用于配電房電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集的裝置及方法

潘慧猷+吳思暢

摘 要：配電房電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中年其主要構(gòu)成主要包含了測量與案件、同步單元、采集單元以及后處理單元構(gòu)成。通常情況下的配電房電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集靠的是數(shù)據(jù)采集器來實現(xiàn)的，在電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，下面對數(shù)據(jù)采集器以及基本配置進行簡要闡述，分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)造以及對模擬量、高速數(shù)據(jù)采集進行詳細探究。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；模擬量；高速數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0144-02

現(xiàn)階段配電房電力設(shè)備的廣泛應用，使得人們對電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集有了很大關(guān)注。為了控制電力設(shè)備的運行狀態(tài)、且在異常狀況下可以對電力設(shè)備形成保護需要實時對電力設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，以保證配電房電力系的穩(wěn)定運行。

1 數(shù)據(jù)采集裝置

1.1 數(shù)據(jù)采集器

電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集器是一種未處理控制的智能設(shè)備，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要設(shè)備之一。其主要功能是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可以對電力設(shè)備采集很多電脈沖信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字數(shù)據(jù)且記錄保存。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器經(jīng)過電纜或者是電力線載波與集中器進行通信。它通過受到集中器發(fā)的各種指令，并向集中器輸送所記錄的用戶表計數(shù)據(jù)以及形態(tài)。數(shù)據(jù)采集器可以經(jīng)過紅外通訊接口在配電房中和手抄器進行通信，也可以收到手抄器發(fā)出的指令，傳送數(shù)據(jù)器所記錄的所有數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)采集器使用的是數(shù)據(jù)存儲單元，它使用的是時鐘芯片，可以對閏年進行校正，也能對千年蟲問題以及小于三十一天的月份進行自動調(diào)整。這種裝置可以確保數(shù)據(jù)采集器在斷電的情況下實時鐘可以運行十年左右，數(shù)據(jù)也可以保存四十年左右。數(shù)據(jù)采集器另外還具備付費率的功用，每天可設(shè)定二十四個時段，對不同時間段的費率進行計費。

1.2 數(shù)據(jù)采集器的配置特征

①裝備有RS232、RS485串口，可以與多個檢測儀器相連，可以進行數(shù)據(jù)的自動采集；②數(shù)據(jù)采集器配有USB接口，便于數(shù)據(jù)的傳輸；③配有RJ45接口，可以連接網(wǎng)絡(luò)；④配有VGA視頻輸出以及音頻輸出接口，保證視頻、音頻的接入；⑤內(nèi)部配置WIFI模塊，可連接無線網(wǎng)，便于現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)；⑥儲存空間可達到32G；⑦配有大尺寸的觸摸屏，便于操作；⑧操作人員或用戶可經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)端口直接獲取數(shù)據(jù)，便于二次開發(fā)。⑨可以進行移動測量，即時傳輸數(shù)據(jù)，也可以在網(wǎng)上進行傳輸數(shù)據(jù)；⑩電源可以連續(xù)工作六小時，待機時長可達十天。

在配電房對電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集是為了保證電力設(shè)備的安全運行，使用數(shù)據(jù)采集器相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法來說有很大優(yōu)勢，可以減輕工作人員處理數(shù)據(jù)繁雜的工作，也可以從實際操作中及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備問題，保證其穩(wěn)定運行，避免不必要的損失。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體構(gòu)架

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包含了四個部分，即測量元件、同步單元、采集單元以及后處理單元。測量元件指的是與一次回路相連的高電壓設(shè)備，其他四個單元都是低電壓的微電子電路。測量元件主要是由測量電壓的分壓器以及測量電流的霍爾電流傳感器兩部分構(gòu)成。這兩個器件將回路中的高電壓、大電流的信號轉(zhuǎn)變傳送為相同大小的小模擬信號，并將其傳遞到采集單位。同步單元是在交流電網(wǎng)的正弦電壓所形成的同步信號。采集單元以及后處理單元使用同步信號保持二者的同步性。同步信號可以精確的伴隨電網(wǎng)頻率的動作，且確保是電網(wǎng)頻率的整數(shù)倍。依據(jù)需求，同步信號的倍率可以是32倍、64倍，最大到512倍。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行時，采集單元會對各測量元件輸出的小模擬信號進行調(diào)整以及轉(zhuǎn)換模數(shù)，然后經(jīng)過光纖以編碼的方式發(fā)送到后處理。而此時，后處理可以對霍爾電流傳感器等測量元件供給電源。后處理在收到采集單元的數(shù)字信號后，對其進行數(shù)字濾波、微調(diào)以及匯總等工序，然后使用高速并行或串行的中線將其發(fā)送至其他自動控制的過程中。

3 模擬量的采集與轉(zhuǎn)換

模擬量小信號是通過同步、采集以及后處理這三個方面來共同完成采集的。同步單元經(jīng)過電壓互感器引入交流電網(wǎng)中的AB、BC、CA這三路電壓信號，然后對這三路信號進行濾波、調(diào)整以及鎖相倍頻，從而形成三路比較獨立的倍頻信號，然后路由邏輯選擇同步倍頻電路來對電網(wǎng)的頻率進行跟蹤處理，從而產(chǎn)生電網(wǎng)頻率整倍數(shù)的方波信號，需要注意的是，此時的占空比是可以調(diào)節(jié)的。通常情況下，路由口邏輯選擇的是AB線路電壓產(chǎn)生的倍頻信號來作為同步信號。若是此倍頻信號在丟失一段時間可以將其依次轉(zhuǎn)換為BC、CA線路電圧產(chǎn)生的倍頻信號。同步信號路由邏輯選擇后，不會返回到原來使用的線路中。

模擬量的采集時，采集單元有很多個數(shù)據(jù)采集渠道，分別對應電力設(shè)備中各個被測的電氣量。后處理單元可用于收集采集渠道中的數(shù)字信號，并對其進行濾波、消偏置等數(shù)字處理，然后對這些書籍進行匯集，經(jīng)過高速并行或串行總線將其發(fā)送到其他方面。采集與后處理經(jīng)同步信號保持同步，采集在同步信號方波的上升沿出進行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。通常狀況下，數(shù)據(jù)采集的通道都會有延遲，后處理單元不會對數(shù)據(jù)立即處理，而是與同步信號方波的下降沿進行濾波、消偏置等后處理工作。

4 數(shù)據(jù)采集裝值電磁兼容性處理

4.1 電纜的電磁性兼容處理

測量元件與采集單元在一次回路旁，一次回路中的高電壓、大電流會對其進行電磁干擾。通過對電纜以及采集單元的電磁性兼容處理，確保數(shù)據(jù)采集的準確性。在數(shù)據(jù)采集時，測量元件傳送出的信號要經(jīng)過電纜傳遞到采集單元，電纜使用的同軸電纜或者是屏蔽式的多芯雙絞電纜，電纜外部要裝有高導磁的金屬管，電纜屏蔽層以及金屬導管要單點接地。

4.2 采集單元電磁性兼容處理

采集單元是由印刷電路板組成，主要是高電位通道以及低電位屏柜這兩個方面構(gòu)成。經(jīng)過有效的屏蔽以及電路板電磁兼容設(shè)計，來確保采集單元可以在電磁的干擾下運行良好。高電位通道以及低電位屏柜都使用的是高導磁的鐵板作為屏蔽殼吸收低頻磁場干擾。屏蔽殼內(nèi)裝有鍍銀的薄銅板，為的是屏蔽電場以及高頻磁場的干擾。而印刷電路板一定要嚴格按照電磁兼容來進行設(shè)計：endprint

①模擬電路的電源、地以及數(shù)字電路的電源、地應分開，通過磁珠連接于一點；②模擬電路、數(shù)字電路、各元件布局應有一定距離；③印刷電路板中的高頻信號應有最短回流途徑；④強電與弱電電路應有相應的隔離手段；⑤模擬信號的輸入端應有電壓抑制以及濾波手段；⑥印刷電路板中的電路距離與邊界要有一定距離；⑦并行走線距離要合理；⑧集成芯片附近藥妝去耦電容。

5 高速數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

高速數(shù)據(jù)的采集主主要是通過高速AD轉(zhuǎn)換電路、以及高速AD轉(zhuǎn)換控制接口等形式來實現(xiàn)的。

5.1 高速AD轉(zhuǎn)換電路

高速AD轉(zhuǎn)換電路使用的是14為雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其集成了兩個具有良好性能的采樣保持器以及基準電壓源，使用的是多級差的分流水線來構(gòu)建的，內(nèi)有輸出糾錯邏輯采樣頻率一般使用的是20到65MSPS。此芯片的供電電壓為3伏，耗能比較低。此芯片的兩個通道共用電壓源，其他方面都是相對獨立運行的通道間的隔離達到了80dB，所以，此芯片與單通道AD轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能基本相同，而且還有更好的抗串以及抗擾性。

5.2 高速AD轉(zhuǎn)換控制接口電路

高速AD轉(zhuǎn)換電路所使用芯片的采樣頻率比較高，若是信號處理器讀取此采樣數(shù)據(jù)，會影響工作效率。所以，要在高速AD轉(zhuǎn)換電路與信號處理器件建高速AD轉(zhuǎn)換控制接口來實現(xiàn)，可以確保數(shù)據(jù)采集的精確。高速AD轉(zhuǎn)換控制接口有兩個數(shù)據(jù)通道以及采樣控制模塊，量數(shù)據(jù)通到底應采樣控制模塊通道A、B進行數(shù)據(jù)輸出。

6 結(jié)語

從電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置也就是數(shù)據(jù)采集器的相關(guān)內(nèi)容的韓明，然后通過對電力設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)架、模擬量信號采集與高速數(shù)據(jù)采集進行分析，了解數(shù)據(jù)采集裝置怎樣實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，保證配電系統(tǒng)的安全運行。

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