電力計量自動檢測系統(tǒng)改造方案應(yīng)用探討

姜其亮

摘 要：自動檢測系統(tǒng)中通常應(yīng)用電壓測量來判定電路故障。實際工作中，很少使用電流量進行檢測。一些儀器應(yīng)用了一些新技術(shù)，如在VXI/PXI儀器中加入了內(nèi)置式電流傳感器，這類電流傳感器可由軟件控制進行穩(wěn)態(tài)測量。但這些傳感器不能測量高頻采樣信號，因而無法捕獲高速暫態(tài)信號。為了獲得電流數(shù)據(jù)，需要有無需介入電路的非侵入式傳感器，另外，也需要有分析電流數(shù)據(jù)和其他相關(guān)測量信號的軟件系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：電力計量；自動檢測系統(tǒng)；改造方案；應(yīng)用

1關(guān)于電力計量原系統(tǒng)所存在的問題

變電站S5-PLC計量系統(tǒng)經(jīng)過幾年的運行，暴露出一些問題。經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員的觀察和研究，這些問題集中反應(yīng)在計數(shù)器和電能表上。

1.1系統(tǒng)中計數(shù)器所存在的問題

機械計數(shù)：這種計數(shù)器，內(nèi)部是通過凹凸齒輪旋轉(zhuǎn)進行累計數(shù)據(jù)。在運行時，經(jīng)常發(fā)生卡輪和觸點接觸不可靠等現(xiàn)象，使系統(tǒng)累計的數(shù)據(jù)與電能表的實際計量值不一致。結(jié)構(gòu)設(shè)計：計數(shù)器在設(shè)計上不夠合理，其接收DC24V脈沖信號，卻要通過機械齒輪計數(shù)，再經(jīng)微電路轉(zhuǎn)換成BCD碼，原理上是從“電”到，“機”再到“電”，的過程，造成設(shè)備可靠性不高，數(shù)據(jù)累計誤差大。

設(shè)備維護：設(shè)備故障率高，檢修量大，現(xiàn)場維修人員投入的人力物力不少，收效不大；且進口設(shè)備備件價格昂貴，占用大量資金。

1.2電能表問題

現(xiàn)場技術(shù)人員通過高速記錄儀觀測到，部分電能表通過無源節(jié)點輸出的DC24V脈沖信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)衰減、有上波無下波和無波形等現(xiàn)象，雖然這些現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率不高，同樣影響了計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性。

1.3計量系統(tǒng)擴容問題

隨著用電負荷的逐漸擴大，變電站的開關(guān)數(shù)量不斷增加，自動計量系統(tǒng)已不能滿足自動計量的要求，部分電能表的計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計需要人工進行。因此，要求計量系統(tǒng)的容量從75點增加到100點。由于上述的3條原因，變電所自動計量系統(tǒng)的改造勢在必行，但如何改造，怎樣改造，給技術(shù)人員提出了一個新課題。

2電力計量系統(tǒng)改造方案

2.1 Zis91方案

Zis90/91自動計量系統(tǒng)，變自動計量系統(tǒng)改造，提出以Zis90/91為核心的改造方案，其主導(dǎo)思想是以Zis91智能記錄儀表代替計數(shù)器。Zis91方案的硬件結(jié)構(gòu)：采用3套Zis91（共96點）接收電能表發(fā)出的DC24V脈沖信號，在S5-PLC上增加兩塊CP523通信模塊，分兩路與Zis91相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

數(shù)據(jù)處理過程：電能表脈沖信號→Zis91接收脈沖信號→Zis91數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→Zis91數(shù)據(jù)處理→Zis91數(shù)據(jù)發(fā)送→S5-PLC數(shù)據(jù)接收→S5-PLC數(shù)據(jù)處理→SS-PLC數(shù)據(jù)發(fā)送→WS接收數(shù)據(jù)存儲、打印等。性能：集中采集數(shù)據(jù)信息；集成電路微處理器累計、計算數(shù)據(jù)信息；Zis91軟件功能通過設(shè)定實現(xiàn)，但S5-PLC中需要改編；夜晶顯示，可查看分路數(shù)據(jù)；對不正常脈沖信息不接收（只接收DC24V-60V）。改造所需增加的設(shè)備：3套Sis91；2塊CP523；2根專用通訊電纜：3套Zis91系統(tǒng)軟件。

2.2硬件軟件化方案

在論證Zis91方案的同時，對整個系統(tǒng)的原設(shè)計進行了仔細研究，并對現(xiàn)場進行了仔細調(diào)研。通過Zis91方案與原信息系統(tǒng)各自功能的比較，我們認為計數(shù)器所承擔的工作完全可以由S5-PLC來完成，且S5-PLC的功能比計數(shù)器更強。因此，計數(shù)器設(shè)備改造的工作可看作是硬件軟化的過程。為了容易說明我們的觀點，先分析自動計量系統(tǒng)的原設(shè)計。

主要設(shè)備技術(shù)指標：S5-PLCCPU946/947為微代碼的位、字處理和16位微處理器（80186）；存儲容量為128kbRAM，擴展最大可達896kb：掃描時間為可編程、監(jiān)控，最小為10ms。輸入模板為430-4UA12的數(shù)字輸入模板，輸入點數(shù)為32位，電壓隔離；輸入電壓為DC24V（額定值），t<0.1s時最大DC36V，“0”信號時-33～+7V“1”信號時+13～+33V。

電能表的脈沖信號特性為，輸出電壓DC24V，脈沖寬度t>50ms，脈沖頻度最大5次/s。分析：從圖2中我們可以看到，拆除計數(shù)器，同時拆除了數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線所占用的輸入模板被釋放（可釋放4塊輸入模板，即128點），為實現(xiàn)電能表與S5-PLC直接連接創(chuàng)造了硬件條件。對照主要設(shè)備技術(shù)指標，數(shù)字輸入模板完全可以直接接收電能表的脈沖信號，且可以解決電能表脈沖信號衰減的問題。當電能表的脈沖信號為DC24V時，數(shù)字輸入模板可接收DC13V～DC33V，不僅完全滿足電能表脈沖信號的要求，而且當脈沖信號衰減至DC13V時，同樣可以正確接收。電能表的脈沖信號最小為50ms，數(shù)字輸入模板的最小觸發(fā)時間為4ms。電能表脈沖信號的最小周期為200ms，CPU946/947的最小周期為10ms。利用輸入模板直接接收電能表的脈沖信號，可完全解決計數(shù)器帶來的諸多問題。應(yīng)有的軟件功能：CPU946/947軟件功能齊全，可以進行多種運算和數(shù)據(jù)處理，為計數(shù)器的功能軟件化奠定了基礎(chǔ)。對于電能表脈沖信號有上波無下波和無波形的現(xiàn)象，可以通過編寫軟件來解決，其基本思想為：①對于具體的用電用戶，其用電量在某個連續(xù)的時間段內(nèi)（例如1h）是基本穩(wěn)定的，也就是說電能表脈沖信號的周期是基本穩(wěn)定的（假定這個周期為t），這個t值可以通過系統(tǒng)中連續(xù)時間段內(nèi)歷史記錄與連續(xù)時間段的比值得到，且可不斷修正；②在自動計量系統(tǒng)（S5-PLC）中有每個用戶電開關(guān)的開合信號；③CPU946/947內(nèi)部有豐富的計數(shù)器和計時器；④工作時，當系統(tǒng)檢測到這個用戶的電源開關(guān)是合閘時，便啟動相應(yīng)計數(shù)器和計時器（假定這個周期為T），每次系統(tǒng)掃描時用T與t相比較，若T>t，自動計量系統(tǒng)就認為有一個脈沖信號。這種方法當然不能百分之百地模擬所有電能表脈沖信號有上波無下波和無波形的實際狀態(tài)，卻能大大提高計量的精度。

3兩種方案的比較

3.1性能

兩種方案都能滿足系統(tǒng)技術(shù)改造的基本要求。Zis91方案不能解決電能表脈沖信號有不穩(wěn)定問題，而硬件軟件化的方法可較圓滿地解決，計量系統(tǒng)的精度高；Zis91方案可擴容至96點（若再增加4點，則必須再增加1套Zis91），硬件軟件化的方法可擴容至128點；Zis91方案建設(shè)周期長，設(shè)備安裝量大，軟件開發(fā)量小，調(diào)試周期短，而硬件軟件化的方法建設(shè)周期短，設(shè)備安裝量小，軟件開發(fā)量大，軟件調(diào)試周期長；硬件軟件化的方法減少了信息處理的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)更安全、可靠；硬件軟件化的方法減少了硬件設(shè)備，減少了檢修維護的工作量。

3.2造價

Zis91方案需硬件設(shè)備65萬元，設(shè)備安裝、調(diào)試8萬元，軟件開發(fā)、調(diào)試5萬元，系統(tǒng)設(shè)計2.5萬元，工程總造價80.5萬元；而硬件軟件化的方法需設(shè)備安裝、調(diào)試2萬元，軟件開發(fā)、調(diào)試18萬元，系統(tǒng)設(shè)計0.6萬元，工程總造價20.6萬元。4硬件軟件化方法介紹由以上我們可以看出，硬件軟件化方案才是值得我們?nèi)ゲ捎玫姆桨浮?/p>

硬件軟件化系統(tǒng)信息處理過程為：電能表脈沖信號信→S5-PLCI/O接收→S5-PLC累計脈沖數(shù)量→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→數(shù)據(jù)處理CP143傳送WS接收數(shù)據(jù)→計算、存儲、打印。

4結(jié)束語

電力計量自動檢測系統(tǒng)改造項目，其意義不僅僅是電力計量自動檢測系統(tǒng)改造項目的成功，更重要的是它具有廣泛的推廣價值。電壓測量配合電流測量顯著地提高了電力系統(tǒng)的可測性和可診斷性，加上用于收集和分析電流信號的軟件工具的發(fā)展將對未來自動測試系統(tǒng)產(chǎn)生變革性的影響。

參考文獻

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