淺析變電站監控系統遙測數據的采集和通信原理

【摘要】電力是國家經濟發展和人類生活不可或缺的重要部分，而變電站是電力系統中輸電和配電的集結點，是電力系統的重要組成部分。隨著現代科技技術的創新和經濟的迅速發展，變電站監控系統更是電力系統中的核心，而遙測數據采集和通信網絡更是變電站監控系統中的重要部分，通過闡述變電站系統中遙測信息內涵，介紹變電站監控系統中遙測數據采集的基本裝置模式以及通信裝置、運動裝置和以及遙測數據故障處理方法，從而使得遙測數據采集和處理更加數字化、自動化、智能化、高效化和可靠性，進而促進變電站電力系統的完善，推動整個國家電力系統的進步和發展。

【關鍵詞】變電站監控系統；遙測數據；通信

近年來，隨著計算機技術、網絡技術和信息技術的迅速發展，變電站監控系統中遙測數據的采集和處理系統不斷更新和完善，從而使得使得變電站的遙測數據采集和處理系統更加高效、安全穩定和可靠。而IEC61850標準等在變電站監控系統遙測數據采集處理和通信模式中發揮了很大的作用，使得數據更加快捷的接入和處理，也使得通信原理更加可靠性和高效性，進而促進變電站監控系統不斷完善和進步。

1.變電站監控系統中的遙測數據信息

變電站（英文稱Substation），是電力系統中輸電和配電的集結點。目前的變電站監控體統是一種智能化、數字化、自動化和網絡化的系統。變電站系統中的遙測數據信息是指利用遠動的遙測功能采集的數據信息，遙測數據信息的傳輸主要是通過多種渠道與裝置將遙測數據的各種參數傳送到變電站的，遙測數據信息主要分為電量與非電量兩種形式，其中電量主要包括母線電壓、系統頻率、電流流動電力設備（即發電機與變壓器）以及輸電線的有功功率、無功功率和電流，而非電量主要包括發電機機內溫度和水電廠水庫的水位等。這些信息中電量的電流、電壓與功率是隨著時間變化的，而電量中的電流、電壓以及功率變量主要通過互感器與變送器將要遙測的交流強電信號變成0-5V或0-10mV的直流信號，之后再送入變電站的監控系統，或者也可以將要遙測的交流強電信號變成幅度較小的直流信號進而送入監控系統，之后再由監控系統進行交流信號采樣。遙測數據信息的傳輸主要是從變電站向電力調度中心傳送的過程，或者從下級電力調度中心向上級電力調度中心傳送的過程。因此在變電站系統中的遙測數據信息的采集與處理是電力系統正常運行的關鍵。

2.變電站遙測數據采集

2.1 遙測數據信息的采集系統

變電站為了使得遙測數據信息采集系統更加靈活、可靠與安全，因此變電站的遙測數據信息采集系統是采用模板化的結構，其中各個模板都發揮了一定的數據采集與處理能力。遙測數據信息采集系統的模板主要是MAIN主模板，該模板的主要功能有數據處理、流程控制、遠程通信等，另外遙測數據信息采集系統還包括一些輔助性模板，即I/U模板、PSYN模板、RF調制解調模板以及信號輸入防雷模板等。變電站的遙測數據信息采集系統具有故障自檢能力，及對遙測數據不正確情況引發的變電站故障可以自己檢測故障點，進而發揮自檢功能對變電站進行快速檢修，確保變電站的正常運行。在遙測數據采集系統中大力應用了單片機的原理，通過在MAIN主模板上應用具有ISP和IAP能力的容量較大的FLASHRON單片機，可以進行遠程遙測數據信息，無需技術人員站到遙測地點進行遙測，因此這種單片機原理的應用可以在交通惡劣的地方發揮了更大的作用，進而極大減輕維護工作量，提高維護效率。

2.2 變電站遙測數據信息采集的流程

遙測數據采集系統中的CPU采用的是單片機8031，單片機8031內部的寄存器件30H中存放有遙測量選通通道（00H-1FH），并且在遙測數據采集流程中初始化為00H，同時啟動一次A/D轉換，以此觸發中斷，之后將A/D轉換的數據存入到單片機6264中，其要測量選通通道為2000H-203FH，此時注意低字節在前，高字節在后。變電站遙測數據信息采集的流程，如圖1所示。

3.遙測數據采集系統的基本裝置模式

遙測數據采集系統基本裝置的工作流程是將變電站的遙測數據傳送到電力調度中心，首先，可以通過電流變送器、電壓變送器和功率變送器將遙測數據中交流信號和電量參數傳送到變電站，再由變電站的變送器和傳感器將交流信號轉換為直流模擬信號，這些直流模擬信號受到模擬多路開關的控制分時接入模擬數據轉換電路，然后使用線性系統循環碼進行編碼和計算，從而獲取實際的電流數字量，然后進行同步的信道調制、信道譯碼，將遙測電能量通過在遙測CRT顯示器上顯示出來，通過主計算機和模擬屏的校隊發現數據不對時，應該返送校對和核查，糾正錯誤。變電站遙測數據采集系統的基本裝置模式工作流程，如圖2所示。

4.變電站監控系統的通信原理

4.1 基于數字化IEC61850標準的遙測數據采集和處理

（1）IEC61850標準是目前關于變電站通信網絡和系統的最先進國際標準，我國許多電力企業都將全面使用IEC61850標準，可以有效降低變電站遙測數據采集成成本和維護費用，進而充分利用系統資源，提高變電站遙測數據的可靠性，促進電力企業陸續推出很多符合IEC61850標準的產品.

（2）IEC61850標準的主要內容包括含義完整的信息模式、通信模式等建模步驟，它是為了實現將功能先分解然后再組合的過程。IEC61850標準為了實現不同廠家的IED之間的互操作性，通過標準的信息分層、面向對象的自我描述、數據對象統一建立模式以及通信服務映射等技術建立數據采集處理的無縫通信系統，而這種無縫通信系統廣泛應用于變電站遙控數據的采集和處理過程，不僅加快了遙測數據采集和處理速度和效率，而且提高了變電站數據庫的完整性、可靠性、互操作性、穩定性和信息可擴充性。

（3）IEC61850標準的面向對象的自我描述特征是指利用面向對象的、面向應用開發的自我描述方式來采集處理數據肯信息，具體地說是指在數據源就對監控對象本身進行自我描述，使得接收方收到的數據都帶有自我說明，不需要再對數據進行對應及標度轉換等工作，使得不同設備之間、不同廠址之間實現數據接入胡互操作性，從而簡化了對遙測數據的采集處理和維護過程，提高變電站遙測數據采集的速度。圖3所示就是以stVal為例子的數據自我描述示例。

5.基于變電站遠動裝置的遙測數據采集與處理

為了完成變電站與調度中心之間的遠距離信息的自動輸送，必須利用遠動技術和遠動系統，采用遠動裝置。變電站遠動裝置既包括一種很簡單的單一對象控制的簡單遠動系統，又包括一種很大的綜合系統，但無論是哪種類型的遠動裝置，其遠動系統總的功能就是遠距離進行人或計算機和計算機之間交互信息。基于變電站遠動裝置的遙測數據輸入方式主要包括兩種，即查詢方式和中斷方式，其中查詢方式主要是利用CPU（中央處理器），按照時間周期，對保存信號的輸入/輸出接口進行掃描，然后將掃描到的數據存入計算機，便于后續進行優化電路工作。在實際應用過程中，這種查詢方式的應用范圍比較普遍，這是由于查詢方式的編程比較簡單，使用簡便。而中斷方式是指一旦開關量輸入發生變化，則接口電路就會通過中斷線向處理機處于中斷允許狀態，當它完成當前的命令后可進入中斷處理程序。中斷處理程序的時間通常不長，只是進行一些緊急情況處理工作，如利用在遠方終端中的隨機存儲器作內存，可將采集到的開關狀態存等遙測數據放在內存單元中。當下次再對開關狀態遙測采集時，可通過新采到的狀態與原來的狀態進行比較，來判斷開關狀態是否變位，若發生變位時，可將事件順序記錄下來，然后再返回到原來的斷點繼續掃描過程。

6.測數據采集系統的變電站故障處理

變電站監控系統中遙測數據的采集還應用了電網自動電壓控制系統，由于這種電網自動電壓系統在各等級電壓的電網節點都安裝了檢測裝置，該控制系統的主要檢測裝置包括變壓器、電容器與線路，其中變壓力的功能是通過測量變壓器的有功功率、無功功率和母線電壓以及接頭檔位和各側電流值，以此確定變壓器的運行狀況、各側開關狀態和各測母線電壓情況等，電容器的功能是采集電容器開關上的有功功率、無功功率與電流值等，而線路的功能是采集流經線路的電流值以及該線路上的有功功率和無功功率等。，另外這種電網自動電壓控制系統的工作原理主要是通過采集各電網節點的遙測數據對電網的運行狀況進行分析，以此檢測變電站是否存在故障，以及準確的確定變電站發生故障的故障點，進而便于快速檢修故障，確保變電站快速進入運行狀態中，最終做好遙測數據的采集和處理工作。

7.結論

變電站遙測數據采集系統是電力系統中的重要部分，因而不斷改善變電站的監控系統是很重要的工作內內容，隨著現代計算機網絡技術的深入發展，全面的應用電子技術和電子自動化技術，使得變電站監控系統在采集和處理遙測數據更加快捷和便捷，同時變電站監控系統的通信原理更加完善和實用化，進而推動變電站監控系統實現高效性、實用性、穩定性和可靠性，實現了不同廠址之間、使用商之間的互操作性，從而開發出更好的產品。進而促進經濟的發展和人類生活水平的提高。

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