变电站综合自动化信息的测量和采集PPT课件

1、变电站综合自动化原理变电站综合自动化原理 第二章第二章 变电站综合自动化变电站综合自动化 信息的测量和采集信息的测量和采集 第二章第二章 变电站综合自动化信息的测量和采集变电站综合自动化信息的测量和采集 2.1 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 2.2 2.2 变电站模拟量信息的变送器测量及采集变电站模拟量信息的变送器测量及采集 2.3 2.3 交流采样技术及应用交流采样技术及应用 2.4 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 2.5 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 2.6 2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用 3

2、若想实现变电站综合自动化，必须掌握变电站的运行状况，即首先要测量若想实现变电站综合自动化，必须掌握变电站的运行状况，即首先要测量 出表征变电运行及设备工作状态的信息。出表征变电运行及设备工作状态的信息。 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 包括由模拟量、开关量、脉冲量以及设备状态等。包括由模拟量、开关量、脉冲量以及设备状态等。 4 模拟量信息主要包括：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；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；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；不同电压等级母线

3、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，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；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；直流母线的电压； 所用变低压侧电压；所用变低压侧电压； 母联电流、分段电流、分支断路器电流；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；出线的有功功率或电流； 并联补偿装置电流；并联补偿装置电流； 变压器上层油温等。变压器上层油温等。 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 5 开关量信息主要包括：开关量信息

4、主要包括： 变电站事故总信号；变电站事故总信号； 线路、母联、旁路和分段断路器位置信号；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；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；线路及旁联重合闸动作信号； 变压器的断路器位置信号；变压器的断路器位置信号； 线路及旁联保护动作信号；线路及旁联保护动作信号； 枢纽母线保护动作信号；枢纽母线保护动作信号； 重要隔离开关位置信号；重要隔离开关位置信号； 断路器失灵保护动作信号；断路器失灵保护动作信号； 有关过压、过负荷越限信号；有关过压、过负荷越限信号； 有载调压变压器分接头位置信号；变压器保护动作总信号；

5、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；断路器事故跳闸总信号； 直流系统接地信号；直流系统接地信号； 控制方式由遥控转为当地控制信号；控制方式由遥控转为当地控制信号； 断路器闭锁信号等。断路器闭锁信号等。 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 6 设备异常和故障预告信息主要包括：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；有关控制回路断线总信号； 有关操作机构故障总信号；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；变压器油温过高、绕组温度过高总信号； 轻瓦斯动作信号；轻瓦斯动作信号； 变压器或变压器调压装置油温过低

6、总信号；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；继电保护系统故障总信号； 距离保护闭锁信号；距离保护闭锁信号； 高频保护闭锁信号；高频保护闭锁信号； 消防报警信号；消防报警信号； 大门打开信号；大门打开信号； 站内站内UPS交流电源消失信号；交流电源消失信号； 通信线路故障信号等。通信线路故障信号等。 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 7 变电站综合自动化系统采集的数字量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主要指系统频率信号和电能 脉冲信号，前者主要出现在保护和低频减负荷装置中，电能脉冲量则脉冲信号，前者主要出现在保护和低频减负荷装置

7、中，电能脉冲量则 主要用于远方对系统电能的计量。主要用于远方对系统电能的计量。 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息 8 交流电压交流电压U、交流电流、交流电流I、有功功率、有功功率P、无功功率、无功功率Q、变压器油温、变压器油温T等等 U、I、P、Q可从变电站二次回路中取得信号，通过二次测量得到。可从变电站二次回路中取得信号，通过二次测量得到。 测量方法：测量方法： 直流采样（变送器）直流采样（变送器）均值、有效值均值、有效值 交流采样交流采样 瞬时值瞬时值 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 9 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 交

8、流交流直流直流 传感器传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的 总称，通常由敏感元件和转换元件组成。总称，通常由敏感元件和转换元件组成。 当传感器的当传感器的输出输出为为规定的标准信号规定的标准信号时，则称为时，则称为变送器变送器。在综自系统中，主要有。在综自系统中，主要有电流变电流变 送器送器、电压变送器电压变送器、三相有功功率变送器三相有功功率变送器、三相无功功率变送器三相无功功率变送器及及温度变送器温度变送器等。等。 从二次回路中获取信号从二次回路中获取信号，通过电子变换电路，输出与被测

9、电气量成，通过电子变换电路，输出与被测电气量成正比正比的电流的电流/ /电压信电压信 号。号。 10 插针式直流插针式直流 电压传感器电压传感器 交流电压传感器交流电压传感器 霍尔电流传感器霍尔电流传感器 单相功率传感器单相功率传感器 三相四线制有三相四线制有 功功率传感功功率传感 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 11 交流电流的测量交流电流的测量 电流互感器电流互感器电流变送器电流变送器 输入电流输入电流测量机构测量机构 从交流电流到测量机构的方框图如下：两级测量从交流电流到测量机构的方框图如下：两级测量 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 1

10、2 电流变送器的基本原理：电流变送器的基本原理： p 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，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， 经过电阻经过电阻R1转换为转换为交流电压交流电压； p 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 波成波成直流电压信号直流电压信号全波整流全波整流； p 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）；输出范围，又具有

11、良好的电压源特性（强带载能力）； p 电压电压/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。能力。 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 13 电流变送器的基本原理：电流变送器的基本原理： 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 测量交流电流采用的是有效值的测量交流电流采用的是有效值的平均值测量算法平均值测量算法，输出直流电压输出直流电压U0 与线路电流有效值与线路电流有效值I2成正比成正比。 14 霍尔电流变送器的基本原理：霍尔电流变送器的基本原理： p 霍尔电流传感器是应用霍尔

12、效应和磁平衡原理开发的磁平衡式霍尔电流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。的电流，且具有较宽的频响特性，线性度高，输出为电流信号。 p 霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，磁场会霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，磁场会 对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力（洛伦兹对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力（洛伦兹 力），

13、从而在导体的两端产生电压差。力），从而在导体的两端产生电压差。 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 15 霍尔电流变送器的基本原理：霍尔电流变送器的基本原理： p 当原边导线经过电流传感器时，原边电流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微小的信号转

14、变成副边电流IS ； p 其输出计算式为：其输出计算式为：NP*IP=NS*IS 其中其中IP：初级电流，：初级电流，NP：初级匝数，：初级匝数，IS： 次级电流，次级电流，NS：次级匝数。：次级匝数。 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 16 交流电压的测量：交流电压的测量： 电压互感器电压互感器电压变送器电压变送器 输入电压输入电压测量机构测量机构 从交流电压到测量机构的方框图如下：从交流电压到测量机构的方框图如下： 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 17 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电压变送器的结构与电流变送器类

15、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。间电压互感器，并省去电流转变为电压的电阻。 U0 中间电压中间电压 互感器互感器 精密交、直精密交、直 流电路流电路 恒压恒压 输出电路输出电路 恒流恒流 输出电路输出电路 u2 I0 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 交流电压的测量：交流电压的测量： 18 三相功率的测量三相功率的测量 ：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。无功功率的仪器。 单相有功功率测量元件：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有功功率是瞬间功率

16、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。弦分量，即能得到有功功率。 在交流电路中，在交流电路中，单相有功功率单相有功功率P定义为：定义为： 11 ( )( ) ( ) TT Pp t dtu t i t dtUIcos TT ( )( ) ( )2()cos-(2) (2) p tu t i tUIsin tsintUIUIcost PUIcost 由瞬时功率的基本定义可变形为：由瞬时功率的基本定义可变形为： 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 瞬时功率是

17、有功功率与正弦分量的代数和瞬时功率是有功功率与正弦分量的代数和 若从瞬时功率中去除其正弦分量，也就得到了有功功率若从瞬时功率中去除其正弦分量，也就得到了有功功率 19 单相有功功率测量的原理图：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。由一个模拟乘法器和低通滤波器组成。 模拟模拟 乘法器乘法器 低通低通 滤波器滤波器 u(t) i(t) p(t)P 模拟乘法器模拟乘法器实现电压实现电压u(t)和电流和电流i(t)的乘积，从而构成瞬间功率的乘积，从而构成瞬间功率p(t)；低；低 通滤波器滤去通滤波器滤去p(t)中的正弦分量。剩下直流分量中的正弦分量。剩下直流分量UIcos，即为

18、有功功率，即为有功功率P。 功率测量元件的输出电压与输入二次功率的平均值成正比功率测量元件的输出电压与输入二次功率的平均值成正比 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。电路，其中模拟乘法器是其核心。 单相功率传感器单相功率传感器 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 20 单相有功功率测量元件原理框图如下所示：单相有功功率测量元件原理框图如下所示： uy 中间电流中间电流 互感器互感器 模拟模拟 乘法器乘法器 低通低通 滤波器滤波器 中间电压中间电压 互感器互感

19、器 i2 RU0 u uxu0 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 21 三相有功功率变送器：三相有功功率变送器： 三相功率定义：三相功率定义：P = 3UPIPcos, Q = 3UPIPsin 三相有功功率变送器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，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：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单元件式三相有功功率

20、变送器适用于电压对称、负载平衡的适用于电压对称、负载平衡的 对称三相电路功率测量；对称三相电路功率测量； 两元件式三相有功功率变送器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适用于三相三线制系统中三相 功率的测量；功率的测量； 三元件式三相有功功率变送器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。四线制系统中三相有功功率的测量。 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 三相功率变送器输出电压与被测线路三相功率成正比三相功率变送器输出电压与被测线路三相功率成正比 22 三相有功功率变送器：三相有功功率

21、变送器： 三相四线制有三相四线制有 功功率传感器功功率传感器 三相四线制无三相四线制无 功功率传感器功功率传感器 三相四线制功三相四线制功 率因数传感器率因数传感器 三相三线制有三相三线制有 功功率传感器功功率传感器 三相三线制无三相三线制无 功功率传感器功功率传感器 三相三线制功三相三线制功 率因数传感器率因数传感器 2.2 模拟量的变送器测量及采集模拟量的变送器测量及采集 23 直流采样技术直流采样技术是从二次回路中获取信号，通过是从二次回路中获取信号，通过电子变换电路电子变换电路，输出与某电，输出与某电 气量成正比的气量成正比的直流模拟信号直流模拟信号，其缺点有：，其缺点有： 第一、第一

22、、每个变送器只能测取一个或两个电气量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，变电站中必须使用较多的 变送器，投资大、占用空间大；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第二、变送器输出的模拟信号是滤波后的平均值平均值，不能反应实际的波形变不能反应实际的波形变 化情况化情况； 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，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。二次回路负载越重，互感器的实际变换误差就越大。 2.2 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用

23、24 交流采样技术交流采样技术，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，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（信号直接采样（瞬时值瞬时值）。根据）。根据一组采样值一组采样值，通过对其模，通过对其模/数变换将数变换将 其变换为其变换为数字量数字量，再对，再对数字量进行计算数字量进行计算，从而获得电压、电流、功，从而获得电压、电流、功 率、电能等电气量值。率、电能等电气量值。 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 优点是优点是可以可以由同一组采样得到的数字量得到多个计算结果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，并能提高计算 精度

24、，在需要反应精度，在需要反应实际波形实际波形的地方更有直流采样不可替代的优点。的地方更有直流采样不可替代的优点。 采样（保持）采样（保持）A/D转换转换计算（算法）计算（算法） 25 () *( ) 0 ss s f nTtnT ft tnT 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 对一个信号采样就是测取该信号的对一个信号采样就是测取该信号的瞬时值瞬时值，可由，可由 一个一个采样器采样器来完成。来完成。 n工作原理：采样器按定时或不定时的方式将工作原理：采样器按定时或不定时的方式将开关开关 瞬间接通，使输入的瞬间接通，使输入的连续信号连续信号 f (t) 转变为转变为离散信号离散信号

25、 f *(t)输出。输出。 n设采样开关按周期设采样开关按周期Ts瞬间接通，则采样得到的离瞬间接通，则采样得到的离 散信号为：散信号为： 采样主要采样主要目的目的是为了使之易于处理或借助更好的工具是为了使之易于处理或借助更好的工具 对其进行处理。对其进行处理。 信号经过采样后，不应改变原始连续信号所包含的本信号经过采样后，不应改变原始连续信号所包含的本 质特性。质特性。采样得到采样得到的离散信号的离散信号 f *(t)能够完全复现（重构）能够完全复现（重构） f (t)的所有本质信息。（不失真采样）的所有本质信息。（不失真采样） 从直观上来看，采样周期越短，即采样频率越高，从直观上来看，采样周

26、期越短，即采样频率越高，fh(t) 越接近越接近 f(t)。 一、采样及采样频率的确定一、采样及采样频率的确定 26 香农采样定理：香农采样定理： 为了对连续信号为了对连续信号f(t)进行不失真的采样，采样频率进行不失真的采样，采样频率s应不低于应不低于f(t)所包含最高所包含最高 频率频率max的两倍。的两倍。 频率混叠频率混叠(aliasing):以采样频率以采样频率fs对一个信号进行采样时，信号中大于对一个信号进行采样时，信号中大于fs/2的的 频率成分将对称的映射到频率成分将对称的映射到fs/2以下的频带中，并且和以下的频带中，并且和fs/2以下的原有频以下的原有频 率成分叠加起来，使

27、得复原信号失真。率成分叠加起来，使得复原信号失真。 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 27 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 采样定理是选择采样频率的理论依据采样定理是选择采样频率的理论依据 在实际应用中，采样频率总要选得比已知在实际应用中，采样频率总要选得比已知 被采样信号最高频率被采样信号最高频率高两倍以上高两倍以上。 采样交流工频信号时，采样频率一般为工采样交流工频信号时，采样频率一般为工 频的频的810倍及以上，以便使信号中倍及以上，以便使信号中35次次 谐波分量在采样信号中反映出来。谐波分量在采样信号中反映出来。 频率混叠是数字信号处理中的特有现象，频

28、率混叠是数字信号处理中的特有现象， 是数字信号处理中是数字信号处理中离散采样引起离散采样引起的。的。 28 二、电气量交流采样算法：二、电气量交流采样算法： 交流电压、电流的有效值交流电压、电流的有效值U和和I的公式为：的公式为： T dttu T U 0 2 )( 1 T dtti T I 0 2 )( 1 T dttf T A 0 2 )( 1 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 有效值的计算主要包括两个部分，即积分运算和开方运算有效值的计算主要包括两个部分，即积分运算和开方运算 1、有效值算法、有效值算法 2、三相有功功率算法、三相有功功率算法 3、三相无功功率算法、三相无

29、功功率算法 4、电能量的计算方法、电能量的计算方法 设设f(t)是一个周期信号，其周期为是一个周期信号，其周期为T，最大值为，最大值为Am，则，则f(t)的有效值的有效值A为：为： 29 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 T dttf T A 0 2 )( 1 11 2222 0 00 111 ( )() NN T k kk Aft dtfkttf TNtN 在计算机中，运算的对象是在计算机中，运算的对象是离散的数字量离散的数字量。因此，计算机的。因此，计算机的积分运算积分运算必须必须离离 散化散化。 积分的积分的几何意义几何意义：曲线包围面积：曲线包围面积 若用宽为若用宽为t

30、 、高为、高为f 2(k t ) 的矩形的矩形 脉冲面积脉冲面积f 2(kt ) t近似相应时间宽近似相应时间宽 度内度内f 2(t ) 与时间轴围成的面积，有：与时间轴围成的面积，有： 将积分区间将积分区间0 ,T 等分为等分为N个子区个子区 间，每个子区间间，每个子区间tT/N，即在时刻，即在时刻 kt 时的被积函数值就是时的被积函数值就是 f 2(kt ) fk f 2(kt ) ，可由可由f (t )在一个周期内等间隔采样得到在一个周期内等间隔采样得到 连续积分运算连续积分运算 离散化离散化 30 11 2222 0 00 111 ( )() NN T k kk Aft dtfkttf

31、 TNtN 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 1 22 0 0 11 ( ) N T k k ft dtf TN f(t)为标准为标准正弦信号正弦信号时，在时，在积分离散化积分离散化过程中，过程中，N取多大才能取多大才能 使上式成为严格的等式呢？使上式成为严格的等式呢？ 当当N3时，正弦信号在一时，正弦信号在一 个周期内的方均值与经过个周期内的方均值与经过N 等分离散化的方均值相等。等分离散化的方均值相等。 连续积分离散化连续积分离散化 等式等式 31 如果如果f(t)是正弦交流电压或正弦交流电流：是正弦交流电压或正弦交流电流： )sin()(umtUtu )sin()(imt

32、Iti 则当则当N3时时，有：，有： 1 22 0 0 11 ( ) k N T k ut dtu TN 1 22 0 0 11 ( ) k N T k it dti TN uk、ik为电压、电流在为电压、电流在一周期内一周期内N次采样次采样中的第中的第k次采样值。次采样值。 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 若采样信号是若采样信号是线电压或线电流线电压或线电流，则按公式计算得到的就是线电压和线电流；，则按公式计算得到的就是线电压和线电流； 若采样的信号是若采样的信号是相电压或相电流相电压或相电流，则按公式得到的就是相电压或相电流。，则按公式得到的就是相电压或相电流。 结论：结

33、论： 32 2、三相有功功率的算法：、三相有功功率的算法： 三相三线制电路有功功率的算法三相三线制电路有功功率的算法 三相负载的瞬时功率都等于各相功率之和，有：三相负载的瞬时功率都等于各相功率之和，有： TT dtppp T pdt T PCBA 00 )( 11 2.1.1已知各相电压、相电流已知各相电压、相电流，三相有功功率的算法为：，三相有功功率的算法为： TT dtiuiuiu T dtppp T PCCBBAACBA 00 )( 1 )( 1 将将连续积分运算离散化连续积分运算离散化，可得三相有功功率的算法为：，可得三相有功功率的算法为： 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其

34、应用 =1 1 =+ N Ak AkBk BkCk Ck k Pu iu iu i N 33 N k BkCkCkBkAkAkiiuiiu N P 1 )()( 1 N k CkBkCkAkBkAkiuuiuu N P 1 )()( 1 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 =1 1 =+ N Ak AkBk BkCk Ck k Pu iu iu i N =1 3 = N pk pk k Pu i N 对于三相对称电路：对于三相对称电路： =1=1=1 111 = NNN Ak AkBk BkCk Ck kkk u iu iu i NNN 若考虑到：若考虑到：+=0,+ + =0

35、ABCABC uuuiii 仅需测量两相仅需测量两相 相电压或相电流相电压或相电流 34 2.1.2已知相关线电压或相电流已知相关线电压或相电流，三相有功功率的算法：，三相有功功率的算法： 三相三线制中，考虑三相电流的瞬时值之和为三相三线制中，考虑三相电流的瞬时值之和为0，由此可以推出其三，由此可以推出其三 相有功功率的公式为：相有功功率的公式为： TT dtiuiu T dtppp T PCCBAABCBA 00 )( 1 )( 1 将将连续积分运算离散化连续积分运算离散化，可得三相有功功率的算法为：，可得三相有功功率的算法为： N k CkCBkAkABkiuiu N P 1 1 同理可得

36、：同理可得： N k BkBCkAkACkiuiu N P 1 1 N k CkCAkBkBAkiuiu N P 1 1 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 三相三线制电路有功功率的算法三相三线制电路有功功率的算法 35 在三相四线制电路中，设中性线电流为在三相四线制电路中，设中性线电流为IN，且有，且有iA+iB+iCiN 三相负载的瞬时功率三相负载的瞬时功率p仍然等于各相瞬时功率的代数和，即：仍然等于各相瞬时功率的代数和，即： CBApppp 上式也可以写成以下三种表述方式：上式也可以写成以下三种表述方式： NBCCBAABiuiuiup NACCABBAiuiuiup NC

37、BBCAACiuiuiup 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 三相四线制电路有功功率的算法三相四线制电路有功功率的算法 其其离散化离散化后三相有功功率的计算公式为：后三相有功功率的计算公式为： N k NkBkCkCBkAkABkiuiuiu N P 1 1 N k NkAkCkCAkBkBAkiuiuiu N P 1 1 N k NkCkBkBCkAkACkiuiuiu N P 1 1 36 在单相交流电路中，无功功率在单相交流电路中，无功功率Q的定义为：的定义为：QUIsin 在三相电路中，三相无功功率在三相电路中，三相无功功率Q应是各相无功功率的代数和，即：应是各相无功功

38、率的代数和，即： CBACCBBAACBAIUIUIUQQQQsinsinsin 与三相有功功率算法相对应，可推出三相无功功率的离散计算公式如下：与三相有功功率算法相对应，可推出三相无功功率的离散计算公式如下： N k N kCCk N kBBk N kAAkiuiuiu N Q 1 1 ) 4 () 4 () 4 ( 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 3、三相无功功率的算法：、三相无功功率的算法： iA(k+N/4)为第为第k+N/4次电流采样值；当次电流采样值；当k+N/4大于大于N时，时，iA(k+N/4)取为取为iA(k 3N/4) 37 在在对称三相电路对称三相电路中

39、，按三相无功功率的定义和中，按三相无功功率的定义和900跨相法可构造出下跨相法可构造出下 列三相无功功率的算法，即：列三相无功功率的算法，即： N k AkCkBkCkBkAkiuuiuu N Q 1 )()( 2 3 N k CkBkAkBkAkCkAkCkBkiuuiuuiuu N Q 1 )()()( 3 3 N k BkAkCkCkAkBkBkCkAkiiuiiuiiu N Q 1 )()()( 3 N k N kB N kCCk N kB N kAAkiiuiiu N Q 1 )()( 1 ) 4 () 4 () 4 () 4 ( 2.3 交流采样技术及其应用交流采样技术及其应用 3

40、8 在交流采样技术中，电能量在交流采样技术中，电能量W的计算比较简单。根据定义有：的计算比较简单。根据定义有： 00 (1) 1 (1) 11 ( )( )( ) ( )( ) ( )( ) tMTt MT M kTt kTMT k MM kT kT kk Wp t dtp t dtp t dt p t dtp t dt p t dtTP k M电能计量时间起点至时刻电能计量时间起点至时刻t经过的正弦信号周期数，即经过的正弦信号周期数，即MT t 热电偶热电偶测温原理是测温原理是热电效应：热电效应： 热电偶原理图热电偶原理图 TT0 A B 热端热端 冷端冷端 两种导体组成的回路称为两种导体组

41、成的回路称为“热电偶热电偶”，这两种导体称为，这两种导体称为“热电极热电极”， 产生的电动势则称为产生的电动势则称为“热电动势热电动势”。 这种现象早在这种现象早在1821年首先由西拜克（年首先由西拜克（See-back）发现）发现,所以又称西拜克所以又称西拜克 效应。效应。 48 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 热电偶传感器特点：热电偶传感器特点： 热电偶是一种热电偶是一种有源传感器有源传感器，测量时，测量时不需外加电源不需外加电源，使用十分方便，使用十分方便 结构简单，测量范围宽：测温范围结构简单，测量范围宽：测温范围-501600，通常用来，通常用来测量测量300以

42、以 上的高温上的高温。 目前工业上常用的有四种标准化热电偶目前工业上常用的有四种标准化热电偶 1. 1.铂铑铂铑10 10- -铂 铂(S(S型）型） 2. 2.镍铬镍铬- -考铜考铜(E(E型型) ) 3. 3.镍铬镍铬- -镍铝镍铝(K(K型型) ) 4. 4.铂铑铂铑30 30- -铂铑 铂铑6 6（B B型）型） 1铂铂铂铑热电偶铂铑热电偶 (S型型) 正极：铂铑合金丝正极：铂铑合金丝,用用90铂和铂和10铑铑(重量比重量比)冶炼而成。冶炼而成。 负极：铂丝。负极：铂丝。 测量温度：长期：测量温度：长期：1300、短期：、短期：1600。 特点特点 n 材料性能稳定，测量准确度较高；可

43、做成标准热电偶或基准热电偶。材料性能稳定，测量准确度较高；可做成标准热电偶或基准热电偶。 n 用途：实验室或校验其它热电偶。用途：实验室或校验其它热电偶。 n 测量温度较高，一般用来测量测量温度较高，一般用来测量1000以上高温。以上高温。 n 在高温还原性气体中（如气体中含在高温还原性气体中（如气体中含CO、H2等）易被侵蚀，需用保护套管。等）易被侵蚀，需用保护套管。 n 材料属贵金属，成本较高。材料属贵金属，成本较高。 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 2镍铬镍铬镍硅镍硅(镍铝镍铝)热电偶热电偶 (K型型) 正极：镍铬合金正极：镍铬合金(用用88.489.7镍、镍、91

44、0铬，铬，0.6硅，硅，0.3锰，锰，0.40.7钴冶炼而成钴冶炼而成)。 负极：镍硅合金负极：镍硅合金(用用95.797镍镍,23硅硅,0.40.7钴冶炼而成钴冶炼而成)。 测量温度：长期测量温度：长期1000，短期，短期1300。 特点特点 价格比较便宜，在工业上广泛应用。价格比较便宜，在工业上广泛应用。 u 高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有高温下抗氧化能力强，在还原性气体和含有SO2，H2S等气体中易被侵蚀。等气体中易被侵蚀。 u 复现性好，热电势大。复现性好，热电势大。 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 3镍铬镍铬考铜热电偶考铜热电偶(E型型) 正极：镍铬合金

45、正极：镍铬合金 负极：考铜合金（用负极：考铜合金（用56铜，铜，44镍冶炼而成）。镍冶炼而成）。 测量温度：长期测量温度：长期600，短期，短期800。 特点特点： l 价格比较便宜，工业上广泛应用。价格比较便宜，工业上广泛应用。 l 在常用热电偶中它产生的热电势最大。在常用热电偶中它产生的热电势最大。 l 气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变质，适于在还原性或中性介质中使用。 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 4铂铑铂铑30铂铑铂铑6热电偶热电偶(B型型) 正极：铂铑合金（用正极：铂铑合金（

46、用70铂，铂，30铑冶炼而成）。铑冶炼而成）。 负极：铂铑合金（用负极：铂铑合金（用94铂，铂，6铑冶炼而成）。铑冶炼而成）。 测量温度：长期可到测量温度：长期可到1600，短期可达，短期可达1800。 特点特点： l 材料性能稳定，测量精度高。材料性能稳定，测量精度高。 l 还原性气体中易被侵蚀。还原性气体中易被侵蚀。 l 低温热电势极小，冷端温度在低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。以下可不加补偿。 l 成本高。成本高。 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 53 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 2 热电阻是利用热电阻是利用导体导体的电阻随温

47、度变化的特性来测量温度。的电阻随温度变化的特性来测量温度。 测温范围测温范围-200500，常用于中、低温区的测量。，常用于中、低温区的测量。 3 热敏电阻是利用热敏电阻是利用半导体半导体的电阻值随温度变化而显著变化的原理测量温度。的电阻值随温度变化而显著变化的原理测量温度。 测温范围测温范围-50300。 阻值与温度的关系非线性严重；阻值与温度的关系非线性严重； 元件的一致性差，互换性差；元件的一致性差，互换性差； 元件易老化，稳定性较差；元件易老化，稳定性较差； 变电站温度测量大多采用变电站温度测量大多采用热电阻热电阻作为一次元件作为一次元件 应用较广泛的热电阻材料：应用较广泛的热电阻材料

48、：铂铂和和铜铜；低温测量采用铟、锰等；低温测量采用铟、锰等 54 p 热电阻作为温度测量的一次元件，它仅将温度高低转变为电阻值的大小，热电阻作为温度测量的一次元件，它仅将温度高低转变为电阻值的大小， 只有测量出只有测量出电阻值的大小电阻值的大小才能推知才能推知温度的高低温度的高低。 p 在变电站综自系统中，用热电阻测量的温度信号要远传到变电站控制室，在变电站综自系统中，用热电阻测量的温度信号要远传到变电站控制室， 所以应采用温度变送器将温度变化引起的所以应采用温度变送器将温度变化引起的电阻值变化电阻值变化变换成统一的变换成统一的电信号电信号。 p 热电阻测温电路常用的是热电阻测温电路常用的是电

49、桥电路电桥电路 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集 用热电阻测量温度：用热电阻测量温度： + - U0 55 变电站中的变电站中的状态量状态量信息主要包括传统概念的信息主要包括传统概念的遥信信息遥信信息和自动化系统和自动化系统设备运设备运 行状态信息行状态信息等等。 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 一、遥信信息及其来源：一、遥信信息及其来源： 遥信信息用来传送断路器、隔离开关的位置状态，传送继电保护、自遥信信息用来传送断路器、隔离开关的位置状态，传送继电保护、自 动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信号。动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信

50、号。 1断路器状态信息的采集：断路器状态信息的采集：断路器的分、合闸位置信号通过其断路器的分、合闸位置信号通过其辅助触点辅助触点引出，引出， 与断路器的位置一一对应。与断路器的位置一一对应。 2继电保护动作状态信息的采集：继电保护动作状态信息的采集：采集继电保护出口继电器的采集继电保护出口继电器的触点状态触点状态信息，信息， 并记录动作时间。并记录动作时间。 3事故总信号的采集：事故总信号的采集：采集事故总信号出口继电器的采集事故总信号出口继电器的触点触点状态信息。发电厂任状态信息。发电厂任 一断路器发生事故跳闸，将启动事故总信号，用于区分正常操作与事故跳闸。一断路器发生事故跳闸，将启动事故总

51、信号，用于区分正常操作与事故跳闸。 4其他信号的采集：其他信号的采集：通常采集对应元件、装置的通常采集对应元件、装置的触点触点状态完成。状态完成。 遥信信息的采集最终都可以转化为对遥信信息的采集最终都可以转化为对辅助触点辅助触点或或信号继电器触点信号继电器触点位置信号的采集位置信号的采集 56 24V或或220V R1R2R3 R4C V1 V2 AGND DGND 5V R5 遥信信号遥信信号 二、遥信采集电路二、遥信采集电路 遥信遥信 触点触点 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 为了为了防止干扰防止干扰，在二次回路的触点信息输入时要采取，在二次回路的触点信息输入时要采取

52、隔离措施隔离措施，目前常用，目前常用 光电耦合器件光电耦合器件来实现内外的电气隔离。来实现内外的电气隔离。 57 三、遥信输入的几种形式：三、遥信输入的几种形式： 1、采用、采用定时扫查方式定时扫查方式的遥信输入：在变电站综合自动化系统中，采用定的遥信输入：在变电站综合自动化系统中，采用定 时扫查的方式读入遥信状态信息，时扫查的方式读入遥信状态信息，128个遥信输入电路如下图所示。个遥信输入电路如下图所示。 遥信定时扫查工作在遥信定时扫查工作在实时时钟中断服务程序实时时钟中断服务程序中进行，每中进行，每5ms执行一次。执行一次。 一旦发现一旦发现有遥信变位有遥信变位，则更新遥信数据区，同时，记

53、录遥信变位时间，则更新遥信数据区，同时，记录遥信变位时间， 以便完成以便完成SOE信息的发送。信息的发送。 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 16选选1多路选多路选 择开关择开关 地址选择输地址选择输 入端入端 8片片74150 58 三、遥信输入的几种形式：三、遥信输入的几种形式： 2、循环扫描输入循环扫描输入遥信：遥信： 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 按定时扫描输入遥信，只要时间间隔合适，完全能满足按定时扫描输入遥信，只要时间间隔合适，完全能满足遥信变位分辨遥信变位分辨 率率的要求，输入以外的时间，的要求，输入以外的时间，CPU尚可完成其他工作。

54、（老式系统）尚可完成其他工作。（老式系统） 目前投运的新型综自系统，由目前投运的新型综自系统，由智能子模块智能子模块来完成遥信量状态的采集和来完成遥信量状态的采集和 处理工作。处理工作。CPU有更多的时间，以循环的方式对遥信量状态进行更短有更多的时间，以循环的方式对遥信量状态进行更短 周期的采集，以提高站内遥信变位的分辨率。周期的采集，以提高站内遥信变位的分辨率。 59 将读入的将读入的当前遥信状态值当前遥信状态值与存储的与存储的历史遥信状态值历史遥信状态值进行进行异或异或运算：结运算：结 果为果为0则没有遥信变位，否则有遥信变位，且对应为则没有遥信变位，否则有遥信变位，且对应为“1”的位表征

55、的遥信量的位表征的遥信量 有变化。有变化。 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 遥信变位的鉴别和处理遥信变位的鉴别和处理 60 遥信采集中的误遥信及其克服遥信采集中的误遥信及其克服 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 状态量采集系统在实际运行中会产生不真实的遥信变位信号，给运行状态量采集系统在实际运行中会产生不真实的遥信变位信号，给运行 人员的控制决策带来误导。误遥信可分为两类：人员的控制决策带来误导。误遥信可分为两类： 第一类第一类：一个真实的遥信信号变位后：一个真实的遥信信号变位后 紧接着几个假遥信读数，最终遥信稳定紧接着几个假遥信读数，最终遥信稳定 到

56、真实变位后的状态到真实变位后的状态 原因原因：遥信信号变位时，继电器不能：遥信信号变位时，继电器不能 一次性闭合，其一次性闭合，其抖动信号抖动信号经光耦后成为经光耦后成为 连续几个遥信信号连续几个遥信信号 解决方法解决方法：可采取：可采取“延时重测延时重测”的方的方 法加以克服；法加以克服； 61 遥信采集中的误遥信及其克服遥信采集中的误遥信及其克服 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集 第二类第二类：某些遥信不定时的出现抖：某些遥信不定时的出现抖 动，往往由遥信回路中的动，往往由遥信回路中的电磁干扰电磁干扰， 特别是特别是尖峰干扰脉冲尖峰干扰脉冲造成误遥信造成误遥信 解决方法

57、解决方法：提高电源电压提高电源电压，采用站，采用站 用用220V直流电源代替直流电源代替24V电源、同时电源、同时 加入适当的电阻限流来克服。加入适当的电阻限流来克服。 世界时世界时 国际原子时国际原子时 协调世界时协调世界时 闰秒闰秒 2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用 几个时间术语几个时间术语 世界时世界时(GMT) 2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用 世界各地都有各地的地方时间。如果对国际上某一重大事情，用地方时间来记录，就会感到复杂不便统一以格林尼治的世界各地都有各地的地方时间。如果对国际上某一重大事情，用地方时间来记录，就会感到复杂

58、不便统一以格林尼治的 地方时间为标准。地方时间为标准。 以平子夜作为以平子夜作为0时开始的时开始的格林尼治格林尼治（英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所在地，它又是世界上地理经度的起始点（英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所在地，它又是世界上地理经度的起始点-本初子午本初子午 线）线）平太阳时平太阳时，就称为世界时（，就称为世界时（UT）。）。 北京时间北京时间 以以地球自转地球自转为基础的时间计量系统。地球自转的角度可用地方子午线相对于天球上的为基础的时间计量系统。地球自转的角度可用地方子午线相对于天球上的基本参考点基本参考点的运动来度量。两个基本的运动来度量。两个基本 参考点：春分点和平太阳，由此

59、确定的时间分别称为恒星时和平太阳时。参考点：春分点和平太阳，由此确定的时间分别称为恒星时和平太阳时。 将一年中每日平均长短的将一年中每日平均长短的186400确定为确定为1秒秒 世界时是以地球自转为基础建立起来的，由于地球自转的不均匀性，作为计时其准确度只能达到世界时是以地球自转为基础建立起来的，由于地球自转的不均匀性，作为计时其准确度只能达到10-8数量级。数量级。 国际原子时国际原子时(TAI) 2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用 用铯原子钟来计时可以达到相当高准确度，准确度可达用铯原子钟来计时可以达到相当高准确度，准确度可达10-1410- 15。需要 。需要2

60、000万年计时才差一秒钟（万年计时才差一秒钟（NIST-F1）。）。 原子时间计量标准在原子时间计量标准在1967年正式取代了天文学意义上年正式取代了天文学意义上秒长的定义秒长的定义 新秒长规定为：位于海平面上的铯新秒长规定为：位于海平面上的铯Cs133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡9 192 631 770个周期所持续的时个周期所持续的时 间为一个原子时秒，我们称之为国际原子时（间为一个原子时秒，我们称之为国际原子时（TAI）。）。 另外规定原子时起点在另外规定原子时起点在1958年年1月月1日日0时（时（UT），即在这一瞬间，原子时