STZD-I智能电网综合监测仪说明书

1、STZD-I智能电网综合监测仪技术手册 扬州森泰电气设备有限公司第一章 智能电网综合监测仪简介一、开发背景 由于电力电子产品在电网中的大量使用，电网谐波污染问题日益严重，谐波治理已经刻不容缓，而电网谐波的检测成为了首先需要解决的问题。 同时，随着电力系统配电自动化的浪潮，对用电进行微机管理和自动化管理已成为必然。对电网中大量使用的机械指针表和普通计量表计，由于不能和计算机系统进行接口，面临着淘汰和改造。而智能表等微机类的智能表记由于功能强大、性价比高、具备微机接口逐步得到广泛应用。针对上述的问题，在广泛的市场调研的基础上，我公司专门开发了智能电网综合监测仪，用于电力系统中变配电改造和电网各种电

2、量的检测。产品硬件采用美国德州仪器高速微处理器和摩托罗拉等公司的高性能接口电路，软件中使用了本公司独立开发的有自主知识产权的嵌入式单片机操作系统，工艺上采用成熟贴插混装工艺，具有体积小、性价比高的优点。二、应用领域 智能型开关柜、配电盘 远程抄表及电能综合管理 工厂能源管理系统 分布式综合电量采集、监控系统 三、产品功能： 高精度测量三相交流电压、电流真有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电压电流谐波失真度、分时及总的有功电能、无功电能等电力参数。 具备电网过压、欠压、过流等多种故障检测功能，并且对任一故障可选择设定故障处理方式，实现故障的分级管理和处理。 记录故障参数和故障发生、

3、排除的日期、时刻，故障数据可掉电保存。 各种参数可通过前面板设定（密码保护）或软件设定。 可选数据定时记录功能(选配功能)。可实现最长78天的电网检测数据记录。 大屏幕汉字液晶可同时显示多种电量，全部操作可根据汉字提示直接输入，实现智能仪表现场无障碍输入。 采用标准RS485数字接口和标准MODBUS-RTU通讯规约，可与多种品牌的PLC、RTU及工控组态软件（组态王、Synall、FIX、WinCC、Intouch等） 实现网络通讯，构成用电网络监控系统。四、产品特点：高精度、多功能，具备谐波检测功能 具有强大的数据采集和处理功能，可以即时检测三相电压、电流真有效值，并同时分别计量三相有功功

4、率、无功功率、视在功率、功率因数、电压、电流1-15次谐波分量真有效值、系统有功电能、无功电能等电力参数。 具备无源信号输入输出接口 提供三路无源输入接口可检测用户系统中三路无源告警信号；给出一路无源输出信号作为告警输出和一路告警控制信号（也可根据用户要求作为其他输入输出信号接口）。 数据定时记录监测仪记录数据分为两类：整点数据。是按整点时间进行记录的当前数据，该数据为记录时刻前约1015个非一定连续数据的平均值，而每个数据为电网16个周波平均值，因此每个记录数据为数据记录前约4020秒的平均值数据。最大最小值数据。是每天所记录的监测数据的即时值最大或最小值，该数据每天零点复位一次，约5秒左右

5、进行一次比较，所比较数据为电网16个周波平均值。仪表每天记录24小时整点的数据：交流三相电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、电压失真、电流失真、零序电压、零序电流、总有功功率、总无功功率、总视在功率、三相平均功率因数、电网频率、总有功电能、总无功电能、三相1、3、5、7、9、11次电压、电流谐波真有效值。每天统计记录最大最小值数据：交流三相电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、电压失真、电流失真、零序电压、零序电流；每天统计记录数据：日起始四段有功电能、无功电能、日结束有功电能、无功电能。每天可记录26组电力数据，连续提供最长78天的运行数据循环记录，通过上位机可查阅全部数据的历史运

6、行记录，实现电网管理的可追溯性。 报警功能可随意配置 仪表具备多种故障报警功能，对任意一种故障均可以实现屏蔽、一般报警、动作报警设置级别的多样化，方便用户根据不同使用要求使用；对用户允许的报警功能，一旦出现故障，除了给出声音报警和无源接点报警，还会对故障内容、故障参数和故障发生和结束的时间进行记录；仪表可以连续记录最近的10条报警记录。 显示操作简便采用中文汉字大屏幕液晶显示，通过按键可在中文提示的引导下设置参数，所有设定存放在仪表内部的非易失性存贮器中，掉电不丢失，所有编程和控制设定均有密码保护。（出厂密码设置为00000000）。 安装方便灵活采用交流采样技术，无须电量变送器。所有模块既可

7、以分散式就地安装，单独作为盘装电能表使用；也可以集中组屏，组成各种智能开关柜和配电屏，作为电力监控系统的一部分，实现电量/电能综合网络化管理和监控。并且可根据用户不同接线方式进行三相电量测量。标准114*114仪表外壳尺寸保证了仪表最小限度地占用开关柜柜面尺寸，可直接取代模拟式电能表，电量表、变送器，实现配电装置的智能化改造。 数据存储安全性高仪表中的设置参数、故障记录、定时数据记录使用FLASH存储器，可以掉电保存20年；CPU采用微功耗工作模式，在掉电情况下可以连续工作80天。 可靠性高采用多种抗高频干扰软硬件措施，可以安全、可靠地在强磁场环境中运行。尤其是先进的数字式谐波测量滤波技术、数

8、字频谱分析和交流采样准同步技术，可以保证即使在现场干扰非常恶劣的条件下，仍然可以高精度的测量各种电量参数，实现系统的安全、准确控制。 性价比高目前此类产品几乎无一例外的使用DSP器件，我们采用高性能单片机实现一般必须使用DSP才能完成的频谱分析功能，同时由于单片机将各种DSP需要外部专用器件才能完成的功能高度集成，对系统整体成本的下降和系统抗干扰性能具有极大的优势。目前在此类产品中使用的DSP由于成本的考虑，一般只能使用低端定点数DSP，而无法选用高端的浮点数DSP，因此计算中存在较大的数据计算误差和数据存储范围的问题。而我们在满足检测控制要求的前提下，采用浮点数频谱分析，不但计算误差小，而且

9、在数据表示上有定点数无可比拟的优势。 宽工作温度范围仪表集成电路全部采用工业级产品，显示液晶采用宽温国际知名产品，正常工作温度： -2040；掉电存储温度：-3070。 宽工作电源范围仪表供电电源采用交直流两用开关电源，输入范围为：（AC/DC）85V-265V，正常工作功耗：1W，最大功耗：2W。五、测量功能监控仪表提供了多种实时测量参数（如下表所示），所有测量参数可通过仪表大屏幕汉字液晶现场显示，也可以通过RS-485通讯口由上位机读取。所有电压、电流的读数都是真有效值。 测量参数表：电 压UA、UB、UC、U0、1-15次谐波计量、零序电压05级电 流IA、IB、IC、I0、1-15次谐

10、波计量、零序电流05级波形失真度三相电压电流失真度VTHD， ITHD1.0%有功功率Pa、Pb、Pc、Psum05级无功功率Qa、Qb、Qc、Qsum05级功率因数COSA、COSB、COSC05级有功电能总电能的及4个时段总电能05级无功电能总电能的及4个时段总电能05级六、网络通讯设置 经由RS-485通讯接口或现场直接由按键设定系统参数。 通讯参数包括：通讯地址，通讯波特率。 通讯格式符合标准Modbus RTU方式（8个数据位/1个停止位/无奇偶校验）。 串行通讯口为RS-485连接方式，通讯地址（0-255）和波特率（1200、2400、4800、9600bps）均可设定。 所有测

11、量数据均可经由RS-485串行口读出；所有设置数据均可经由RS-485串行口设置。 具备高速光耦合隔离硬件，高抗干扰设计。 通讯距离最长可达1.2公里，一条双绞线最多可连接32台仪表。 通信响应时间：0.02 S (典型)，0.05S(最大)。七、技术指标：7.1 基本参数（1）输入电压： 输入范围：AC0-280V；（相电压） 额定电压：220V； 过载能力：2倍额定值（连续）；2500V/1秒（不连续）； 输入负荷：最大为0.1VA；（2）电流输入： 输入范围：AC0-10A； 额定电流：5A； 过载能力：2倍额定值（连续），100A 1秒（不连续） 输入负荷：最大为0.1VA；（3） 频

12、率输入：输入范围：50 HZ 5% 额定频率：50HZ；（4） 仪表电源： AC/DC 85265V功耗3W（5） 温度范围：工作温度： 0+40； 存储温度： -10+70。7.2安装形式: 盘式安装，开孔尺寸：114*114mm。7.3外形尺寸: 长*宽*深=120120130mm。7.4显示: 中文汉字大屏幕液晶显示。 7.5 包装说明: 包装内含下列项目 主机 1台 固定支架1套 说明书 合格证八、使用说明81固定方法：采用盘装仪表固定方式，开孔尺寸为114*114mm，由2个配套支架固定。82接线端子:本机共有2组接线端子（1-10/11-20），采用压线式端子；连接导线最大截面积为

13、5.0平方毫米，导通电流30安培，额定电压为250VAC；通讯端子采用DB9端子，本机提供一组上位机通讯接口。8.2.1仪表供电电源:本仪表内部为开关电源，供电为交/直流通用，范围为AC/DC 85-265V 50HZ/60HZ8.2.2 交流信号输入端 三组交流相电流输入端分别接入被测回路的三只电流互感器（CT）的二次侧输出端（AC 0-5A） CT同名端应端对应，否则将反向。 三相交流相电压输入端分别接入被测回路的电压互感器（PT）的二次侧输出端或直接测量。 测量精度取决于CT、PT的精度，建议用户选用精度为0.5级及以上的CT、PT，显示的单相功率有负或数值不正确则应查一下电流输入的同名

14、端是否正确，相序是否错等； 警告：由于PT、CT一次侧电路的激励，将在PT、CT二次侧电路产生危险的电流和电压，所以在安装仪表安装时，应考虑到安全措施，例如断开PT保险丝，短接CT二次侧等。 8.2.3通讯接口 多台仪表与计算机采用RS-485方式连接，在最末端仪表（既离计算机最远端的PDM）的A+ B-之间并接120220、1/4W电阻。 本机上位通讯时，提供一个标准的RS-485通讯接口，各种数据信息均可在通讯线路上传送。在一条线路上可同时连接多达32台仪表，每台仪表均可设定其通讯地址和波特率。8.2.4无源信号输入本仪表可监测三路无源信号输入，用户可选择无源告警信号功能，例如开关报警状态

15、等。8.2.5无源干接点信号输出本仪表可提供两路无源干接点信号输出，一路可作为通用综合告警信号，另一路可由用户定义其他告警控制信号。8.2.6接线方案第二章 数据通讯协议一、通讯协议 本机采用标准MODBUS-RTU通讯协议，即8个数据位/1个停止位/无奇偶校验，读数据采用03功能码，写数据采用10功能码（部分数据写入也可采用06功能码）。二、数据格式本机数据全部采用四字节表示,少数数据采用长整型、整型量或字节量（如通讯地址和通讯波特率等）记数发送时高位在前，低位在后。时间数据以字节方式存储，由高字节到低字节按年（时）、月（分）、日（秒）顺序存储,空闲字节数据无效。本机大部分数据采用浮点数记数

16、。浮点数的存储格式为四个字节，因此读写浮点数表示的数据时，必须采用03功能码一次读两个寄存器或采用10功能码一次写两个寄存器才可以读写到正确的数据。接收或发送时按阶码及符号位、尾数高位、尾数中位和尾数低位的先后顺序发送四个字节。浮点数采用IEEE32位标准浮点数格式（标准C语言浮点数格式），长度为32bits，格式如下所示：D31D30D23D22D16D15D8D7D0浮点数符号S阶码尾数高位尾数中位尾数低位若阶码为E，尾数为M，则有：浮点数值=（1+M2-23）2E-127浮点数的正负取决于符号位S的值，S=1表示浮点数为负，S=0则表示浮点数为正。例如：当32位浮点数为40H，A0H，0

17、0H，00H时，即S=0，E=129，M=221，则：浮点数值=（1+2212-23）2129-127=5.0三、MODBUS协议 通讯数据（信息帧）格式数据格式：地址码功能码数据区错误校检数据长度：1字节1字节N字节16位CRC码（冗余循环码） 通讯信息传输过程：当通讯命令由发送设备（主机）发送至接收设备（从机）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。 地址码： 地址码是每次通讯信息帧的第一字节

18、（8位），从0到255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送信息。当从机回送信息时，回送数据均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址。相应的地址码表明该信息来自于何处。 功能码：是每次通讯信息帧传送的第二个字节。ModBus通讯规约可定义的功能码为1到127。本仪表仅用到其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机应执行什么动作。作为从机响应，从机返回的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机并且已进行相关的操作。MODBU

19、S部分功能码功能码定 义操 作（二进制）03读寄存器数据读取一个或多个寄存器的数据06写单路寄存器把一组二进制数据写入单个寄存器10写多路寄存器把多组二进制数据写入多个寄存器 数据区：数据区包括需要由从机返送何种信息或执行什么动作。这些信息可以是数据（如：开关量输入/输出、模拟量输入/输出、寄存器等等）、参考地址等。例如，主机通过功能码03告诉从机返回寄存器的值（包含要读取寄存器的起始地址及读取寄存器的长度），则返回的数据包括寄存器的数据长度及数据内容。对于不同的从机，地址和数据信息都不相同（应给出通讯信息表）。 错误校验码（CRC校验）：主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否正确。由于电子

20、噪声或一些其它干扰，信息在传输过程中有时会发生错误，错误校验码（CRC）可以检验主机或从机在通讯数据传送过程中的信息是否有误，错误的数据可以放弃（无论是发送还是接收），这样增加了系统的安全和效率。MODBUS通讯协议的CRC（冗余循环码）包含2个字节，即16位二进制数。CRC码由发送设备（主机）计算，放置于发送信息帧的尾部。接收信息的设备（从机）再重新计算接收到信息的CRC，比较计算得到的CRC是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。在进行CRC计算时只用8个数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位也包括奇偶校验位，都不参与CRC计算。 CRC码的计算方法是： 1 预置1个16位的寄存器

21、为十六进制FFFF（即全为1）；称此寄存器为CRC寄存器；2 把第一个8位二进制数据（既通讯信息帧的第一个字节）与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器；3 把CRC寄存器的内容右移一位（朝低位）用0填补最高位，并检查右移后的移出位；4 如果移出位为0：重复第3步（再次右移一位）；如果移出位为1：CRC寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异或；5 重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；6 重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理；7 将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低

22、字节进行交换；8 最后得到的CRC寄存器内容即为：CRC码。 通讯示例功能码“03”：读多路寄存器输入例如：主机要读取地址为01，起始地址为0116的3个从机寄存器数据。从机数据寄存器的地址和数据为：寄存器地址寄存器数据（16进制）对应电量(浮点数表示)01161784UA阶码及符号位、尾数高位01171780UA尾数中位、尾数低位0118178AUB阶码及符号位、尾数高位主机发送的报文格式：主机发送字节数发送的信息备 注从机地址101 发送至地址为01的从机功能码103 读取寄存器起始地址20116 起始地址为0116数据长度30003 读取3个寄存器（共6个字节）CRC码2E5F3由主机计

23、算得到CRC码从机响应返回的报文格式：从机响应字节数返回的信息备 注从机地址101 来自从机01功能码103 读取寄存器读取字106 3个寄存器共6个字节寄存器数据121784地址为0116内存的内容寄存器数据221780地址为0117内存的内容寄存器数据32178A 地址为0118内存的内容CRC码25847 由从机计算得到CRC码功能码“10”：写多路寄存器例如：主机要把0064，0010保存到地址为002C，002D的从机寄存器中去（从机地址码为01）。通讯数据保存结束后，地址为002C/002D的表内存储信息为：地址原来存储数据（浮点数）002C04B0002D1388主机发送的报文格

24、式：主机发送字节数发送信息举例从机地址101发送至从机01功能码110写多路寄存器起始地址2002C要写入的寄存器的起始地址保存数据字长度20002保存数据的字长度（共2字）保存数据字节长104保存数据的字节长度（共4字节）保存数据1204B0数据地址002C保存数据221388数据地址002DCRC码2FC63由主机计算得到的CRC码从机响应返回的报文格式：从机响应字节数字节数举例从机地址101来自从机01功能码110写多路寄存器起始地址2002C起始地址为002C保存数据字长度20002保存2个字长度的数据CRC码28001由从机计算得到的CRC码四、数据地址定义 数据根据存储位置的不同，

25、分为两种地址： 1 内部地址，变量序号4即为该变量的通讯地址，通过通讯读写变量可以实现和面板菜单操作相同的结果。 2 外部地址，只对具备数据记录功能模块的设备有用，这部分数据的读取必须遵循以下原则：A、 外部地址从0X8000开始，到0X87FF，地址每加一，地址指针增加一页。B、 每次根据地址读取一页数据（每页240字节），数据长度为每次数据数量C、 每次读取字节数最大为240字节，也即120个字变量，数据按每个变量四存储字节的方式以浮点数或字节、整型、长整型方式存储D、 数据存储按每24个小时基本数据存储页、一个当天最大数据存储页和一个最小数据存储页的顺序存储第三章 操作指南一、仪表操作

26、STZD智能电网综合监测仪 变量查询参数查询保护查询参数设置 扬州森泰电气设备有限公司 每按一次该键，进入当前光标行的下级菜单 每按一次该键，退出当前菜单 向下移动光标，（或在设置数字时按0987654321递减） 向上移动光标，（或在设置数字时按0123456789递增）操作示例： 1、设置数值参数，示例1：设置母线电压过压值为240.5V1 在图（5-2）中，按键进入图（6-1）。 STZD智能电网综合监测仪 变量查询参数查询保护查询参数设置 扬州森泰电气设备有限公司（5-2）2 在图（6-1）中，按键进入图（6-2）。 STZD智能电网综合监测仪 参数查询保护查询参数设置保护设置 扬州森

27、泰电气设备有限公司（6-1） 3 在图（6-1）中，按键进入图（6-2）。这时机器要求你输入密码（假设密码为12345678）注意屏幕上会出现00000000，而且首位0下出现“”小光标。 STZD智能电网综合监测仪 输入口令0 0 0 0 0 0 0 0 扬州森泰电气设备有限公司 （6-2）4 按一次键，首位0变成1，按一次键，将“”光标移动到第二位，按两次键，将第二位0变成2，按一次键，将“”光标移动到第三位，依次完成密码12345678的输入，进入如图（7-1）。完成最后一位数字的输入后，按键，屏幕经过短暂提示后进入图（7-2）。 STZD智能电网综合监测仪 输入口令1 2 3 4 5

28、6 7 8 扬州森泰电气设备有限公司 （7-1） 5 按键，进入图（8-1）。 STZD智能电网综合监测仪 母线过压母线欠压母线过载母线短路 扬州森泰电气设备有限公司 （7-2）6 按键，移动光标到电压上限行（250.00为上一次设置值）。按键，进入图（8-2）。 STZD智能电网综合监测仪 保护无效保护告警保护脱离电压上限 250.00 扬州森泰电气设备有限公司 （8-1）7 按照步骤4输入数字240.5后，按键进入图（9-1）。 STZD智能电网综合监测仪 输入新值0 2 4 0. 5 0 0 0 扬州森泰电气设备有限公司 （8-2）8 按照屏幕提示，按键则完成本次的输入。（按键，则本次输

29、入无效，可重新输入新值。）按键后进入图（9-2） STZD智能电网综合监测仪 -确认-输入完成-取消-重新输入 扬州森泰电气设备有限公司 （9-1）9 在图（9-2）中，电压上限值已由原来的250.00变成240.50 STZD智能电网综合监测仪 保护无效保护告警保护脱离电压上限 240.50 扬州森泰电气设备有限公司 （9-2）2、设置选择参数示例2：母线保护选择（保护无效、保护告警、保护脱离）1 按照示例1步骤1-6进入图（8-1），（选择保护告警）移动光标如图（10-1）。按键，进入图（10-2） STZD智能电网综合监测仪 保护无效保护告警保护脱离电压上限 240.50 扬州森泰电气设备有限公司 （10-1）2 按键，屏幕显示修改成功后，返回图（10-1）。 STZD智能电网综合监测仪 输入确认 扬州森泰电气设备有限公司 （10-2） 二、仪表使用注意事项1. 接线方式：a、 电压采用三相四线直接输入（即A、B、C、N），或电压互感器输出 100V，电流采用标准5A电流互感器输出信号。b、 电流信号出可串接电