矿区电网电能计量装置通讯系统的研究与改进

1、.矿区电网电能计量装置通讯系统的研究与改进一、概况随着电子科学技术的不断发展，电能计量作为电力企业的核心工作，其计量装置也趋于多功能、网络化方向发展。目前，龙矿集团供电部所管辖变电站供用电计量装置大部分使用的是三相电子式多功能电能表，RS-485接口已经成为电子式多功能电能表必备的通信接口。其中主要应用有两点：1、适应不断增强的功能要求,通过编程软件对电能表进行功能设定。2、与远方监控终端配合,实现远程抄表，及负荷的在线监控。 RS485接口通讯的畅通，关系到整个矿区电网电能计量的准确，而这些多功能电能表出现的RS485通讯以及脉冲接口损坏，特别是在雷雨天气，同时供电用户点多、面广、地理条件复

2、杂等情况，电能计量的传输困难，给供电部电能计量工作带来较大的负面影响。二、三相多功能电能表的工作原理及通讯网络结构图1、工作原理：以烟台东方电子三相三线多功能电能表为例：它是由电流互感器、高精度高速模数转换器+DSP、微处理器、实时脉冲、数据接口设备和人机接口设备组成。高速模数转换器+DSP将来自电压分压、电流互感器的模拟信号转换为数字信号，并对其进行数字积分运算，从而精确地获得有功电量和无功电量，微处理器依据相应费率和需量等要求对数据进行处理。其结果保存在数据存储器中，并随时向外部接口提供信息和进行数据交换，其原理图如下： 上图所示：三相三线多功能电能表 2、通讯网络结构图： 三、RS485

3、通讯接口损坏的原因分析1、损坏情况分析：通过图1、图2可以看到，如果想通过远程抄表以及监控电表运行状况，都必须通过RS485接口进行数据传输，可是当RS485接口不通时，以上功能将无法获取，损失将无法估量，RS485接口的好坏就体现在这里。通过对RS485接口损坏的多功能表进行拆卸，发现RS485接口较常见的损坏情况有以下几种情况： 图3：RS485接口原理图其中：R1 、R2为10电阻，TVS1、TVS2瞬态抑制二极管，（1）R1或R2被烧断，(10/1W的电阻根本就不能承受雷击测试.)TV1、TV2和RS485芯片完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、会将其烧断。（2）RS485

4、芯片损坏(YS301.等300V放电管起不到任何保护作用)R1、R2和TV1、TV2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于TV1、TV2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体也会产生±15kV的静电。（3）TV1或TV2、RS485芯片损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将TV1或TV2和485芯片击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。下图所示： 通讯接口 通讯电路2、主要原因通过三相三线多功能电能表的工作原理分析得知RS485接口损坏的主要原因是：由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，所以EIA

5、-485标准要求将各个RS485接口的信号用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流。DL/T645-1997多功能电能表通信规约 其中对 RS485接口部分的ESD规定“驱动与接收端耐静电放电(ESD)±15kV(人体模式)。RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许范围为-7到+12V，超过此范围的过压瞬变可能会损坏器件。引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等，例如人体接触芯片的引脚而产生静电放电，其电压可以高达数十千伏，可以使工作中的器件产生闭锁而不能运行或使器件受损；而雷电感应在RS-485传输线上引起的瞬变干扰，其能量更可在

6、瞬间烧毁连接在传输线上的全部器件。（1）电位不等产生瞬间过电压或过电流雷电流要通过变电站的地网泻入大地，在地网上会产生一定的冲击电位，在严重的情况下，会在部分设备上产生一个电位差而损坏设备。当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。（2）用户数多，一路产生过电压串入其它线路连接在RS485通讯线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入，通讯线上连接的用户数越多，产生瞬态过电压的因素也越多，从而造成多路过电压。（3）雷击产生过电压雷电流通过防雷装置的接地引下线入地时，会在周围空间产生强大的暂态电磁场，从而在各种

7、通讯、远动、保护等的电缆，甚至是主控室内的弱电部件上产生的暂态过电压，损坏这些弱点设备。当通讯线路较长、有室外架空线、电气设备的接地不良时，雷电必然会在线路、电气设备上造成过电压，其能量往往是巨大的。四、改进措施针对以上情况，我们成立科研攻关小组，进行了认真的分析和研究，找出了问题发生的根本原因，并根据问题产生的多种原因，针对周围环境和现场的实际情况对其制定了具有针对性的改进措施：1、对多功能电能表本身进行改进（1）将R1和R2更换为正温度系数的自恢复保险PTC，既可以是限流电阻，也可以当保险丝来用。如K250-120，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过P

8、TC和保护器件TVS，PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。（2）将TVS1、TVS2两个瞬态抑制二极管靠近接口，限流(匹配)电阻靠近芯片。（3）选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片。（4）采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或陶瓷浪涌吸收器。2、变电站以及外供电用户电气设备的接地设施进行改进变电站直击雷防护系统随着避雷器、避雷针接地网及线路防雷系统的不断完善而日趋成熟，相比较而言，变电站二次系统随着大规模集成电路在保护、远动、通讯等设备的运用而对变电站的防雷保护提出了新要求。雷击过电压防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电

9、路板设计，接地也是相当重要的。一般防雷接地都必须可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧，可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大削弱防护效果。通过对变电站以及外供电用户进行接地测量，发现有不少用户电气设备的接地电阻超出了规程中规定的数值，究其原因，接地母排断裂；地理条件不好，接地母排生锈，造成接地电阻增大等等。针对以上现象，做以下改进措施：（1）对变电站以及外供电用户的接地设施进行一次全面检查。（2）对主接地网的接地电阻、接地网之间的连通、设备的接地引下线进行大电流测试。（3）逐级分别泄流，以使其在遭雷击时主要通过自身的接地极泄放雷电流，尽量少地波及到其它设备。（4）均匀地网系

10、统电压，各个设备区之间建立良好的等电位接地，各设备区之间连接良好，低压控制部分加装均压带，使各点的接地为等电位。 （5）加强屏蔽，将进入变电站的电缆线全部使用屏蔽电缆，并将屏蔽层可靠接地。（6）对进入主控室、远动、通讯机房的信号线全部加装信号电压瞬变抑制器。（7）对主控室、通讯机房的设备接地进行全面检查，并加装均压带，将各种信号线的屏蔽可靠接地。（8）接地设施不合格的，步步排查，对不合格的接地点进行打磨除锈，并对接地扁铁进行防腐处理。（9）增加必要的防雷设施，全面做好“雨季三防”工作。四、经济效益：目前，一块三相三线多功能电能表市场价格在3500元左右，供电部外供用户大约在60只左右。在我们没有电能计量装置的通讯系统进行改进之前，每年大约有10只损坏，通过计算损失：10*3500=35000元。经过我们改进以后，那么我们每年将节约损失那将是35000元。变电站内的多功能电度表的数量是200只，如果再损坏，那将是3500元*N只损坏电度表