模塊化變電所監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

摘要：分析三相電力參數(shù)測(cè)量專用模塊EDA9033 的結(jié)構(gòu)及特性，提出基于專用模塊組建分布式變電
所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案，給出應(yīng)用實(shí)例和效益分析。實(shí)踐證明：使用專用模塊進(jìn)行變電所監(jiān)測(cè)是切實(shí)可行的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伸縮性好和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。
中圖分類號(hào)：U224-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Technology and application of monitoring based on module of transformed substation
YU Zhi-yong1, PENG Yan1, DENG Shi-jian2, JIN Yan2
(1. Depot of Water and Electric Supply, Xuzhou Railway Subadministration, Xuzhou 221004, China; 2. School of
Communication & Electronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China)
Abstract: The structure and characteristics of EDA9033 module which was specially used to measure electric power parameter
were analyzed, the solution of constructing Distributed Transformer Substation Monitoring System on module was brought
forward, and the application instance and its benefits analysis were presented. It was proved in practice that using specificmodule to monitor transformed substation was feasible and had the advantages of simple structure, good flexibility and reliable
performances.
Key words: modular; EDA9033; transformed substation; Distribut Monitoring System

變電所是供電系統(tǒng)的重要設(shè)施，是供電生產(chǎn)管理中實(shí)施監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象。目前，對(duì)于變電所的監(jiān)測(cè)大多數(shù)情況仍然采用傳統(tǒng)儀表和人工抄表的方式完成，特別是對(duì)于無(wú)人值守的終端變電所，只能通過(guò)巡檢的方式才能實(shí)現(xiàn)。由于監(jiān)測(cè)手段落后、工作效率低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需求。為此，研發(fā)了EDA9033 電力參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，它是一種性能優(yōu)良的模塊化三相電力參數(shù)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，可以方便地應(yīng)用于變電所的監(jiān)測(cè)。
1 EDA9033 模塊結(jié)構(gòu)及特性
EDA9033 是采用微控制器（MCU）、專用集成電路（A S I C ）和通信等技術(shù)的電力參數(shù)測(cè)量專用模塊，能夠測(cè)量三相電壓（ua/ub/uc）、三相電流（ia/ib/ic）、有功功率（P）、無(wú)功功率（Q）、功率因數(shù)（Cosθ）和電量（KWH），并配備了串行通信接口，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
在圖1 中，ASIC 完成三相電力參數(shù)的測(cè)量，REC/DRV 完成與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口，MCU 完成模塊的數(shù)據(jù)采集、通信和系統(tǒng)控制等。

ASIC 采用12 bits D/ADC 對(duì)交流電壓、電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電壓輸入范圍0～500 V，分為11 檔量程；電流輸入范圍0 ～10 A，分為5 檔量程，但可以正確測(cè)量滿量程1.5 倍的輸入信號(hào)，測(cè)量精度0.5 級(jí)。通信接口有RS-232 和RS-485 兩種形式，采用主
從式通信協(xié)議，協(xié)議數(shù)據(jù)格式有ASCII 編碼和十六進(jìn)制編碼（LC-01）兩種。ASCII 編碼格式適合于高級(jí)語(yǔ)言（如Microsoft Visual Basic）編程接口，LC-01編碼格式適合于匯編語(yǔ)言和C 語(yǔ)言編程接口。ASCII編碼格式的通信協(xié)議與ADVANTECH 公司
ADAM4000 系列模塊的兼容，其數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)定義如圖2 所示。


在圖2 中，起始符標(biāo)識(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)包的開始，占用1 B，由“S、%、#、>、&、！、?”等不同字符擔(dān)當(dāng)；模塊地址標(biāo)識(shí)一個(gè)具體的模塊，為2 B 的十六進(jìn)制數(shù)，范圍是00～FFH；指令碼決定命令的作用，占用1 B，有的命令沒(méi)有指令碼，而由起始符擔(dān)任；
數(shù)據(jù)塊是命令或響應(yīng)所包含的數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度隨命令和響應(yīng)的不同而變化；校驗(yàn)碼用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包的正確性，采用累加和方式，占用2 B；結(jié)束符為一個(gè)回車符，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包的結(jié)束。
可以看出，EDA9033 模塊既支持單點(diǎn)電力參數(shù)監(jiān)測(cè)也支持網(wǎng)絡(luò)化電力參數(shù)監(jiān)測(cè)，為其應(yīng)用奠定了良好的通信接口基礎(chǔ)，其典型應(yīng)用電路如圖3 所示。


2 基于模塊組建分布式變電所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
變電所是連接電網(wǎng)和用戶的“橋梁”，一般由進(jìn)線、出線（用戶線）、變壓器和控制設(shè)備等組成，需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有進(jìn)出線電力參數(shù)、設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)裝置開關(guān)狀態(tài)和變壓器溫度等。
考慮到監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容的多樣性，采用分布式結(jié)構(gòu)組建變電所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該是優(yōu)選方案，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。


該系統(tǒng)主要由各種模塊化的監(jiān)測(cè)站（電力參數(shù)、模擬量和開關(guān)量）、RS-485 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)等組成。其中：
（1）電力參數(shù)監(jiān)測(cè)站采用EDA9033 模塊，完成進(jìn)線和出線的電力參數(shù)測(cè)量；
（2 ）模擬量監(jiān)測(cè)站采用ADVANTECH ADAM 4017 模塊，完成8路模擬量的測(cè)量；
（3 ）開關(guān)量監(jiān)測(cè)站采用ADVANTECHAD-AM4053（16 路輸入），完成開關(guān)量的狀態(tài)采集；
（4 ）監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、定時(shí)記錄和存儲(chǔ)、監(jiān)視及故障報(bào)警；
（5）RS-485 總線將所有監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，組成一個(gè)分布式變電所監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
在監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中，可以在Microsoft Windows操作系統(tǒng)上，使用Microsoft Visual Basic或其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，通過(guò)Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，聯(lián)合Microsoft Excel 完成報(bào)表輸出，功能模塊
如圖5 所示。


圖5 中的本地通信服務(wù)功能完成從各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)采集，是應(yīng)用程序開發(fā)的關(guān)鍵部分。根據(jù)主從式通信協(xié)議的特點(diǎn)，本地通信可以采用圖6 的通信流程。該流程可以充分利用EDA9033 模塊通信協(xié)議，進(jìn)行通信控制和檢測(cè)，可靠地完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
3 應(yīng)用實(shí)例及效益分析
圖4 所示的基于EDA9033 模塊的分布式變電所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在鐵路企業(yè)的多個(gè)35 KV、10 KV 變電所獲得了應(yīng)用。下面是一個(gè)10 KV 變電所監(jiān)測(cè)系


統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容如表1 所示，配備的主要硬件設(shè)備如表2 所示。


在監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中，安裝了使用Microsoft Visual　Basic 開發(fā)的變電所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、定時(shí)記錄和存儲(chǔ)、監(jiān)視及故障報(bào)警等。其中，監(jiān)視界面有數(shù)字化、模擬化和圖形化3 種形式，圖7是圖形化監(jiān)視界面。
4 效益分析
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入運(yùn)行取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)功能發(fā)現(xiàn)某35 KV 變電所1#總板（進(jìn)線）PT 的A 相失壓，經(jīng)檢查是保險(xiǎn)絲開路造成的。技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除了故障，避免了電量計(jì)量的大量損失；


（2）通過(guò)電流監(jiān)測(cè)功能發(fā)現(xiàn)，某10 KV 變電所進(jìn)線的兩相電流為零，經(jīng)檢查得知是C T 失效導(dǎo)致的。技術(shù)人員及時(shí)地進(jìn)行了更換，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。
（3 ）某終端用戶的三相電壓有的偏高、有的偏低，影響用電設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行。通過(guò)電流監(jiān)測(cè)功能發(fā)現(xiàn)是由于三相負(fù)載不太平衡造成的，技術(shù)人員及時(shí)地調(diào)整了三相負(fù)荷分配，提高了供電質(zhì)量。
（4 ）某變電所輸出電壓過(guò)高，導(dǎo)致用戶設(shè)備損壞，用戶要求賠償。通過(guò)工況數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)輸出電壓確實(shí)過(guò)高，但是由于進(jìn)線電壓過(guò)高造成的，是上級(jí)供電部門的責(zé)任，而不是該變電所的直接責(zé)任，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
該模塊已在原徐州鐵路分局水電段等部門得到應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)
EDA9033 是采用微控制器和專用集成電路完成三相電力參數(shù)測(cè)量的專用模塊，其通信接口為組建分布式變電所監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定了必要的基礎(chǔ)。分析和實(shí)踐證明，模塊化變電所監(jiān)測(cè)的方案是切實(shí)可行的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伸縮性好和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。
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研究及應(yīng)用[J]，鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003，12（4）：19 —21.