变电站综合自动化信息的测量和采集

第三，这些电量变送器都是电力互感器二次回路的负载， 接入变送器越多，二次回路负载越重，互感器的实际 变换误差就越大。
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.3 交流采样技术及其应用
交流采样技术，就是通过对互感器二次回路中的交流电压
信号和交流电流信号直接采样（瞬时值采样）。根据
单相功率传感器
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单相功率因素传感器
第 2 章 综自信息的测量和采集
2.2 模拟量的变送器测量及采集
单相有功功率测量元件原理框图如下所示：
i2
中间电流 ux
模拟
u0
低通
互感器
R
乘法器
滤波器
U0
uy
中间电压
u
互感器
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.1 变电站综合自动化信息
模拟量信息主要包括： ➢ 联络线的有功功率、无功功率和有功电能； ➢ 线路及旁路的有功功率、无功功率和电流； ➢ 不同电压等级母线各段的线电压及相电压； ➢ 三绕组变压器三侧或高压、中压侧的有功功率、无功 功率及电流，两绕组变压器两侧或高压侧的有功功率、 无功功率及电流； ➢ 直流母线的电压； ➢ 所用变低压侧电压； ➢ 母联电流、分段电流、分支断路器电流； ➢ 出线的有功功率或电流； ➢ 并联补偿装置电流； ➢ 变压器上层油温等。
2.2 模拟量的变送器测量及采集
变送器就是将一种信号转换成标准化信号的一种仪器；在 变电站综合自动化系统中，将主要涉及电流变送器、 电压变送器、三相有功功率变送器、三相无功功率 变送器以及温度变送器等。
交流电压传感器
插针式直流 电压传感器
单相功率传感器
霍尔电流传感器
三相四线制有 功功率传感
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2.1 变电站综合自动化信息
变电站综合自动化系统采集的数字量主要指系统频率 信号和电能脉冲信号，前者主要出线在保护和低周减负荷 装置中，电能脉冲量则主要用于远方对系统电能的计量。
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第 2 章 综自信息的测量和采集
第 2 章 综自信息的测量和采集
变电站综合自动化 原理与系统
主讲：黄 勇
教材：《变电站综合自动化原理与系统》 张惠刚 编著 中国电力出版社
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第 2 章 综自信息的测量和采集
第2章 变电站综合自动化信息的测量和采集
2.1 变电站综合自动化信息 2.2 变电站模拟量信息的变送器测量及采集 2.3 交流采样技术及其应用 2.4 变压器油温的测量和采集 2.5 变电站状态量信息的采集 2.6 变电站实时时钟的建立和应用
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.1 变电站综合自动化信息
开关量信息主要包括：
➢ 有载调压变压器分接头位置信号；变压器保护动作总 信号；
➢ 断路器事故跳闸总信号； ➢ 直流系统接地信号； ➢ 控制方式由遥控转为当地控制信号； ➢ 断路器闭锁信号等。
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p(t)dt
1 T
T
u(t)i(t)dt
UIcos
由瞬间功率的基本定义可变形为：
p(t) u(t)i(t) 2UIsin tsin(t ) p(t) P UIcos (2t )
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
单相有功功率测量的原理图：由一个模拟乘法器和低通 滤波器组成。
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
✓ 直流电压的测量：
磁补偿式电压传感器
➢ 为了测量mA级的小电流，根据Φ1＝I1N1，增加N1的匝数，同 样可以获得高磁通Φ1。采用这种方法制成的小电流传感器不 但可以测mA级电流，而且可以测电压。
➢ 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
电流变送器的基本原理：
测量交流电流采用的是有效值的平均值测量算法，输 出直流电压U0与线路电流有效值I2成正比。
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
霍尔电流变送器的基本原理：
2.2 模拟量的变送器测量及采集
三相有功功率变送器：
三相功率定义：P = 3UPIPcosφ, Q = 3UPIPsinφ
三相有功功率变送器由单相有功功率元件构成。根据三 相电路的特点，按功率变送器含有有功功率元件的个 数不同，三相有功功率变送器有单元件式、两元件式、 三元件式等几种。其中： 单元件式三相有功功率变送器适用于电压对称、 负载平衡的对称三相电路功率测量； 两元件式三相有功功率变送器适用于三相三线制 系统中三相功率的测量； 三元件式三相有功功率变送器适用于零序电流不 为零的三相四线制系统中三相有功功率的测量。
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2.1 变电站综合自动化信息
变电站综合自动化系统要采集的信息大致上可分为：
第一类是与电网调度控制有关的信息，包括常规的远动信息和 上级监控或调度中心对变电站实现综合自动化提出的附 加监控信息。
第二类是为实现变电站综合自动化站内监控所使用的信息，由 测控单元或自动装置测得的这些信息，用于变电站当地 监视和控制。
U(t)
模拟
P(t)
i(t)
乘法器
低通
P
滤波器
其中模拟乘法器实现电压u(t)和电流i(t)的乘积，从而构 成瞬间功率p(t)，低通滤波器滤去p(t)中的正弦分量，剩下直 流分量UIcosφ，即为有功功率P。
测量单相有功功率实际上主要采用模拟乘法器和低通滤 波器两个单元电路，其中模拟乘法器是其核心。
为了保证足够的测量精度，在变送器中广泛采用时间分 割模拟乘法器。
✓ 交流电压的测量： 从交流电压到测量机构的方框图如下：
输入电压
电压互感器
测量机构
电压变送器
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
✓ 交流电压的测量：
中间电压
u2
互感器
精密交、直 流电路
恒压
输出电路
U0
恒流 输出电路
I0
电压变送器的结构与电流变送器类似，差别在于输 入级采用的是中间电压互感器，并省去电流转变为电压 的电阻。
这个微分的输出电压正比与一次电流，通过一个光耦放大 器转换成单端信号。
隔离运放为在很嘈杂的环境中的电流检测提供了更高的准 确性和稳定性，它也能被用于在严重的噪声干扰的环境中 需要很高的准确性，稳定性和线性的的模拟信号的隔离。
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
精密交流、直流转换电路将输入信号变换为绝对值信号后， 经低通滤波成直流电压信号；
恒压输出电路实际上是一个电压跟随器，其输出直流电压既 符合标准输出范围，又具有良好的电压源特性（强带载能 力）；
电压/电流变换电路将直流电压变换成直流电流，并具有良 好的带负载能力。
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2.3 交流采样技术及其应用
直流采样技术是从二次回路中获取信号，通过电子变换电 路，输出与某电气量成正比的模拟信号，其缺点有：
第一，每个变送器只能测取一个或两个电气量，变电站中 必须使用较多的变送器，投资大、占用空间大；
第二，变送器输出的模拟信号是滤波后的平均值，不能反 应实际的波形变化情况；
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2.1 变电站综合自动化信息
变电站综合自动化系统需要测量大量的信息，用于当地监 控、或传送到上级监控、或调度中心；这些信息包括由模拟量、 开关量、脉冲量以及设备状态等。
考虑到变电站综合自动化系统对变电运行管理方式的兼容 性，在变电站综合自动化系统中，应测量并采集变电运行设备 状态和系统自身运行状态等较完整的信息。
一组采样值，通过对其模/数变换将其变换为数字量， 再对数字量进行计算，从而获得电压、电流、功率、 电能等电气量值。
优点是可以由同一组采样得到的数字量得到多个计算结果， 并能提高计算精度，在需要反应实际波形的地方更有 直流采样不可替代的优点。
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第 2 章 综自信息的测量和采集
霍尔电流传感器是应用霍尔效应和磁平衡原理开发的 磁平衡式霍尔电流传感器，能在电隔离条件下测量直 流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流，且具有 较宽的频响特性，线性度高，输出为电流信号；
当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁 力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯 气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大 小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这 个微小的信号转变成副边电流IS ；
第 2 章 综自信息的测量和采集
2.1 变电站综合自动化信息
设备异常和故障预告信息主要包括： ➢ 有关控制回路断线总信号； ➢ 有关操作机构故障总信号； ➢ 变压器油温过高、绕组温度过高总信号； ➢ 轻瓦斯动作信号； ➢ 变压器或变压器调压装置油温过低总信号； ➢ 继电保护系统故障总信号； ➢ 距离保护闭锁信号； ➢ 高频保护闭锁信号； ➢ 消防报警信号； ➢ 大门打开信号； ➢ 站内UPS交流电源消失信号； ➢ 通信线路故障信号等。
其输出计算式为：NP*IP=NS*IS 其中IP：初级电流， NP：初级匝数，IS：次级电流，NS：次级匝数。
Fra Baidu bibliotek
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
隔离运算放大器在电流测量中的应用：
电流通过一个外部采样电阻得到模拟电压， 进入芯片。在隔离侧的另一边得到一个微 分的输出电压。
多匝绕组通过串联一个限流电阻R1，然后并联连接在被测电 压U1上，得到与被测电压U1成比例的电流I1，如图所示。 ➢ 副边原理同电流传感器一样。当补偿电流I2流过测量电阻RM 时，在RM两端转换成电压作为传感器的测量电压U0，即 U0＝ I2RM。
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.3 交流采样技术及其应用
采样及采样频率的确定：交流采样对一个信号采样就是测 取该信号的瞬时值，它可由一个采样器来完成：采样 器按定时或不定时的方式将开关瞬间接通，使输入采 样器的连续信号f(t)转变为离散信号f*(t)输出，设采样 开关按周期Ts瞬间接通，则采样得到的离散信号为：
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.1 变电站综合自动化信息
开关量信息主要包括：
➢ 变电站事故总信号； ➢ 线路、母联、旁路和分段断路器位置信号； ➢ 变压器中性点接地隔离开关位置信号； ➢ 线路及旁联重合闸动作信号； ➢ 变压器的断路器位置信号； ➢ 线路及旁联保护动作信号； ➢ 枢纽母线保护动作信号； ➢ 重要隔离开关位置信号； ➢ 断路器失灵保护动作信号； ➢ 有关过压、过负荷越限信号；
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第 2 章 综自信息的测量和采集 三相有功功率变送器：
2.2 模拟量的变送器测量及采集
三相四线制有 功功率传感器
三相四线制无 功功率传感器
三相四线制功 率因素传感器
三相三线制有 功功率传感器
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三相三线制无 功功率传感器
三相三线制功 率因素传感器
2.2 模拟量的变送器测量及采集
✓ 三相功率的测量 ：功率变送器就是用来测量交流电路中 有功功率和无功功率的仪器。
单相有功功率测量元件：有功功率是瞬间功率在一 个周期内的平均值，故有功功率也称平均功率。若能从 瞬间功率中去除其正弦分量，即能得到有功功率。
在交流电路中，单相有功功率P定义为：
P
1 T
T
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2.2 模拟量的变送器测量及采集
✓ 交流电流的测量 从交流电流到测量机构的方框图如下：
输入电流
电流互感器
测量机构
电流变送器
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第 2 章 综自信息的测量和采集
2.2 模拟量的变送器测量及采集
电流变送器的基本原理：
中间电流互感器将数安培的输入电流按比例变换为毫安级的 交流电流，经过电阻R1转换为交流电压；