧波閾值，設(shè)置不同時(shí)間尺度的回路電流諧波時(shí)間積分閾值和剩余電流諧波時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，若回路電流諧波數(shù)值或剩余電流諧波數(shù)值大于相應(yīng)閾值，并間歇性出現(xiàn)，則預(yù)警邏輯模塊判斷存在相線故障電弧或?qū)Φ毓收想娀?，并進(jìn)行預(yù)警報(bào)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，根據(jù)突變時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)，把設(shè)置的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值，計(jì)算轉(zhuǎn)換成相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值；若突變時(shí)間段的回路電流諧波時(shí)間積分參數(shù)、剩余電流諧波時(shí)間積分參數(shù)大于相應(yīng)相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，且間歇性出現(xiàn)，確定判斷存在串并聯(lián)故障電弧或?qū)Φ毓收想娀?，進(jìn)行緊急報(bào)警處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：用于單相電氣回路，電信號(hào)采集模塊采集進(jìn)入負(fù)荷之前的單相回路的電壓、電流、剩余電流信號(hào)，并送入計(jì)量模塊；

所述計(jì)量模塊對(duì)電壓、電流、剩余電流信號(hào)計(jì)算，得到相關(guān)參數(shù)，并將相關(guān)參數(shù)送入MCU智控模塊；

MCU智控模塊中計(jì)算子程模塊，根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算獲得阻性剩余電流、絕緣電導(dǎo)數(shù)值，并將絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值送入突變處理模塊；

所述計(jì)算子程模塊中，分別把絕緣電導(dǎo)、阻性剩余電流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，并分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述突變處理模塊中，找出產(chǎn)生突變的絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值，并從突變開始至結(jié)束，把絕緣電導(dǎo)數(shù)值、阻性剩余電流數(shù)值分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)、阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，再分別送入預(yù)警邏輯模塊；

所述預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)有不同時(shí)間尺度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值、阻性剩余電流時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在電氣絕緣安全隱患，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的絕緣電導(dǎo)時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，將各時(shí)間段阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若大于相應(yīng)閾值，預(yù)警邏輯模塊判斷對(duì)應(yīng)時(shí)間段存在與電氣火災(zāi)安全隱患相關(guān)的漏電，并進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的阻性剩余電流時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)間長(zhǎng)度的阻性剩余電流時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：用于單相電氣回路，所述MCU智控模塊中計(jì)算子程模塊，根據(jù)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算獲得絕緣電阻數(shù)值，并送入預(yù)警邏輯模塊；

所述預(yù)警邏輯模塊中，預(yù)設(shè)絕緣電阻閾值；

所述預(yù)警邏輯模塊中，把絕緣電阻數(shù)值與絕緣電阻閾值比較，若大于，判斷該單相電氣回路存在電氣絕緣隱患，并進(jìn)行預(yù)警報(bào)警處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：所述計(jì)算子程模塊根據(jù)剩余電流計(jì)算獲得剩余電流基波數(shù)值，送入突變處理模塊和預(yù)警邏輯模塊；

計(jì)算子程模塊中，將剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，獲得各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入預(yù)警邏輯模塊；

計(jì)算子程模塊中，由突變處理模塊找出存在突變的剩余電流基波數(shù)值，并從突變開始到突變結(jié)束，把突變的剩余電流基波數(shù)值對(duì)時(shí)間積分，獲得突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，送入預(yù)警邏輯模塊；

在預(yù)警邏輯模塊中預(yù)設(shè)有剩余電流基波閾值、不同時(shí)間尺度的剩余電流基波時(shí)間積分閾值；

預(yù)警邏輯模塊中，把各時(shí)間段的剩余電流基波數(shù)值與相應(yīng)閾值比較，若大于，判斷該時(shí)間段存在剩余電流類電氣火災(zāi)隱患，進(jìn)行預(yù)警處理；

預(yù)警邏輯模塊中，把各時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)與相應(yīng)閾值比較，若大于，判斷該時(shí)間段存在剩余電流類電氣火災(zāi)隱患，進(jìn)行預(yù)警處理；針對(duì)突變時(shí)間段的剩余電流基波時(shí)間積分參數(shù)，把預(yù)設(shè)的相應(yīng)時(shí)間尺度的時(shí)間積分閾值轉(zhuǎn)換成與突變時(shí)間段相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間積分閾值，再進(jìn)行比較判斷、預(yù)警處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種具有預(yù)警功能的智能電表，其特征在于：設(shè)置跳閘控制模塊，接入相應(yīng)電氣回路中控制跳閘斷電，跳閘控制模塊信號(hào)輸入端與MCU智控模塊連接，MCU智控模塊中程序的預(yù)警邏輯模塊檢測(cè)到嚴(yán)重隱患時(shí)生成跳閘控制指令信號(hào)發(fā)送至跳閘控制模塊，跳閘控制模塊接收跳閘控制指令信號(hào)后進(jìn)行斷電保護(hù)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種具有預(yù)警功能的智能電表，包括電壓采集模塊、電流采集模塊、剩余電流采集模塊、計(jì)量模塊、MCU智控模塊，其中電壓、電流采集模塊分別采集智能電表所測(cè)量的電氣回路中各相線的電壓、電流信號(hào)，剩余電流采集模塊采集智能電表所測(cè)量的電氣回路的剩余電流信號(hào)；電壓采集模塊、電流采集模塊、剩余電流采集模塊分別將各自采集的電信號(hào)送入計(jì)量模塊，由計(jì)量模塊計(jì)算得到電量、回路電流基波和諧波、剩余電流基波和諧波，MCU智控模塊中計(jì)算子程模塊、突變處理模塊對(duì)計(jì)量模塊的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行時(shí)間積分并與對(duì)應(yīng)閾值比較，比較結(jié)果輸出至預(yù)警邏輯模塊，由預(yù)警邏輯模塊進(jìn)行安全隱患判斷和預(yù)警。