數字化電能計量檢測系統的構建

呂思行

摘要 ：本文從數字化電能計量檢測的必要性分析入手，提出了一套數字化電能計量檢測系統的構建方案。期望通過本文的研究能夠對電能計量工作效率的進一步提升有所幫助。

關鍵詞：電能計量 數字化 檢測技術

1 數字化電能計量檢測的必要性

數字化電能計量技術的應用實現了模擬量采集的全程數字化，前端采集到的數據信息，可以利用光纖網絡進行實時傳輸，通過點對點傳輸技術的有效運用，進一步提升了變電站電能計量結果的準確性。因此，加快構建數字化電能計量檢測系統顯得尤為必要。該系統以計算機作為載體，采用先進的數字通信技術，從而使得數據信息的傳輸和處理速度隨之加快，系統本身的抗干擾能力較強，為電能數據傳輸的可靠性提供了保障。數字化傳輸網絡的建立，使變電站監測數據傳輸和存儲中存在的問題得以解決，從而推動了電能計量檢測水平的提高。鑒于數字化電能計量檢測系統所具有的諸多優勢，有必要加快系統的建設速度，發揮出其在電能計量中的作用[1]。

2 數字化電能計量檢測系統

2.1 電能計量數據采集

在數字化電能計量檢測系統中，電能計量數據采集是關鍵環節，可以通過智能電量變送器對電量參數進行采集和存儲，然后利用數據轉換器，傳給調度室的檢測系統，由系統軟件對數據進行分析處理。

2.1.1 數據采集單元的構建思路

將計算機轉換器的輸出端與模塊的DATA+端進行連接，然后分別在兩端接入匹配的電阻，如果端與端之間的距離比較近，則無需設置電阻。在數據采集單元的構建中應用了ASCII碼指令集，由此可使用高級的編程語言對程序進行設計，從而使整個計量檢測系統的建立更加輕松、便捷。同時，采用EDA9033模塊，其能夠對三相三線制電路中的所有電參數進行檢測，該模塊的加入使系統的開發成本顯著降低，現場布線更加容易，系統的運行可靠性隨之提高[2]。

2.1.2 采集模塊

本系統中的數據采集模塊選用的是EDA9033，這是一種智能型的電參數采集模塊，其精度為0.2級。該模塊自帶兩種通信協議，一種是ASCII碼，另一種是十六進制，用戶可根據需要自行選擇;該模塊能夠輸出有功累計電量，通電后便可開始測量，最大累計時間為7.5a，如果超出這一時間，則會導致數據溢出。用戶可結合實際情況，對電壓和電流量程進行選擇，其中電壓量程的區間范圍在10V-500V，電流量程的區間范圍在1A-20A。將該模塊植入網絡前，需要進行合理配置，具體包括轉換器、帶有RS232通訊口的計算機以及相關的應用軟件等。數據采集過程如下：模塊連接好以后，系統主機會發出讀取輸數據的指令，此時模塊會將采集到的電能數據上傳給主機，該模塊可以每間隔250ms對采集到的數據進行一次更新[3]。

2.2 數字信號處理單元

在現場以數字信號處理單元（DSP）作為核心，構建數據采集和傳輸系統，DSP能夠對采集到的電能數據進行臨時存儲，當需要對數據進行發送時，便可通過MODEM傳給數據采集中心。對數字信號處理單元進行設計的過程中，電路設計是關鍵。為便于印制電路板的制作，并使其具有良好的兼容性，在設計時，引入模塊化的設計理念，將DSP電路與輔助器件集成，制作出一個獨立的印制電路板。

2.3 抗干擾設計

數字化電能計量裝置在現場進行應用時，由于干擾源較多，所以需要進行抗干擾設計，以此來確保計量裝置的運行穩定性。本系統在設計時，針對容易受到干擾的各個部分，采用了以下抗干擾措施：

2.3.1 電源電路

本系統的供電電源為電網220V交流電變換直流電，由此使得系統中的電子電路會受到電網噪聲的干擾，對于此類干擾問題，可以通過加裝電源濾波器的方法，消除共模和差模干擾。

2.3.2 印制電路板

在印制電路板上數字與模擬電路和相關器件為分布式結構，由于CPU時鐘電路的頻率較高，因此應當緊靠管腳進行布設，這樣可以有效縮短時鐘的線程，從而減輕干擾源對時鐘電路的干擾。同時，應當使時鐘的信號線與數據總線的模擬部分保持一定的距離，模擬部分可以采用單點接地;電源線及地線可與裝置的電源端進行連接，這樣可以減小接地阻抗不同引起的信號耦合。由于數字部分存在電源線阻抗問題，所以應在數字器件的電源與管腳之間增設旁路電容。

2.3.3 看門狗電路

當系統受到來自于外界或是內部的干擾時，可能會出現程序混亂或是死機等問題。為確保系統的運行可靠性，采用看門狗電路，由此使得系統能夠自行復位，重新執行程序，這樣一來避免了干擾引起的系統死機問題。

2.4 通信方式設計

本系統采用的是RS485現場總線，由此實現多個站點互連。在對RS485接口進行設計時，應當對如下問題加以注意：

2.4.1 網絡安裝

可以使用一條雙絞線作為總線，將所有的節點以串聯的方式連接到一起，應確保總線與各個節點之間的引出線盡可能短，這樣可以減輕反射信號的影響。

2.4.2 接地

對于系統而言，接地非常重要，但在設計時，該環節常常會被忽視。如果接地處理不當，則會影響系統的運行安全性。因此，必須對RS485傳輸網絡的接地予以重視，采取合理可行的方法，確保接地可靠性。

2.5 管理軟件功能

在對系統管理軟件進行設計的過程中，主要考慮系統的應用性，設備管理程序可對系統硬件進行初始化，軟件會按照預先設定好的信息對電能計量數據采集模塊進行初始化。通過管理軟件，用戶可對監控設備的歷史數據進行查詢，同時還能隨時對設備的電流、電壓曲線進行查詢，可自動完成報表打印，并形成某個時間內的用電統計數據表。除此之外，可對電壓越限時間進行統計，發現過流和過壓問題后能夠立即發出報警信號[4]。

3 結論

綜上所述，數字化電能計量檢測是一項較為復雜的工作，為提高電能計量的工作效率，可構建相關的檢測系統。通過系統的實施，能夠使人工操作變為系統自動化，有利于減輕了人員的勞動強度，測量精度隨之進一步提升。

參考文獻

[1]李慶先.開拓創新提升電能計量監督及檢定服務能力[J].大眾用電，2018（05）：67-69.

[2]馬勇.電能計量中智能技術的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（11）：124-126.

[3]楊光勇.電能計量檢測儀器維護與發展探討[J].科技創新導報，2017（08）：97-99.

[4]王霞.對高壓計量檢測異常問題及檢修方法的思考[J].科技創新導報，2017（06）：55-57.