杨菊芳(1985 ―)，
，工程师，主要从
电力营销管理工
%
基于同步差分信号采样的 远程
!
杨菊芳-崔勇2，姬德森％
(1.国网南昌青山湖供电分公司，江西 南昌330029；
2.三峡大学 经济与管理学院，湖北 宜昌 443002 ；
3.国网江西省电力科学院 计量中心，江西南昌330096)
摘 要：针对计量装置在线校验监测可靠性和精准性的问题，将数字总线的同步
采样技术应 计量装
测 ，设计基 字 的PT/CT 二次
、 换 、 箱
块；通过改变计量装 测
，不
但可以实现远程校验的精确性， 可解 应用存在的施工成本高、 的
难题，同时可为数字 同步 技术融入智能变电站的
化 测 研究基
础，以及为计量装置的
测技术 步规范化
依据。
关键词：在线校验
；同步采样；
装；状态
中图分类号：TM 73 文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2020)12-0074-06
DOI ： 10. kb 2095-8188. 2020. 12.013
Optimum Design of Remote Calibrahon Devicc for Metrology
电子眼镜Basd on Synchronized Differential Signal Sampling
YANG Jufang 1， CUI Yong?， JI Desen
(1 • Qingshanhu District Power Supply Branch OOlce of State Grid Jiangxi Electric Power Company ，Nanchang
物料输送设备
330029，China ； 2. School of Economics and Management ，Three Goraes University ，Yichang 443002， China ； 3. Metrolooy Center ，State Grid Jiangxi Electric Power Science Academy ，Nanchang 330096，China )
Abstract : Aiming at the problem of reliability and precision of on-line calibration monitoring of metering
device ，this paper applies the synchronous sampling technolovy of digital bus to the condition monitoring system of
metering device ，and designed the modules of PT/C t two-side acquisition terminal ，line switching terminal ，line
control box and so on based on digital bus. By changing the on-line condition monitoring sampling mode of metering
device ，it can not only aafze the accuacy of remote calibration ，but also solve the difficult problem of high
construction cost and complicated wiring in the original application. This study can provide a
research basis Oor the
Uitegration of digital bus synchronous sampling technolovy into the Uitegrated state monitoring of intelligent
substation ，and can also provide reference for the further standardization of the condition monitoring technolovy of meieeongdeeoce.
Key words : on-line condition monitoring ； synchronous sampling ； metering device ； condition monitoring
印 "
次设备的绝缘状况实施动态监测管理，并形成相应的技术规范；但 计量装置的 测目前，智能变电站在线监测应用主要是
未形成统一的规范* *T %国内外学者在计量装置
崔 勇(1978―)，男，工程师，主要从事电力系统优化、能源经济以及电力市场研究。
姬德森(1987―)，男，高级工程师，主要从事电力计量技术管理工作％*基金项目：国网河南省电力公司众创新项目(SDHS2018012)
—74
—
在线监测领域提出诸多方案，国外电力计量在线监测方面研究方向已转为状态检修分析并拓展为计量设备状态检修；国内的一些企业已陆续开发出计量装置远程校验监测装置及其系统主站软件，并已应用于个别智能变电站；在电能计量监控管理软件的开发领域，现阶段主要对数据的采集、统计、输入与输出以及相应的管理 *5-+。由于管理软件的数据库较为庞大，要建立准确的数据库必须基于用户在故障与非故障情况下用电数据进行准确的采集传输上。目前，大多数研究所都采用ODBC的数据库，这对于数据库的管理有一定优势，但数据库基础信息的采集精确度关系到整个系统的状态分析以及计量装置远程校验的实用价值。根据国内外同行研究现状，当前研究主要存在两方面的问题：信息采集回路数多，电缆数量呈几何倍数增加，导致施工周期较长，布线困难，施工成本过高；高速、高精度同步采样技术批量使用成本很高，甚至超过模拟信号线成本［10-14］%
本文重点研究PT二次回路和CT二次回路监测，设计基于高精度ADC同步采样的模拟转数字的采集终端，基于总线式同步采样思路以减少同步技术成；电能计量的长距离模拟电压、电流信号线转变成数字总线传输，实现关口电能表误差在线校验、计量二次回路状态监测及电力参数的准确测量，将从根本上解决上述存在的问题，且可提升数据采集的实效性，实现科学评估反馈电能计量装置各种信息，为装置可靠运行提供管理支撑％ 1基于数据总线的同步采样设计
1.1总体设计思路
实现计量测的精性、实性及经济性，需要大幅度削减PT/CT二次侧到装置的线缆成本％—种有效而实用的方法是模拟信号线改数字总线％目前能够用于该项目的同步采样通信技术主要分为3类［9］：现场总线（RS-4%5、以太网、CAN等）、光纤通信、无线通信（GPS、微距无线、WLAN等）％由于用电信息所需采集回路众多，如果采用光纤将增加成本，采用无线通信则受干扰影响大；同时由于计量装置的现场信息采集单位通信距离相对较短、且用电信息传递为就地采集，经综合比较,RS-4%5/232总线方式在满足精度和抗干扰能力的基础上，具有总体成本优势％通过增加通信调理模块，并设计监测装置的PT/ CT采集终端和相应的多回路通道切换模块，实现基础信息的采集％ 1.2基于同步采样差分信号设计的总体框架
PT/CT二次侧高精度同步采样技术核心思想是差分信号线进行时间同步和通信，基于成熟的测量算法实现，多通道标准表基于FPGA实现%文主要电现的计量基础
优化设计改进。计量远程校验装置同步采样设计如图1所示％
采用数字总线的PT/CT二次侧采集终端、线路切换箱、线路控制箱（含线路控制模块、标准表、电源）
、工控触摸一体机等模块综合实现％建立适用于计量装置状态监测的PT//T采集终端；兼顾电能表误差校验、电能量读取、事件读取和记方，方计量
测装置中，通过电能计量远程校验监测装置的研究开成相关方的验及性能分析％变电站多个回路的电压、电流信号通过硬件开关自动切换，输出信号连接到标准表［15-1%］o由于装置运行过程中电流回路不能开路，电压回路不能短路，不能发生电压、电流串扰问题，通道切换开关必须完全物理隔离％本研究对电压信号直接使用高耐压继电器切换；电流信号经过精密电流互感器，对其输出信号再采用继电器切换％控制逻辑基于硬件互斥原理和微处理器双重控制机制，即使在极端情况下微处理器死机，硬件也能确保最多只能有一个回路模拟信号选通输出到标准表％设计关键是PT/CT二次侧模拟信号线改数字总线％具体是在PT箱、CT箱、装置侧分别安装模拟转数字采集终端，模拟电压、电流信号通过高精度ADC同步采样转换成数字信号，然后将微处理器计算结果同步汇总到装置侧的采集终端％根据规程要求,PT二次侧角差的测量误差要求介于±0.5，之间，对于50Hz的系统,0.5，的角度差即463ns的时间同步误差％该技术难点在于如何用低成本实现多回路的PT二次电压、电流等数据同步采集，且同步时间误差介于±463ns之间，同步通信距离不小于500m%
1.2.1线路切换箱设计
每个线路切换箱实现6个线路的切换选通功
—
75—
图1计量远程校验装置同步采样设计
能，多个换箱可级联。上的机制保同时最个通（即使器死机）。开关实现多个换箱编号的功能。DS18B20测量电流部分温值，值表。换箱选通输的电压f4、电流x4、脉f3信号接：准表；电压x4同时连接到PT；RS485-3（表）信号接到工控机。RS^485^4连接箱，RS-485-5连接表（用
值表）。换箱计如图2所示%
1.2.2线路控制箱设计
箱块、标准表、电源3部分组成。箱计如图3所％
块具有手动、自功能。手，可以手换，RS-485-4作为主机换箱、表校％—76—
自，做为，接工控机RS^485-1来命令，当接换命，做为主机设表校，刷新管显值；接收保存校命，保存校
Flash%块通过RS-485-1（：接最小值，最值），管上换从最小值到最大值循环％允
的最小值为0，允 的最大值为63%纟块计如图4所%
1.2.3PT/TT二次侧采集终端设计
PT/CT1分计，主节点和从节点，程序不％输出接部隔离。隔离耐压不小于2kV%拨码开关各个节点号，主节点编号固定为0XFF%主节点负责输出线路同步信号；RS-485-1主节点和从节点间通信，RS-485-2主节点和工控机通信％为
精度和降低电源
电流通道切换
CH1
继电器喘if
电流-电压转换输出保护一一"一BI_out 电流-电压转换 输出保町CI_out
CHl_AI_in+ — CHl_AI_in-— CHl_BI_in+ — CHl_BI_in-— CHl_CI_in+ — CHl_CI_in-—限流
电阻
限流
电
阻
CHX
继电器控制
PQSelect#CHX
继电器控制
M_MC
S_MC
COM_MC
COM_MC
CH1M_Q —CH1M_P —CH1S_Q —CH1S_P —CH1C0M —
CHXM_Q — CHXM_P — CHXS_Q — CHXS_P —CHXCOM —废气焚烧
C_AI_in+_—
C Al in- —C_BI_in+—保C BI in-—护rcijn+_C_CI_in-—
—
主表副表有功无功脉冲
|~CH1继电器控制~|
背光模组CHlAVJn CHlBV_in CHlCV_in CHINVJn
电压通道切换
CHX
继号器丽
----------"------AV out ----------_------ BV_out ---------"------CV_out ------------------ NV_out
CHXAV_in —CHXBVJn —保CHXCVJn —护
数控冲床模具
CHXNVJn —
使能控制继电器.
+12Vin
-12 Vin “——-12 V "—AGND
AGNDin
图2线路切换箱硬件设计
"—+12 V 、增加电源寿命，模拟电源部分全部为受 性电源，在未
时，模拟电源关断%
PT/CT
如图5所%
1.2.4 多通道标准表设计多通道标准表基于FPGA 实现；信号调理部 分由电流
电路、电压取样与量程切换电路、滤
波电 成，主要完成信号的变换和调理；模数转
换部分主要
片6通道16位A/D 转换芯片
ADS%5565 成，该部分 现
，
将经过调理的模拟信号转换为数字信号，送入NISII
处理器
计算 ％
算上，首 '
ADC 输出的数字信号 字增益调整，以降低
电阻、PGA 误
精度的影响％精度浮点计算虽然 FPGA 大量的资源，但
是 的 仿真是 致的％过的滤波
会影响滤波器
稳定性；过 的滤波阶数
会增加FPGA 资 时 耗， 滤波器稳
tsf过载保护定时间会延长％经过不同
的滤波器
「比
，
通滤波器%
2!
(1)工控机：主站的控制核心，控制“通道切
换模块”和“电能脉冲通道切换模块”的通道切 换％通过RS-232接
“ 表” 测
试。由RS-%5与电能表通信， 表计内部的数
，以
％与服务器/客户端通过
“通 调
块”通，
校验计划并上传测试
%
—77
—
图3线路控制箱硬件设计
图4块计
(2)换模块：入的电压、电流、脉
号调汇总，接受的测试流切换。为防止电流回路开路,
个回独立的电流器，继电器换
内置电流器的号。
图5PT/CT二次侧采集终端
—78
—
豫公网安备41160202000603
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