電能量遙測(cè)采集終端電磁干擾試驗(yàn)儀設(shè)計(jì)

摘要：目前，電能量遙測(cè)采集終端的檢定不如電能表計(jì)檢定嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)室不能模擬變電站的環(huán)境對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，不能對(duì)電能量遙測(cè)采集終端的質(zhì)量進(jìn)行分析。為了模擬變電站環(huán)境對(duì)電能量遙測(cè)終端運(yùn)行情況的影響，保證電能量數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，保證電能量遙測(cè)采集終端支持遠(yuǎn)程抄表，文章對(duì)電能量遙測(cè)采集終端電磁干擾試驗(yàn)儀進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電能量遙測(cè)采集終端；電磁干擾試驗(yàn)儀；電能表計(jì)；變電站；電能量數(shù)據(jù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM734 文章編號(hào)：1009-2374（2015）34-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.005

近年來，電能量遙測(cè)采集終端已經(jīng)在變電站中全面應(yīng)用，經(jīng)過幾年的電能量遙測(cè)采集終端運(yùn)維，我們發(fā)現(xiàn)部分在變電站現(xiàn)場(chǎng)的終端采集數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定，直接影響到了電能量數(shù)據(jù)的采集、線損的計(jì)算、偷竊電的分析等業(yè)務(wù)的開展。

經(jīng)過分析得出，影響電能量遙測(cè)采集終端采集數(shù)據(jù)異常的主要因素有：（1）來自變電站的電磁輻射對(duì)電能量遙測(cè)采集終端的工作進(jìn)行影響，影響終端的采集時(shí)候的速率，終端采集不到電能表的數(shù)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致終端采集的表碼跳變，影響專線用戶的結(jié)算、線損計(jì)算等功能，情況極其嚴(yán)重；（2）很多時(shí)候終端運(yùn)行一段時(shí)間后，電能量遙測(cè)采集終端與電能表之間的通信模塊經(jīng)常發(fā)生通信故障，常導(dǎo)致終端不能采集電能表數(shù)據(jù)；（3）終端的磁盤容量溢出，電能量遙測(cè)采集終端無法采集電能表數(shù)據(jù)；（4）終端RS485輸出端口信號(hào)弱，導(dǎo)致通信異常；（5）采集終端RS485端口信號(hào)接收能力差，導(dǎo)致通信異常；（6）現(xiàn)在電能量遙測(cè)采集終端理論上每個(gè)通道可以支持抄讀16只電能表，但是當(dāng)通道負(fù)載的電能表過多，則會(huì)嚴(yán)重影響終端的采集速率，按照719通訊規(guī)約的要求，電能量遙測(cè)采集終端每5分鐘就要采一次表碼和電流、電壓等的瞬時(shí)量，有時(shí)候5分鐘內(nèi)還要采集到電表的報(bào)警數(shù)據(jù)，電表的日凍結(jié)、月凍結(jié)等，電能量遙測(cè)采集終端的采集壓力是大的，如果一個(gè)通道負(fù)載的電能表過多而終端的質(zhì)量差，很容易采集不到電表數(shù)據(jù)；（7）RS-485總線布線長度過長，導(dǎo)致采集終端通信異常；（8）RS-485總線布線方式錯(cuò)誤，信號(hào)反射增大而導(dǎo)致采集終端通信異常；（9）采集終端抄表參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致采集終端通信異常；（10）現(xiàn)場(chǎng)有其他干擾源串入RS-485總線而導(dǎo)致采集終端通信異常等。以上因素經(jīng)常困擾現(xiàn)場(chǎng)施工和平時(shí)的計(jì)量自動(dòng)化管理，錯(cuò)判、誤判現(xiàn)象很多，導(dǎo)致工作效率低下、施工周期長、生產(chǎn)成本高。所以，我們希望電能量遙測(cè)采集終端在安裝前就能進(jìn)行測(cè)試，盡量在檢定期間排除終端的質(zhì)量原因。本文根據(jù)變電站的電磁干擾的磁場(chǎng)強(qiáng)度模擬出現(xiàn)場(chǎng)的工頻干擾環(huán)境，設(shè)計(jì)出電能量遙測(cè)采集終端電磁干擾試驗(yàn)臺(tái)，有助于現(xiàn)場(chǎng)終端運(yùn)維人員快速定位和處理缺陷。

1 設(shè)計(jì)原理

電能量遙測(cè)采集終端與電能表進(jìn)行通信采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行電氣接口，使多點(diǎn)連接成為可能。目前計(jì)量自動(dòng)化終端現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維過程經(jīng)常出現(xiàn)串行電能表過多影響終端抄表的數(shù)據(jù)完整率，而這有可能和變電站的電磁干擾有關(guān)。為了判斷串行電能表數(shù)量對(duì)電能量遙測(cè)采集終端運(yùn)行影響，判斷不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下電能量遙測(cè)采集終端運(yùn)行情況的影響。表1、表2是上述常見的問題在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的相關(guān)情況。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出在磁場(chǎng)影響終端帶電能表負(fù)載數(shù)量和終端的抄表成功率。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

上面的實(shí)驗(yàn)證明了磁場(chǎng)和串行電能表的數(shù)量對(duì)電能量遙測(cè)采集終端運(yùn)行的影響，為了保證在電能量遙測(cè)采集終端安裝之前能對(duì)電能量遙測(cè)采集終端進(jìn)行檢定，本文對(duì)裝置進(jìn)行了設(shè)置。

2.1 系統(tǒng)原理框圖

圖1是采集終端工頻干擾試驗(yàn)臺(tái)的原理框圖：

圖1 采集終端工頻干擾試驗(yàn)臺(tái)的原理框圖

采集終端工頻干擾試驗(yàn)臺(tái)由后臺(tái)控制系統(tǒng)、串口服務(wù)器、程控電流源、電磁感應(yīng)線圈、遙控測(cè)試模組、開關(guān)量測(cè)試模組、端口及狀態(tài)指示模組、虛擬電能表、電源控制模組、載表臺(tái)等模組組成：（1）后臺(tái)控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)及采集終端工頻干擾系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成，主要完成設(shè)置測(cè)試方案、控制試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)過程、設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)、設(shè)置通信參數(shù)、查詢及輸出試驗(yàn)報(bào)告等工作；（2）串口服務(wù)器：主要完成串行通信端口的擴(kuò)展工作；（3）程控電流源：由升流電路、電流檢測(cè)、報(bào)警電路組成，在系統(tǒng)應(yīng)用軟件的控制下，按照試驗(yàn)要求輸出不同的工頻電流至交流電磁感應(yīng)線圈，在交流電磁感應(yīng)線圈中心區(qū)域產(chǎn)生對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的工頻磁場(chǎng)；（4）電磁感應(yīng)線圈：直徑1m的多組線圈，用于產(chǎn)生試驗(yàn)所需要的工頻磁場(chǎng)；（5）遙控測(cè)試模組：在工頻磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，系統(tǒng)應(yīng)用軟件向被測(cè)采集終端發(fā)出各種遙控指令，遙控測(cè)試模組根據(jù)采集終端相應(yīng)端口的電平狀況進(jìn)行相應(yīng)的電路切換，做出相應(yīng)的響應(yīng)，檢測(cè)電路將檢測(cè)結(jié)果上傳至應(yīng)用軟件并進(jìn)行相應(yīng)的顯示及處理；（6）開關(guān)量測(cè)試模組：在工頻磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及系統(tǒng)軟件的控制下，針對(duì)采集終端的不同開關(guān)量端口發(fā)出不同的開關(guān)量信號(hào)，采集終端相應(yīng)輸出端口的電平狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，測(cè)試模組會(huì)根據(jù)其發(fā)生的改變做出相應(yīng)的反應(yīng)；（7）端口及狀態(tài)指示模組：試驗(yàn)臺(tái)的端口輸出電路以及端口狀態(tài)指示電路，提供被測(cè)采集終端和試驗(yàn)臺(tái)的連接通道，并對(duì)各種通道在試驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行指示；（8）虛擬電能表：由外接多功能電能表端口電路和虛擬電能表組成，虛擬電能表由軟件電能表和RS485通信電路組成。當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)采用外接多功能表時(shí)，則由外接電能表為試驗(yàn)過程提供源數(shù)據(jù)，否則由虛擬電能表作為數(shù)據(jù)源接入采集終端抄表端口。虛擬電能表中的各種電量信息可進(jìn)行設(shè)置；（9）載表臺(tái)：用于放置壁掛式以及機(jī)架式兩種類型的采集終端并提供相應(yīng)的電源端口和功能端口；（10）電源控制模組：為各種功能模塊及被測(cè)對(duì)象提供各種工作電源。

2.2 數(shù)據(jù)采集終端工頻干擾試驗(yàn)儀的功能

（1）由于現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的電能量遙測(cè)采集終端包括掛壁式采集終端和機(jī)架式采集終端，試驗(yàn)儀可以支持測(cè)試壁掛式采集終端和機(jī)架式采集終端兩種類型的采集終端；（2）可對(duì)采集終端分別進(jìn)行三個(gè)相互垂直方位的工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)；（3）工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度可設(shè)置為400A/m、300A/m、200A/m，其中400A/m是標(biāo)準(zhǔn)要求，其他兩個(gè)參數(shù)可作為參考測(cè)試，依此判斷被測(cè)采集終端的工頻磁場(chǎng)抗擾度的能力；（4）在工頻磁場(chǎng)環(huán)境下可以測(cè)試采集終端的數(shù)據(jù)采集能力及可靠性；（5）在工頻磁場(chǎng)環(huán)境下可以測(cè)試采集終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力；（6）在工頻磁場(chǎng)環(huán)境下可以測(cè)試采集終端的數(shù)據(jù)上傳功能；（7）在工頻磁場(chǎng)環(huán)境下可以測(cè)試采集終端的開關(guān)量功能端口功能；（8）在工頻磁場(chǎng)環(huán)境下可以測(cè)試采集終端的遙控功能端口的功能；（9）數(shù)據(jù)源可外接多功能電能表，也可以選用內(nèi)置的虛擬電能表（默認(rèn)）；（10）試驗(yàn)儀的工作電源為AC220V/50Hz。

3 電能量遙測(cè)采集終端電磁干擾試驗(yàn)儀的功能

（1）設(shè)計(jì)有專門的采集終端試驗(yàn)臺(tái)，用于放置被測(cè)采集終端。該試驗(yàn)臺(tái)可放置壁掛式采集終端和機(jī)架式采集終端，試驗(yàn)臺(tái)上為兩種終端按擺放方式的不同在不同位置設(shè)計(jì)了電源輸入端口、電能量采集端口、主站通信端口、遙測(cè)信息輸入端口、遙控信息輸出端口等專門的功能測(cè)試端口；（2）工頻磁場(chǎng)感應(yīng)線圈可在水平位置和垂直位置之間進(jìn)行切換；（3）設(shè)計(jì)了專用的程控工頻磁場(chǎng)發(fā)生器，由應(yīng)用軟件控制而產(chǎn)生不同強(qiáng)度的工頻磁場(chǎng)，試驗(yàn)過程由軟件按試驗(yàn)方案自動(dòng)換檔，無需人工調(diào)節(jié)；（4）在400A/m的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，可長時(shí)間處于工作狀態(tài)，完成測(cè)試方案所規(guī)定的所有工作；（5）設(shè)計(jì)了外接多功能電能表端口，用戶可根據(jù)需求選配不同的電能表。內(nèi)部設(shè)計(jì)有虛擬電能表，為采集終端試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)源；（6）在工頻磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及系統(tǒng)軟件的控制下，在此試驗(yàn)臺(tái)上可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設(shè)置和查詢、數(shù)據(jù)傳輸、遙測(cè)與遙控等功能試驗(yàn)；（7）可根據(jù)需要選擇試驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置測(cè)試方案，整個(gè)試驗(yàn)過程自動(dòng)進(jìn)行，無需人工干預(yù)；（8）試驗(yàn)完成后可以自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

4 結(jié)語

電能量遙測(cè)采集終端電磁干擾實(shí)驗(yàn)儀使電能量遙測(cè)采集終端在運(yùn)行前的檢定變成了現(xiàn)實(shí)，為電能量遙測(cè)采集終端的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維提供了支持，同時(shí)也為電能量遙測(cè)采集終端以后的升級(jí)提供了技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王華清（1988-），男，廣東陽江人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局助理工程師，研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。

（責(zé)任編輯：周 瓊）