变电站电能计量装置远方自动监测系统浅析

变电站电能计量装置远方自动监测系统浅析

吕凤鸣 1 彭新立 2 王钊 3 赵丙胜 4 彭茂君 5

1. 国网北京电科院 ； 2. 国网北京密云供电公司 ； 3. 国网北京电科院 ； 4. 国网通州供电公司 ； 5. 国网北京城区供电公司

摘要：变电站的电能计量装置的远程自动监测系统在目前，是电力系统计量领域内的发展方向。文章介绍了远程自动检测的意义，系统结构、系统组成、核心部件，对于电力计量领域的专业从业人员具备借鉴价值。

关键词：电能、计量装置、远程监测、多通道现场标准电能表

目前电力系统相当部分的变电站电能计量装置仍然沿用人工周期现场校验的形式，实施周期检测不仅需要大量人力物力支持，而且从测量技术和测量手段上也难以满足要求；同时在电能计量装置动态监控管理方面又存在着较多的问题，因此，变电站电能计量装置远方自动监测系统的应用可以实现对关口电能表的运行参数的监视、检测和记录，并可以根据相关动态信息预测故障的发展趋势，给出预防控制措施和紧急控制措施，提高计量管理员在计量故障处理过程中的反应速度和决策能力，为合理制定线损控制策略提供依据。

电能计量装置远方自动监测系统的应用功能是：在保证系统安全、稳定运行的前提下，从管理人员的实际应用方式出发，以现代化的计算机技术、DSP控制技术、传输技术等实现电能装置远程在线自动化监测，从而为电能计量提供必要、可靠的决策支持。

1、变电站电能计量装置远方自动监测系统结构

系统以多通道现场标准电能表为计量核心，采用分时检测方法，将与某个回路串联的标准电能表产生的标准电能脉冲，与该回路电能表产生的脉冲比较并进行误差处理，实现电能表的在线校验。以系统工控机为控制核心结合网络通讯技术实现客户端与分站系统装置间的命令及信息传输，实现客户端对分站装置和电能表的查询及设置。（如图1所示）

2、系统组成

变电站电能计量装置远方自动监测系统包括主站和分站两部分。

主站包括客户终端、数据服务器、交换机等网络通讯设备,用于实现对变电站电能计量装置的远程数据查询及综合分析，实现电能计量装置在线检测和状态巡检。包括根据需要配置的多台PC机和系统软件，数据服务器负责检测数据存储与交换。交换机等网络通讯设备为远程通讯提供硬件支持。

分站也称作检测屏，包括工控机、多通道现场标准电能表、控制单元，电压接入端子、电流接入端子、显示屏、键盘、鼠标、电源系统和电气保护控制系统等。（如图2所示）

1）工控机是分站装置的控制中心，负责电能表数据的读取，标准表数据查询与设置，控制单元的通讯控制，以及与外部网络的连接。工控机安装一套自主研发的系统分站软件，在客户终端的控制下或在本地键盘的操作下实现电能表的校验、抄表和状态查询等功能，同时数据传至数据服务器并在本地硬盘备份。

2）多通道现场标准电能表主要为分站装置提供计量标准，由主表和附表组成。主表为多路表计共用的电压通道和测量计算单元；附表为多路电流通道，各计量回路电流直接接入，无需互感器转换。每块主表可级联四个附表共24个计量回路。

3）控制单元负责多路电压、电流和脉冲的切换。在工控机的控制下选通当前校验计量回路的电压、电流与脉冲，接入到多通道现场标准电能表的电压、电流与脉冲通道。

4）电压、电流、脉冲接线端子为分站装置与外部连线的接口，二次回路电压电流脉冲由此接入装置。其选择充分考虑接线的牢靠及容量和线径，保证了二次回路的安全接入。

5）空气开关负责电压回路的保护，如果分站装置本身出现问题，空气开关立即断开将分站装置与二次回路隔离。如果需要对本站进行检修或取换标准表的操作，可将此空开断开。

6）电流接线盒用于电流二次回路的短接，将电流接线盒短接时可以取换标准表，实现分站装置的模块化，如需串接其他测量仪器，也可在此处串入。

7）485接口，分站装置与电能表的通讯接口，变电站所有被校电能表的485接口并联后接到此口，实现与工控机的通讯。

8) 光电转换器，将工控机的网线转为光纤实现远距离通讯。

9) 电源系统与保护控制系统，分站装置需要外部提供220V交流电源，为标准表、工控机、控制单元提供电源。

10) 保护控制系统包括空器开关、保险、交流电源启停按钮。

11) 显示器与键盘鼠标，提供现场的人机界面，通过此界面也可完成客户端的所有操作功能。

3、系统核心构成

电能计量装置远程监测系统的核心部件为多通道现场标准电能表，该装置硬件系统采用模块化设计。所采用的模块有：通道模块SZMK-CH1、通道模块SZMK-CH2、测量模块SZMK-DSP1和SZMK-AD1、上位机模块、控制模块、通道选择模块、键盘显示器模块和电源模块。（如图3所示）

系统以DSP为信号处理核心，采用数字乘法器原理实现基本测量功能；以单片机为控制核心，辅之以模拟信号通道、键盘、显示器、通讯接口，实现系统功能。

被测量的电压、电流信号经过转换电路（电阻分压器、电流互感器）变换为适当的电压信号，送至AD转换器变换为数字信号，再由数字信号处理器（DSP）进行数学运算，得到各种需要的测量数据。这些测量数据通过通讯方式传送给控制CPU。控制CPU管理人机接口，由其响应控制键盘和通讯口，驱动显示器，并对测试数据进行后期处理。

模拟通道模块可实现信号转换、信号放大、量程切换等功能。每个通道模块包含一个电压通道和一个电流通道。电压通道采用电阻分压器原理实现信号转换，电压输入范围0—680V。电流通道采用双磁芯多绕组电流互感器实现信号转换，电流输入范围0—1A。模块内部使用了程控放大器实现量程转换。信号输出均为0—5V（RMS）。模块量程控制接口输入位控信号，该控制信号与模拟通道隔离。模块供电为5V（EVCC）250mA、5V（VCC）50mA。系统中使用了三个通道模块，分别用于三相信号。

测量模块由采样模块和测量计算模块构成。

采样模块内部使用了2路16位AD转换器，在采样时序控制下对6个通道的电压和电流信号进行采样。采样的时序控制信号由GAL芯片产生，并受DSP1模块控制。采样数字信号合成为32位串行信号，传送给测量计算模块DSP1。

AD1模块的额定输入信号为5V（RMS）。AD1由辅助控制板提供 +5V 300mA、±15V 140mA供电。

测量模块SZMK-DSP1模块以32位浮点DSP（TMS320C32）为核心，对采样模块AD1进行时序控制，并对采样信号进行计算处理，完成各种模式下的测量计算。模块采用16位并行数据口与上位机（本系统中为上位机模块）进行数据信息交换，接受上位机的控制。模块可输出1路30KHz标准电能脉冲，其中光隔离输出接至面板接口，供外部校验；未隔离输出本系统未使用。

两模块之间的采样信号和采样控制信号均通过光电耦合器传送，使两模块实现电气隔离。两模块的供电亦进行隔离。

上位机模块采用ISA总线，具有标准的键盘、RS232通讯口，单色液晶显示器的驱动口。上位机CPU应为8位或16位，ROM大于1M，内存大于4M。

辅助控制模块包含电压电流档位译码驱动、电流切档保护、AD模块直流供电电源电路，并能对上位机提供复位信号、对电源控制板提供保持和关机控制信号。

档位控制电路将DSP模块发出的串行控制信号通过光电隔离后进行译码，变成位控信号，再通过驱动芯片输出，驱动模拟通道模块的档位控制继电器。

键盘电路采用单片机对矩阵键盘进行扫描，构成智能键盘，输出编码符合标准键盘规约，接口与标准键盘接口一致。键盘电路还可产生上位机复位信号。

结束语：

变电站电能计量装置远方自动监测系统解决了现有计量系统中的重大技术问题，实现了变电站电能计量工作智能化。系统的运行能够采集和存储大量的电能计量装置在现场运行时的误差数据，后续还可以建立数学模型对这些数据进行分析处理，能够获得更多有益的科学结论，可以把电能计量智能化工作推向新的高度。变电站电能计量装置远方自动监测系统的应用具有显而易见的成效和良好的社会效益和经济效益。

作者简介

吕凤鸣，1978-，高工，国网北京电科院

彭新立，1974-，高级技师，国网北京密云供电公司

王钊，1989-，工程师，国网北京电科院

赵丙胜，1969-，高级技师，国网通州供电公司

彭茂君，1981-，高工，国网北京城区供电公司