簡述用于配電房電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集的裝置及方法

沈俊豪

摘 要電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：測量與跡象、單元采集、同步單元后處理單元。正態(tài)分布電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集由數(shù)據(jù)采集單元完成，電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起著重要的作用，下面對數(shù)據(jù)采集單元的基本配置進(jìn)行了簡要的闡述，分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并探討了模擬量、高速數(shù)據(jù)采集等內(nèi)容 。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集器;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);模擬量;高速數(shù)據(jù)采集

引言

目前，電力設(shè)備在配電室的廣泛應(yīng)用，使得電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集越來越受到人們的重視。通過采集電子設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，可以對電子設(shè)備出現(xiàn)異常時進(jìn)行保護(hù)，對電子設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而確保配電室電子系統(tǒng)電子設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1數(shù)據(jù)采集裝置

1.1 數(shù)據(jù)采集器

電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集器是一種未經(jīng)處理和控制的智能設(shè)備，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。其主要功能是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采集大量電力設(shè)備的電脈沖信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器通過電纜或電力線載波與集中器通信。它通過集中器發(fā)出的各種指令，將記錄的用戶制表數(shù)據(jù)和表格傳送給集中器。數(shù)據(jù)采集器可以通過紅外通信接口與配電室的手動讀卡器進(jìn)行通信，也可以接收手動讀卡器的指令，傳輸數(shù)據(jù)采集器記錄的所有數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集器使用一個數(shù)據(jù)存儲單元，這是一個時鐘芯片，可以校正閏年，并自動調(diào)整y2k問題和不到31天的月份。該裝置確保在斷電的情況下，真正的時鐘可以運行10年左右，數(shù)據(jù)可以存儲40年左右。此外，數(shù)據(jù)采集器還具有支付費率的功能，可以設(shè)置為每天24個時段，并且可以收取不同時段的費率。

1.2 數(shù)據(jù)采集器的配置特征

①配有RS2、3、2、RS4、8、5串行口，可與多臺檢測儀器連接，可進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集;②數(shù)據(jù)采集器配有USB接口，便于數(shù)據(jù)傳輸;③配有RJ45接口，可接入網(wǎng)絡(luò);④配備VG-A視頻輸出和音頻輸出接口，保證視頻、音頻的接入;⑤WI-fi模塊內(nèi)部配置，可接入無線網(wǎng)絡(luò)，方便現(xiàn)場組網(wǎng)[1];⑥存儲空間可達(dá)到3、2g;觸摸屏尺寸大，操作方便。運營商可以使用網(wǎng)絡(luò)端口對數(shù)據(jù)進(jìn)行移動測量和時刻傳輸，也可以在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;在無供電的情況下可進(jìn)行10天的待機(jī)或6個小時的持續(xù)工作。在配電網(wǎng)電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集是為了保證電力設(shè)備的安全運行，使用數(shù)據(jù)采集器相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法有很大的優(yōu)勢，可以減少工作人員復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作，也可以從實際運行中及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的問題，確保穩(wěn)定運行，避免不必要的損失。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體構(gòu)架

同步單元、采集單元、測量單元和后處理單元這四個部分是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要構(gòu)成成分。測量元件是指與一次回路相連的高壓裝置。其他四個單元是低壓微電子電路。測量元件主要由分壓器和霍爾電流傳感器組成。電路中大電流信號和高壓均可通過這兩個裝置變?yōu)榇笮∫恢碌男∧M信號，并且通過這兩個裝置傳輸給采集單元。正交流電網(wǎng)中的由正弦電壓組成的同步信號稱為同步單元。同步信號可以用來維持后處理單元和采集單元的同步性。同步信號可以精確地耦合到電網(wǎng)頻率，并保證為電網(wǎng)頻率的整數(shù)倍。根據(jù)需要，同步信號的乘法器可以是3倍、2倍、6倍、4倍，并且可以是5倍、1倍和2倍。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行時，采集單元對各測量元件輸出的小模擬量信號進(jìn)行模數(shù)調(diào)整和轉(zhuǎn)換，然后通過光纖編碼送入后處理。此時，霍爾電流傳感器等測量元件可以接收后處理為其供電。

3模擬量的采集與轉(zhuǎn)換

模擬小信號的采集采用同步、采集和后處理的方法。同步單元將電壓互感器引入交流電網(wǎng)后的A、B、C這三路電壓信號，再經(jīng)過三路信號的濾波、調(diào)整和鎖相倍頻，從而形成三路相對獨立的倍頻信號，然后對路由邏輯選擇同步倍頻電路進(jìn)行電網(wǎng)頻率跟蹤處理，產(chǎn)生多個電網(wǎng)頻率的方波信號，要注意占空比是可調(diào)的。通常，路由邏輯選擇由A線和B線電壓產(chǎn)生的倍頻信號作為同步信號。如果倍頻程信號丟失一段時間，它可以轉(zhuǎn)換成由BC和CA線路在電壓下產(chǎn)生的倍頻程信號。選擇同步信號路由邏輯后，它不會返回到原始線路。在采集模擬量時，采集單元有多個數(shù)據(jù)采集通道，對應(yīng)于各電力設(shè)備的實測電量。后處理單元可以用來采集采集通道中的數(shù)字信號，并進(jìn)行濾波、減法等數(shù)字處理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集，通過高速并行或串行總線發(fā)送到其他方面。數(shù)據(jù)采集經(jīng)處理后與同步信號同步，在同步信號方波上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通常情況下，數(shù)據(jù)獲取通道會延遲。后處理單元不立即處理數(shù)據(jù)，但使用同步信號的方形波的下降沿執(zhí)行后處理，例如濾波和去極化。

4數(shù)據(jù)采集裝值電磁兼容性處理

4.1 電纜的電磁性兼容處理

當(dāng)測量元件和采集單元在返回道路上時，一次回路中的高壓大電流會引起電磁干擾。數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性可以通過采集單元和電纜的電磁兼容性來保障。在數(shù)據(jù)獲取時，需要將從測量元件發(fā)送的信號經(jīng)由電纜發(fā)送給獲取單元，電纜使用的同軸電纜或者是屏蔽式的多芯雙絞電纜，必須在電纜外部設(shè)置具有高透磁率的金屬管，電纜屏蔽層和金屬管要一點接地。

4.2 采集單元電磁性兼容處理

采集單元由印刷電路板構(gòu)成，主要由高電位通道和低電位網(wǎng)箱構(gòu)成。電路板的有效隔離和電磁兼容設(shè)計，使采集單元能夠在電磁干擾下正常工作。高電位通道以及低電位屏柜都使用的是高導(dǎo)磁的鐵板作為屏蔽殼吸收低頻磁場干擾。屏蔽殼內(nèi)裝有鍍銀的薄銅板，為的是屏蔽電場以及高頻磁場的干擾。而印刷電路板一定要嚴(yán)格按照電磁兼容來進(jìn)行設(shè)計。

5高速數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

高速a-d轉(zhuǎn)換電路采用1路和4路雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，集成了兩個性能良好的采樣保持裝置和參考電壓源。該芯片采用多級分流器水線結(jié)構(gòu)，輸出糾錯邏輯采樣頻率一般為0～65msPS，電源電壓為3v，能耗相對較低。該芯片的兩個通道共用電壓源，在其他方面運行相對獨立的通道之間的隔離度達(dá)到80dB，因此該芯片的動態(tài)性能與單通道a-d轉(zhuǎn)換器基本相同，具有較好的抗串?dāng)_和抗干擾性能。

6結(jié)束語

對電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置的相關(guān)內(nèi)容入手，然后通過分析電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模擬信號的采集和高速數(shù)據(jù)的采集，了解數(shù)據(jù)采集裝置如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，保證配電系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔永俊，張祥，劉坤，等.分布式遠(yuǎn)程模擬量信號采集系統(tǒng)設(shè)計[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2019，（2）：60-65.