變電所是供電系統(tǒng)的重要設施，是供電生產(chǎn)管理中實施監(jiān)測的主要對象。目前，對于變電所的監(jiān)測大多數(shù)情況仍然采用傳統(tǒng)儀表和人工抄表的方式完成，特別是對于無人值守的終端變電所，只能通過巡檢的方式才能實現(xiàn)。由于監(jiān)測手段落后、工作效率低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理和市場經(jīng)濟激烈競爭的需求。為此，研發(fā)了REMODAQ-8073 電力參數(shù)監(jiān)測設備，它是一種性能優(yōu)良的模塊化三相電力參數(shù)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，可以方便地應用于變電所的監(jiān)測。
1 RemoDAQ-8073 模塊結構及特性
RemoDAQ-8073 是采用微控制器（MCU）、專用集成電路（A S I C ）和通信等技術的電力參數(shù)測量專用模塊，能夠測量三相電壓（ua/ub/uc）、三相電流（ia/ib/ic）、有功功率（P）、無功功率（Q）、功率因數(shù)（Cosθ）和電量（KWH），并配備了串行通信接口，其結構如圖1 所示。
圖1 R-8073模塊結構
ASIC 采用16 bits ADC 對交流電壓、電流進行轉(zhuǎn)換，電壓輸入范圍0～500 V；電流輸入范圍0 ～5A，測量精度0.2 級。通信接口有RS-232 和RS-485 兩種形式，采用主從式通信協(xié)議，協(xié)議數(shù)據(jù)格式有ASCII 編碼和Modbus/RTU兩種。ASCII 編碼格式適合于高級語言（如Microsoft Visual Basic）編程接口。
圖2 R-8073通訊協(xié)議數(shù)據(jù)包結構
在圖2 中，起始符標識一個數(shù)據(jù)包的開始，占用1 B，由“S、%、#、>、&、！、?”等不同字符擔當；模塊地址標識一個具體的模塊，為2 B 的十六進制數(shù)，范圍是00～FFH；指令碼決定命令的作用，占用1 B，有的命令沒有指令碼，而由起始符擔任；
數(shù)據(jù)塊是命令或響應所包含的數(shù)據(jù)，長度隨命令和響應的不同而變化；校驗碼用于檢驗數(shù)據(jù)包的正確性，采用累加和方式，占用2 B；結束符為一個回車符，用于標識數(shù)據(jù)包的結束。
可以看出，RemoDAQ-8073 模塊既支持單點電力參數(shù)監(jiān)測也支持網(wǎng)絡化電力參數(shù)監(jiān)測，為其應用奠定了良好的通信接口基礎，其典型應用電路如圖3 所示。
圖3 R-8033的典型應用
2 基于模塊組建分布式變電所監(jiān)測系統(tǒng)
變電所是連接電網(wǎng)和用戶的“橋梁”，一般由進線、出線（用戶線）、變壓器和控制設備等組成，需要監(jiān)測的內(nèi)容有進出線電力參數(shù)、設備開關狀態(tài)、保護裝置開關狀態(tài)和變壓器溫度等。
考慮到監(jiān)測對象及內(nèi)容的多樣性，采用分布式結構組建變電所監(jiān)測系統(tǒng)應該是優(yōu)選方案，其結構如圖4 所示。
圖4 分布式變電所監(jiān)測系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要由各種模塊化的監(jiān)測站（電力參數(shù)、模擬量和開關量）、RS-485 工業(yè)現(xiàn)場總線和監(jiān)測計算機等組成。其中：
?。?）電力參數(shù)監(jiān)測站采用RemoDAQ-8073 模塊，完成進線和出線的電力參數(shù)測量；
?。? ）模擬量監(jiān)測站采用RemoDAQ-8017 模塊，完成8路模擬量的測量；
?。? ）開關量監(jiān)測站采用RemoDAQ-8053（16 路輸入），完成開關量的狀態(tài)采集；
?。? ）監(jiān)測計算機進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、定時記錄和存儲、監(jiān)視及故障報警；
?。?）RS-485 總線將所有監(jiān)測站和監(jiān)測計算機連接起來，組成一個分布式變電所監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)。
在監(jiān)測計算機中，可以在Microsoft Windows操作系統(tǒng)上，使用Microsoft Visual Basic或其它計算機語言開發(fā)系統(tǒng)應用軟件，通過Microsoft Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報警信息，聯(lián)合Microsoft Excel 完成報表輸出，功能模塊如圖5 所示。
圖5 變電所監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊
圖5 中的本地通信服務功能完成從各個模塊的數(shù)據(jù)采集，是應用程序開發(fā)的關鍵部分。根據(jù)主從式通信協(xié)議的特點，本地通信可以采用圖6 的通信流程。該流程可以充分利用RemoDAQ-8073 模塊通信協(xié)議，進行通信控制和檢測，可靠地完成數(shù)據(jù)采集任務。
圖6 本地通訊服務程序流程
3 應用實例及效益分析
圖4 所示的基于RemoDAQ-8073 模塊的分布式變電所監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在鐵路企業(yè)的多個35 KV、10 KV 變電所獲得了應用。下面是一個10 KV 變電所監(jiān)測系統(tǒng)應用實例，監(jiān)測對象及內(nèi)容如表1 所示，配備的主要硬件設備如表2 所
在監(jiān)測計算機中，安裝了使用Microsoft Visual Basic 開發(fā)的變電所監(jiān)測系統(tǒng)應用程序，進行數(shù)據(jù)采集、定時記錄和存儲、監(jiān)視及故障報警等。其中，監(jiān)視界面有數(shù)字化、模擬化和圖形化3 種形式。
4 效益分析
監(jiān)測系統(tǒng)的投入運行取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）通過電壓監(jiān)測功能發(fā)現(xiàn)某35 KV 變電所1#總板（進線）PT 的A 相失壓，經(jīng)檢查是保險絲開路造成的。技術人員及時發(fā)現(xiàn)并排除了故障，避免了電量計量的大量損失；
?。?）通過電流監(jiān)測功能發(fā)現(xiàn)，某10 KV 變電所進線的兩相電流為零，經(jīng)檢查得知是C T 失效導致的。技術人員及時地進行了更換，保證了設備的正常運行。
?。? ）某終端用戶的三相電壓有的偏高、有的偏低，影響用電設備安全、可靠地運行。通過電流監(jiān)測功能發(fā)現(xiàn)是由于三相負載不太平衡造成的，技術人員及時地調(diào)整了三相負荷分配，提高了供電質(zhì)量。
（4 ）某變電所輸出電壓過高，導致用戶設備損壞，用戶要求賠償。通過工況數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)輸出電壓確實過高，但是由于進線電壓過高造成的，是上級供電部門的責任，而不是該變電所的直接責任，避免了不必要的經(jīng)濟損失。
5 結束語
RemoDAQ-8073 是采用微控制器和專用集成電路完成三相電力參數(shù)測量的專用模塊，其通信接口為組建分布式變電所監(jiān)測系統(tǒng)奠定了必要的基礎。分析和實踐證明，模塊化變電所監(jiān)測的方案是切實可行的，具有結構簡單、伸縮性好和性能可靠等優(yōu)點。
