CN104793173A - 采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用数字总线多点分布采集技术的电能计量远程监控装置，可有效解决电能的计量装置信号采集电缆数量大，成本高，信号精度差的问题，技术方案是，包括一个监控装置、至少两个信号采集模块以及连接所述信号采集模块和监控装置的数字总线，信号采集模块的输入端经信号电缆与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号采集模块的输出端上设置有数字总线接口，数字总线接口经数字总线与监控装置的输入端相连，本发明结构新颖独特，简单合理，大大降低了装置系统成本；信号抗干扰能力也大大增强，信号的衰减对信号准确度没有影响，具有明显的技术优势和经济优势。

Description

采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置

技术领域

本发明涉及高压供电用电系统，特别是一种采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置。

背景技术

电能是现代社会应用最普遍的能源。电能的计量装置作为用电量结算的依据，历来为供电、用电双方所重视。因此，在用电线路上遍布着电能计量装置，其中，在高压变电站、高压输配电站、高压供电系统关口等处安装的电能计量装置由于涉及巨大电量的计量，更是具有关键性的作用。如何保证这些电能计量装置准确可靠地运行，是电力系统及用户的重要关注焦点。采用监控装置对这些电能计量装置进行监控，是目前正在兴起的一种技术控制方法。

高压电路的电能计量监控装置通常由被监控的高压电能计量装置所属设备（如电压互感器、电流互感器、电能表等）及连接线路所组成。以电压互感器、电流互感器为例，它们的作用是将电力电路中的高电压、大电流变换为电能表输入范围内的低电压、小电流。由于高压变电站、输配电站、供电系统关口等处安装的电压互感器、电流互感器通常位于室外的输配电线路处，电能表则通常安装在室内盘柜处，互感器与电能表之间有往往数百米距离，用于对电能计量装置进行监控的电能计量监控装置需要分别采集电压互感器、电流互感器输出端的电压、电流、相位等信号与电能表输入端的电压、电流、相位等信号。

如图1所示，用于对这些电能计量装置进行监控的监控装置5（该监控装置为现有技术，如河南弘正电气科技有限公司的HDMS-2000电能计量装置远程监测系统、厦门红相电力设备股份有限公司的809系列计量装置远程校验监测管理系统等）需要分别采集电压互感器,与电流互感器（图1中给出2组，分别为2个电压互感器1a和2个电流互感器1b）输出端的电压、电流、相位等信号与电能表输入端的电压、电流、相位等信号。采用现有的监控装置（包括采集信号的设备），一般将其配置在室内盘柜处电能表3附近，为了采集室外电压互感器、电流互感器输出端口的信号，需要配置将信号从每一个电压互感器、电流互感器传送到监控装置的信号电缆。

在三相电力系统中，每一条高压配电回路的电能计量装置需要配置一组3个电流互感器（有时是配置2个电流互感器）；若干条高压配电回路的电能计量装置可以公用一组三个电压互感器。由于输配电线路通常有许多条，安装的互感器也很多，需要配置的信号电缆数量很多，传送距离很长，大幅度提高了电能计量监控装置系统的成本；又由于信号电缆传送的电压、电流等信号是模拟量，长距离传输带来的损耗、干扰降低了信号的准确度，影响了电能计量监控装置的性能。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置，可有效解决电能的计量装置信号采集电缆数量大，成本高，信号精度差的问题。

本发明解决的技术方案是，包括一个监控装置、至少两个信号采集模块以及连接所述信号采集模块和监控装置的数字总线，信号采集模块的输入端经信号电缆与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号采集模块的输出端上设置有数字总线接口，数字总线接口经数字总线与监控装置的输入端相连，从高压电能计量装置所属设备采集到的电压、电流信号由信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置，由于信号传递线路中传递的是数字化信号，信号的衰减对信号准确度没有影响，信号抗干扰能力也大大增强。

所述的高压电能计量装置所属设备包括至少1个电压互感器、至少1个电流互感器和至少1个电能表，电压互感器、电流互感器和电能表的输出端分别经信号电缆与信号采集模块的输入端相连，从电流互感器和电压互感器采集到的电压、电流信号由与其相连的信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置，与电能表相连的信号采集模块将电能表输入端的电压、电流信号转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置，本发明采用一种全新的数字总线分布采集技术，分别采集到电压互感器、电流互感器和电能表输出端各信号的数值（如电压、电流、相位、回路阻抗等），实现了电能计量监控装置系统所需要的信号采集要求。

本发明结构新颖独特，简单合理，多点分布式信号采集模块分别就近安装在各条高压电力线路的电能计量装置所属的电压互感器与电流互感器附近，使得连接互感器与信号采集模块的信号电缆的长度大大缩短；连接各信号采集模块与监控装置主体的长度较长的数字总线其价格远远低于信号电缆，大大降低了装置系统成本；在具有多个信号采集模块的系统中，各信号采集模块可以共用数字总线，进一步降低了系统成本；长度较长的数字总线中传递的是数字化信号，信号抗干扰能力也大大增强，信号的衰减对信号准确度没有影响，与直接传送模拟信号现有技术电能计量监控装置相比，信号测量准确度可以提高一个等级，极大地拓宽了监控数据的应用领域，应用本发明特有的分布采集技术和数字总线技术构成电能计量监控装置，是一种全新技术方案，具有明显的技术优势和经济优势。

附图说明

图1为现有的电能计量监控装置的结构框式连接示意图。

图2为本发明的框式连接示意图。

图3为本发明信号采集模块的框式连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图2-3给出，本发明包括一个监控装置5、至少两个信号采集模块2以及连接所述信号采集模块2和监控装置5的数字总线4，信号采集模块2的输入端分别经信号电缆6与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号采集模块2的输出端上设置有数字总线接口，数字总线接口经数字总线4与监控装置5的输入端相连，从高压电能计量装置所属设备采集到的电压、电流信号由信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置5，由于信号传递线路中传递的是数字化信号，信号的衰减对信号准确度没有影响，信号抗干扰能力也大大增强。

为保证使用效果，所述的高压电能计量装置所属设备的输出端与信号采集模块（2）的输入端之间信号电缆的长度小于信号采集模块2输出端与监控装置5之间数字总线的长度。

所述的信号采集模块2包括依次相连的信号转换模块、多路开关、AD转换器和微处理器，所述的多路开关（又称多路选择器）为市售产品，如型号为MAX309的多路开关；所述的AD转换器为市售产品，如亚德诺半导体生产的型号为AD7606(*)的AD转换器,又如德州仪器生产的型号为ADS8556的AD转换器，能够将将模拟信号转换为数字信号；所述的微处理器为市售产品（现有技术），如意法半导体生产的型号为STM32F407VET6(*)的微处理器 ,又如Altera公司生产的型号为EP4CE6F17C8的微处理器；微处理器的输出端上设置有数字总线接口，信号转换模块的输入端与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号转换模块将高压电能计量装置所属设备输出的高电压或大电流信号转换为低电压、小电流后，由多路开关进行选择，顺序送到AD转换器，AD转换器将电压、电流信号转换为数字信号，微处理器对此数字信号进行处理，得到各路信号的数值，并按照系统通讯规约，通过数字总线接口输送到数字总线上，所述的信号转换模块为现有技术，能够将高电压或大电流信号转换为低电压、小电流，如电流互感器构成的将大电流转换为小电流的信号转换模块，又如由电阻构成的将大电压转换为小电压的信号转换模块；

所述的高压电能计量装置所属设备包括至少1个电压互感器1a、至少1个电流互感器1b和至少1个电能表3，电压互感器1a、电流互感器1c和电能表3的输出端分别经信号电缆6与信号采集模块2的输入端相连，从电流互感器和电压互感器采集到的电压、电流信号由与其相连的信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置5，与电能表相连的信号采集模块将电能表输入端的电压、电流信号转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置5，本发明采用一种全新的方法，从而采集到电压互感器、电流互感器和电能表输出端各信号的数值（如电压、电流、相位、回路阻抗等），实现了电能计量监控装置系统所需要的信号采集要求。

由于信号采集模块的实时性要求不高，采集模块输出的数据量不大，采用串行通讯就可以满足系统要求，考虑到传送距离一般为数百米，故此实施方案可采用RS485/RS422制式的串行数据总线，也可以采用其他制式的数字型总线。

在三相电力系统中，每一个高压配电回路的电能计量装置需要配置3个电流互感器（有时是配置2个电流互感器）和三个电压互感器。在每一个电流互感器侧采集的信号包括电压信号和电流信号，在电压互感器的每一相也要采集电压信号和电流信号。这样每一个信号采集点（对应于一个高压配电回路）需要采集3个电压信号和3个电流信号。

现有的计量监控装置设计，由于每一个采集信号都需要一对信号线，每一个信号采集点就需要6对信号线。由于信号采集点距离监控装置的距离又往往有数百米，采集电缆数量很大；又由于电力系统的施工规范要求使用铠装电缆，这些采集电缆的费用很高。按照距离300米计算，一般中级配电站有20—30个采集点，信号电缆长度达到6000-9000米，费用约为10-15万元。

采用本发明的电能计量监控装置，信号采集模块加上信号电缆和数字总线的费用约为现有技术设计的电能计量监控装置信号电缆费用的25%，再考虑工程费用的节省，每个中级配电站可平均节省10万元以上的费用。按每省平均800个配电站估算，全国可以创造节省数十亿的经济效益。

采用本发明电能计量监控装置，克服了采用现有技术设计的电能计量监控装置中，采集的电压、电流等信号是模拟量电信号，长距离传输带来的信号损耗、引入的干扰降低了信号的准确度，使技术指标明显下降，影响了监控的性能的缺陷；因此采用本发明设计的电能计量监控装置，技术指标可以提高一个计量标准等级，给监控数据的应用系统提供了更准确更可靠的信息支撑，潜在的应用效益更是无法估量，有良好的社会和经济效益。

Claims (4)

1.一种采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置，其特征在于，包括一个监控装置（5）、至少两个信号采集模块（2）以及连接所述信号采集模块（2）和监控装置（5）的数字总线（4），信号采集模块（2）的输入端经信号电缆（6）与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号采集模块（2）的输出端上设置有数字总线接口，数字总线接口经数字总线（4）与监控装置（5）的输入端相连，从高压电能计量装置所属设备采集到的电压、电流信号由信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置（5），由于信号传递线路中传递的是数字化信号，信号的衰减对信号准确度没有影响，信号抗干扰能力也大大增强。

2.根据权利要求1所述的采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置，其特征在于，所述的高压电能计量装置所属设备的输出端与信号采集模块（2）的输入端之间信号电缆的长度小于信号采集模块（2）输出端与监控装置（5）之间数字总线的长度。

3.根据权利要求1所述的采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置，其特征在于，所述的信号采集模块（2）包括依次相连的信号转换模块、多路开关、AD转换器和微处理器，微处理器的输出端上设置有数字总线接口，信号转换模块的输入端与被监控的高压电能计量装置所属设备的输出端相连，信号转换模块将高压电能计量装置所属设备输出的高电压或大电流信号转换为低电压、小电流后，由多路开关进行选择，顺序送到AD转换器，AD转换器将电压、电流信号转换为数字信号，微处理器对此数字信号进行处理，得到各路信号的数值，并按照系统通讯规约，通过数字总线接口输送到数字总线上。

4.根据权利要求1所述的采用数字总线多点分布采集技术的电能计量监控装置，其特征在于，所述的高压电能计量装置所属设备包括至少1个电压互感器（1a）、至少1个电流互感器（1b）和至少1个电能表（3），电压互感器（1a）、电流互感器（1c）和电能表（3）的输出端分别经信号电缆（6）与信号采集模块（2）的输入端相连，从电流互感器和电压互感器采集到的电压、电流信号由与其相连的信号采集模块转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置（5），与电能表相连的信号采集模块将电能表输入端的电压、电流信号转换为数字信号，并通过数字总线接口输出并经由数字总线传送到监控装置（5），从而采集到电压互感器、电流互感器和电能表输出端各信号的数值，实现了电能计量监控装置系统所需要的信号采集要求。