模块化变电所监测技术及应用

摘要：分析三相电力参数测量专用模块EDA9033 的结构及特性，提出基于专用模块组建分布式变电
所监测系统的方案，给出应用实例和效益分析。实践证明：使用专用模块进行变电所监测是切实可行的，具有结构简单、伸缩性好和性能可靠等优点。
中图分类号：U224-39 文献标识码：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

变电所是供电系统的重要设施，是供电生产管理中实施监测的主要对象。目前，对于变电所的监测大多数情况仍然采用传统仪表和人工抄表的方式完成，特别是对于无人值守的终端变电所，只能通过巡检的方式才能实现。由于监测手段落后、工作效率低，难以满足现代化生产管理和市场经济激烈竞争的需求。为此，研发了EDA9033 电力参数监测设备，它是一种性能优良的模块化三相电力参数数据采集产品，可以方便地应用于变电所的监测。
1 EDA9033 模块结构及特性
EDA9033 是采用微控制器（MCU）、专用集成电路（A S I C ）和通信等技术的电力参数测量专用模块，能够测量三相电压（ua/ub/uc）、三相电流（ia/ib/ic）、有功功率（P）、无功功率（Q）、功率因数（Cosθ）和电量（KWH），并配备了串行通信接口，其结构如图1 所示。
在图1 中，ASIC 完成三相电力参数的测量，REC/DRV 完成与监测计算机或工业现场总线的通信接口，MCU 完成模块的数据采集、通信和系统控制等。

ASIC 采用12 bits D/ADC 对交流电压、电流进行转换，电压输入范围0～500 V，分为11 档量程；电流输入范围0 ～10 A，分为5 档量程，但可以正确测量满量程1.5 倍的输入信号，测量精度0.5 级。通信接口有RS-232 和RS-485 两种形式，采用主
从式通信协议，协议数据格式有ASCII 编码和十六进制编码（LC-01）两种。ASCII 编码格式适合于高级语言（如Microsoft Visual Basic）编程接口，LC-01编码格式适合于汇编语言和C 语言编程接口。ASCII编码格式的通信协议与ADVANTECH 公司
ADAM4000 系列模块的兼容，其数据包结构定义如图2 所示。


在图2 中，起始符标识一个数据包的开始，占用1 B，由“S、%、#、>、&、！、?”等不同字符担当；模块地址标识一个具体的模块，为2 B 的十六进制数，范围是00～FFH；指令码决定命令的作用，占用1 B，有的命令没有指令码，而由起始符担任；
数据块是命令或响应所包含的数据，长度随命令和响应的不同而变化；校验码用于检验数据包的正确性，采用累加和方式，占用2 B；结束符为一个回车符，用于标识数据包的结束。
可以看出，EDA9033 模块既支持单点电力参数监测也支持网络化电力参数监测，为其应用奠定了良好的通信接口基础，其典型应用电路如图3 所示。


2 基于模块组建分布式变电所监测系统
变电所是连接电网和用户的“桥梁”，一般由进线、出线（用户线）、变压器和控制设备等组成，需要监测的内容有进出线电力参数、设备开关状态、保护装置开关状态和变压器温度等。
考虑到监测对象及内容的多样性，采用分布式结构组建变电所监测系统应该是优选方案，其结构如图4 所示。


该系统主要由各种模块化的监测站（电力参数、模拟量和开关量）、RS-485 工业现场总线和监测计算机等组成。其中：
（1）电力参数监测站采用EDA9033 模块，完成进线和出线的电力参数测量；
（2 ）模拟量监测站采用ADVANTECH ADAM 4017 模块，完成8路模拟量的测量；
（3 ）开关量监测站采用ADVANTECHAD-AM4053（16 路输入），完成开关量的状态采集；
（4 ）监测计算机进行系统的数据采集、定时记录和存储、监视及故障报警；
（5）RS-485 总线将所有监测站和监测计算机连接起来，组成一个分布式变电所监测网络系统。
在监测计算机中，可以在Microsoft Windows操作系统上，使用Microsoft Visual Basic或其它计算机语言开发系统应用软件，通过Microsoft Access数据库管理系统配置数据、历史数据和报警信息，联合Microsoft Excel 完成报表输出，功能模块
如图5 所示。


图5 中的本地通信服务功能完成从各个模块的数据采集，是应用程序开发的关键部分。根据主从式通信协议的特点，本地通信可以采用图6 的通信流程。该流程可以充分利用EDA9033 模块通信协议，进行通信控制和检测，可靠地完成数据采集任务。
3 应用实例及效益分析
图4 所示的基于EDA9033 模块的分布式变电所监测系统已经在铁路企业的多个35 KV、10 KV 变电所获得了应用。下面是一个10 KV 变电所监测系


统应用实例，监测对象及内容如表1 所示，配备的主要硬件设备如表2 所示。


在监测计算机中，安装了使用Microsoft Visual　Basic 开发的变电所监测系统应用程序，进行数据采集、定时记录和存储、监视及故障报警等。其中，监视界面有数字化、模拟化和图形化3 种形式，图7是图形化监视界面。
4 效益分析
监测系统的投入运行取得了良好的经济和社会效益，主要体现在以下几个方面：
（1）通过电压监测功能发现某35 KV 变电所1#总板（进线）PT 的A 相失压，经检查是保险丝开路造成的。技术人员及时发现并排除了故障，避免了电量计量的大量损失；


（2）通过电流监测功能发现，某10 KV 变电所进线的两相电流为零，经检查得知是C T 失效导致的。技术人员及时地进行了更换，保证了设备的正常运行。
（3 ）某终端用户的三相电压有的偏高、有的偏低，影响用电设备安全、可靠地运行。通过电流监测功能发现是由于三相负载不太平衡造成的，技术人员及时地调整了三相负荷分配，提高了供电质量。
（4 ）某变电所输出电压过高，导致用户设备损坏，用户要求赔偿。通过工况数据记录发现输出电压确实过高，但是由于进线电压过高造成的，是上级供电部门的责任，而不是该变电所的直接责任，避免了不必要的经济损失。
该模块已在原徐州铁路分局水电段等部门得到应用。

5 结束语
EDA9033 是采用微控制器和专用集成电路完成三相电力参数测量的专用模块，其通信接口为组建分布式变电所监测系统奠定了必要的基础。分析和实践证明，模块化变电所监测的方案是切实可行的，具有结构简单、伸缩性好和性能可靠等优点。
参考文献：
[1] 朱海滨，蔡开裕，樊爱华. 分布式系统原理与设计[M]，北
京：国防科技大学出版社，1997.
[2] 邓世建，卢俊，于志永. 铁路低压电网监测系统结构的
研究及应用[J]，铁路计算机应用，2003，12（4）：19 —21.