【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流電流的測(cè)量，可以直接利用直流電壓、電流變送器，將實(shí)際的電壓和電流值轉(zhuǎn)換成適合 A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓水平 0～ +5V的直流電壓。如圖 97 所示。 （二）模擬量采樣方式 （二）模擬量采樣方式 ? 對(duì)于交流電壓、電流以及有功功率和無功功率等電量的采樣，如果采用直流采樣法，較簡(jiǎn)單的辦法是采用交流電壓和交流電流變送器以及有功功率和無功功率變送器。 ? 交流電流變送器的輸人電流的量限為 0～ 、 0～ 1A和 0～5A三種，輸出 0～ 5V直流電壓與 A/D轉(zhuǎn)換器的輸人電壓范圍相匹配； ? 交流電壓變送器的輸人交流電壓的量限為 0～ 60V、 0～ 1OOV和 O～ 12OV，輸出直流電壓也為 0～ 5V。 ? 三相功率變送器的額定輸入電壓為 50V、 1OOV兩種，額定輸人電流為 、 lA和 5A三種，輸出為 0～ 177。 5V，即當(dāng)被測(cè)功率為正時(shí)，變送器的輸出為 0～ +5V；若被測(cè)功率為負(fù)時(shí)，輸出為 0～ 5V。 ? 對(duì)于頻率、溫度、壓力、水位、流量等非電量的測(cè)量，必須通過相應(yīng)的傳感器，把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再對(duì)這些微弱的電信號(hào)經(jīng)過放大、濾波等處理，然后送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣與轉(zhuǎn)換。為了方便應(yīng)用者的需要，不少生產(chǎn)變送器的廠家，己把各種傳感器和信號(hào)處理環(huán)節(jié)融合在一起。 （二）模擬量采樣方式 ? ? 交流采樣，則是指輸人給 A/D轉(zhuǎn)換器的是與變電所的電壓、電流成比例關(guān)系的交流電壓信號(hào)。 ? 由于一次系統(tǒng)的電流和電壓都是大電流或高電壓的信號(hào)，不能直接送至 A/D轉(zhuǎn)換器，必須將變電所電壓互感器或電流互感器輸出的強(qiáng)電信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)小電壓互感器或小電流互感器，變換成 A/D轉(zhuǎn)換器所能接受的電壓信號(hào)。 （二）模擬量采樣方式 （二）模擬量采樣方式 ? ? 兩種方法的主要區(qū)別是直流采樣必須把交流電流和電壓經(jīng)過整流和濾波，變成直流量，再送給 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ? 直流采樣的特點(diǎn)如下 : ? (1)直流采樣對(duì) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要求不高，軟件算法簡(jiǎn)單。只要將采樣結(jié)果乘上相應(yīng)的標(biāo)度系數(shù)便可得到電流、電壓的有效值，因此采樣程序簡(jiǎn)單，軟件的可靠性較好。 ? (2)直流采樣因經(jīng)過整流和濾波環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，因此抗干擾能力較強(qiáng)。 ? (3)直流采樣輸入回路，因要濾去整流后的波紋，往往采用 RC濾波電路，其時(shí)間常數(shù)較大 (一般幾十毫秒 幾百毫秒 )，因此采樣結(jié)果實(shí)時(shí)性差，而且無法反映被測(cè)模擬量的波形，尤其不適合用于微機(jī)保護(hù)和故障錄波。 ? (4)直流采樣需要變送器環(huán)節(jié)，故增加了設(shè)備投資和體積。 （二）模擬量采樣方式 方式的比較 ? 交流采樣的特點(diǎn)是 : ? (1)實(shí)時(shí)性好。它能避免直流采樣中整流、濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)大的影響，因此在微機(jī)保護(hù)中必須采用交流采樣。 ? (2)能反映原來電流、電壓的實(shí)際波形，便于對(duì)所測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行波形分析，因此在需要諧波分析或故障錄波的場(chǎng)合，必須采用交流采樣。 ? (3)有功功率和無功功率是通過采樣得到的 u、 i計(jì)算出來的，因此可以省去有功功率和無功功率變送器，可以節(jié)約投資并縮小測(cè)量設(shè)備的體積。 ? (4)對(duì) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率和采樣保持器要求較高。為了保證測(cè)量的精度，一個(gè)周期內(nèi)，必須保證有足夠的采樣點(diǎn)數(shù)，因此要求 A/D有足夠的轉(zhuǎn)換速度。 ? (5)測(cè)量準(zhǔn)確性不僅取決于模擬量輸入通道的硬件，而且還取決于軟件算法，因此采樣和計(jì)算程序相對(duì)復(fù)雜。 二、開關(guān)量的處理 ? 所謂開關(guān)量，指的是變電所斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、同期檢測(cè)狀態(tài)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行告警信號(hào)等。為了防止電磁干擾對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響，開關(guān)量常通過光電隔離電路輸人至計(jì)算機(jī)，如圖 99所示。 二、開關(guān)量的處理 ? 如圖 99所示。 二、開關(guān)量的處理 ? ? 利用光電藕合器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量與計(jì)算機(jī)總線之間的完全隔離，光電藕合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。發(fā)光二極管和光敏三極管之間是絕緣的，兩者都封裝于同一芯片中，其原理接線如圖所示。 圖910 光電耦合器的原理接線圖二、開關(guān)量的處理 (a)ABSGND1R1U 01U CGND2(b)SABGND1GND2U CR1U 02U D U D圖911 光電隔離開關(guān)量輸入原理接線圖二、開關(guān)量的處理 ? 圖 911 (a)中， S打開時(shí)， U01輸出為高電平 (與UC相同 )；當(dāng) S合下時(shí)， U01輸出為低電平。而圖 911 (b)的情況則相反， S打開時(shí)， U02輸出為低電平； S合下時(shí)， U02輸出為高電平。兩種接線方式，輸出電平不同，可以靈活選用。實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)， A端接電源 US的正極， B端接US的負(fù)極 (即 GNDl)，而發(fā)光管輸出端電源 UO和其地為 GND2，必須注意 GNDl和 GND2不能共地 二、開關(guān)量的處理 ? 開關(guān)狀態(tài)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行告警信號(hào)等開關(guān)量輸人計(jì)算機(jī)的方式有區(qū)別。 ? 對(duì)于斷路器的狀態(tài)，需采用中斷輸人方式或快速掃描方式，以保證對(duì)斷路器變位的采樣分辨率能在 5ms之內(nèi)。 ? 對(duì)于隔離開關(guān)狀態(tài)和分接頭位置等開關(guān)信號(hào)，不必采用中斷輸人方式，可以用定期查詢方式讀人計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷。 ? 繼電保護(hù)的動(dòng)作信息輸人計(jì)算機(jī)的方式有兩種情況，常規(guī)的保護(hù)裝置和早期研制成功的微機(jī)保護(hù)裝置由于不具備串行通信能力，故其保護(hù)動(dòng)作信息往往取自信號(hào)繼電器的輔助接點(diǎn)，也以開關(guān)量的形式讀人計(jì)算機(jī)中。近年來新研制成功的微機(jī)保護(hù)裝置，大多數(shù)具有串行通信功能，因此其保護(hù)動(dòng)作信號(hào)可通過串行口或局域網(wǎng)絡(luò)通信方式輸人計(jì)算機(jī)，這樣可節(jié)省大量的信號(hào)連接電纜，也節(jié)省了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 I/O接口數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了硬件電路。 三、電能計(jì)量 ? 電能計(jì)量即指對(duì)電能量 (包括有功電能和無功電能 )的采集。電能是模擬量，但與電流電壓有所區(qū)別，需要經(jīng)過一定的計(jì)算才能得到結(jié)果。眾所周知，對(duì)電能量的采集，傳統(tǒng)的方法是采用機(jī)械式的電能表，由電能表盤轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)來反映電能量的大小。這些機(jī)械式的電能表，無法和計(jì)算機(jī)直接接口。 ? 計(jì)算機(jī)能夠?qū)﹄娔芰窟M(jìn)行計(jì)量，有靠硬件技術(shù)完成的脈沖電能表和機(jī)電一體化電能計(jì)量?jī)x表；也有靠軟件技術(shù)完成的微機(jī)型電能計(jì)量?jī)x表。 ? 微機(jī)型電能計(jì)量?jī)x表，它由單片機(jī)和集成電路構(gòu)成，通過采樣電壓和電流量，由軟件計(jì)算出有功電能和無功電能，因?yàn)檫@種裝置是專門為計(jì)算電能量而設(shè)計(jì)的，所以不僅可以保證計(jì)量的準(zhǔn)確度比較高，而且還能保存電能值，方便地實(shí)現(xiàn)分時(shí)統(tǒng)計(jì)，并且具有串行通信功能。微機(jī)型電能計(jì)量?jī)x表從功能、準(zhǔn)確度和性價(jià)比上都大大優(yōu)于脈沖電能表，是今后的發(fā)展方向。 第四節(jié) 變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信技術(shù) ? 一、概述 ? 變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是由三個(gè)層次組成的，即設(shè)備層、間隔層和變電所層，如果將變電所與上級(jí)調(diào)度歸納在內(nèi)的話，還有一個(gè)調(diào)度層，各層次之間、各層次的內(nèi)部及變電所與上級(jí)調(diào)度之間均需進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 ? 在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，其通信功能包括變電所內(nèi)部的通信和自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。 一、概述 (一 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信 ? 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信，主要解決自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各單元與上位機(jī) (監(jiān)控主機(jī) )和各單元間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題，它們的通信范圍是變電所內(nèi)部。對(duì)于集中組屏的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來說，實(shí)際是在主控室內(nèi)部；對(duì)于分散安裝的自動(dòng)化系統(tǒng)來說，其通信范圍擴(kuò)大至主控室與設(shè)備單元的安裝地，甚至是開關(guān)柜間，此種情況下通信距離加長(zhǎng)了。 ? 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電所內(nèi)部的通信方式有并行通信、串行通信，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線等多種形式。 (一 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信 ? 分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中需要傳輸?shù)男畔⒂腥缦聨追N。 ? (單元層 )間的信息交換 ? 間隔層的設(shè)備有控制、測(cè)量、保護(hù)等單元，或者是這些功能的合成單元，間隔層需要從設(shè)備層通過電壓和電流互感器采集電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息，這些信息包括：斷路器和隔離開關(guān)位置、主變壓器分接頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息等。 (一 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信 ? 2. 間隔層內(nèi)部的信息交換 ? 間隔層內(nèi)部的信息交換，是指間隔層內(nèi)部相關(guān)的模塊間，即保護(hù)和控制、監(jiān)視、測(cè)量之間的數(shù)據(jù)交換。這類信息有測(cè)量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、變壓器的運(yùn)行狀態(tài)、電源同步采樣信息等。 ? 3. 間隔層之間的通信 ? 不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有 :主、后備繼電保護(hù)工作狀態(tài)、互鎖，相關(guān)保護(hù)動(dòng)作閉鎖、電壓無功綜合控制裝置工作狀態(tài)等信息。 (一 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信 ? ? 間隔層和變電所層的通信內(nèi)容很豐富，概括起來有以下三類。 ? (1)測(cè)量及狀態(tài)信息 ? 這類信息包括正常和事故情況下的測(cè)量值；斷路器、隔離開關(guān)、主變壓器分接開關(guān)位置、各間隔層運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作信息等。 ? (2)操作信息 ? 這類信息包括斷路器和隔離開關(guān)的分、合命令，主變壓器分接頭位置的調(diào)節(jié)，自動(dòng)裝置的投人與退出等。 ? (3)參數(shù)信息 ? 這類信息包括微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定值等。 (一 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所內(nèi)部通信 ? ? 變電所層不同設(shè)備之間的通信要根據(jù)各設(shè)備的任務(wù)和功能的特點(diǎn)，傳輸所需的測(cè)量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。 (二 )綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度通信 ? 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有與電力系統(tǒng)調(diào)度中心通信的功能，不另設(shè)獨(dú)立的 RTU裝置，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的 上位機(jī)必須兼有 RTU的全部功能 。 ? 一方面把變電所所需要測(cè)量的模擬量、電能量、狀態(tài)信息和 SOE等信息傳送至調(diào)度中心，這些信息是變電所和調(diào)度中心共用的，不必專門為調(diào)度中心單獨(dú)采集； ? 另一方面應(yīng)該能接收調(diào)度端下達(dá)的各種操作、控制、修改定值等命令，即完成新型 RTU全部四遙（遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)）的功能。 二、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信的特點(diǎn)與要求 ? (一 )變電所通信網(wǎng)絡(luò)的要求 ? 經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)通信成為系統(tǒng)的技術(shù)核心，而由于變電所的特殊環(huán)境和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，使變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)和要求。 ? 。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要及時(shí)地傳輸現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和操作控制信息。在電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送都有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性。 ? 。電力系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)也必須連續(xù)運(yùn)行，通信網(wǎng)絡(luò)的故障和非正常運(yùn)行會(huì)影響整個(gè)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故、造成很大的損失，因此變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。 二、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信的特點(diǎn)與要求 (一 )變電所通信網(wǎng)絡(luò)的要求 ? 。變電所是個(gè)具有強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境，存在電源、雷擊、跳閘等強(qiáng)電磁干擾和地電位差干擾，通信環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須注意采取相應(yīng)的措施消除這些干擾的影響。 ? 。通信系統(tǒng)的分層造就了分層分布式結(jié)構(gòu)的變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)的各層次又各自具有特殊的應(yīng)用條件和性能要求，因此每一層都要有合適的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如設(shè)備層和間隔層多采用現(xiàn)場(chǎng)總線，變電所層多采用局域網(wǎng)。 (二 )信息傳輸響應(yīng)速度的要求 ? 不同類型和特性的信息要求傳送的時(shí)間差異很大，其具體內(nèi)容如下。 ? 。 ? （ 1）對(duì)變電所運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，需要采集母線電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、零序電壓、頻率等參數(shù)，這類信息需要經(jīng)常傳送，響應(yīng)時(shí)間需滿足 SCADA系統(tǒng)（ Supervisory Control and Date Acquistion System）的要求，一般不宜大于 1～ 2s。 ? （ 2）對(duì)有功電能量和無功電能量的計(jì)量用信息，傳送的時(shí)間間隔可以較長(zhǎng)，傳送的優(yōu)先級(jí)可以較低； ? （ 3）對(duì)于變電所層數(shù)據(jù)庫(kù)的刷新，可以采用定時(shí)召喚方式，定時(shí)采集斷路器的狀態(tài)信息、繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置投人和退出的工作狀態(tài)信息。 (二 )信息傳輸響應(yīng)速度的要求 ? 。 ? （ 1）系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，需要快速響應(yīng)的信息，例如 :事故時(shí)斷路器的位置信號(hào)，這種信號(hào)要求傳輸時(shí)延最小，優(yōu)先級(jí)最高； ? （ 2）正常操作時(shí)的狀態(tài)變化信息 (如斷路器狀態(tài)變化 )要求立即傳送，傳輸響應(yīng)時(shí)間要小，自動(dòng)裝置和保護(hù)裝置的投人和退出信息，要及時(shí)傳送； ? （ 3）故障情況下，繼電保護(hù)動(dòng)作的狀態(tài)信息和事件順序記錄，這些信息作為事故后分析事故之用，不需要立即傳送，待事故處理完再送即可； (二 )信息傳輸響應(yīng)速度的要求 。 ? （ 4）故障時(shí)的故障錄波，帶時(shí)標(biāo)的擾動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量大，傳輸時(shí)占用時(shí)間長(zhǎng)，也不必立即傳送； ? （ 5）控制命令、升降命令、繼電保護(hù)和自動(dòng)設(shè)