礦區(qū)電網(wǎng)電能計量裝置通訊系統(tǒng)的研究與改進

1、.礦區(qū)電網(wǎng)電能計量裝置通訊系統(tǒng)的研究與改進一、概況隨著電子科學技術的不斷發(fā)展，電能計量作為電力企業(yè)的核心工作，其計量裝置也趨于多功能、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。目前，龍礦集團供電部所管轄變電站供用電計量裝置大部分使用的是三相電子式多功能電能表，RS-485接口已經(jīng)成為電子式多功能電能表必備的通信接口。其中主要應用有兩點：1、適應不斷增強的功能要求,通過編程軟件對電能表進行功能設定。2、與遠方監(jiān)控終端配合,實現(xiàn)遠程抄表，及負荷的在線監(jiān)控。 RS485接口通訊的暢通，關系到整個礦區(qū)電網(wǎng)電能計量的準確，而這些多功能電能表出現(xiàn)的RS485通訊以及脈沖接口損壞，特別是在雷雨天氣，同時供電用戶點多、面廣、地理條件復

2、雜等情況，電能計量的傳輸困難，給供電部電能計量工作帶來較大的負面影響。二、三相多功能電能表的工作原理及通訊網(wǎng)絡結構圖1、工作原理：以煙臺東方電子三相三線多功能電能表為例：它是由電流互感器、高精度高速模數(shù)轉換器+DSP、微處理器、實時脈沖、數(shù)據(jù)接口設備和人機接口設備組成。高速模數(shù)轉換器+DSP將來自電壓分壓、電流互感器的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并對其進行數(shù)字積分運算，從而精確地獲得有功電量和無功電量，微處理器依據(jù)相應費率和需量等要求對數(shù)據(jù)進行處理。其結果保存在數(shù)據(jù)存儲器中，并隨時向外部接口提供信息和進行數(shù)據(jù)交換，其原理圖如下： 上圖所示：三相三線多功能電能表 2、通訊網(wǎng)絡結構圖： 三、RS485

3、通訊接口損壞的原因分析1、損壞情況分析：通過圖1、圖2可以看到，如果想通過遠程抄表以及監(jiān)控電表運行狀況，都必須通過RS485接口進行數(shù)據(jù)傳輸，可是當RS485接口不通時，以上功能將無法獲取，損失將無法估量，RS485接口的好壞就體現(xiàn)在這里。通過對RS485接口損壞的多功能表進行拆卸，發(fā)現(xiàn)RS485接口較常見的損壞情況有以下幾種情況： 圖3：RS485接口原理圖其中：R1 、R2為10電阻，TVS1、TVS2瞬態(tài)抑制二極管，（1）R1或R2被燒斷，(10/1W的電阻根本就不能承受雷擊測試.)TV1、TV2和RS485芯片完好。這是由于有較大的瞬態(tài)干擾電流經(jīng)R1或R2、會將其燒斷。（2）RS485

4、芯片損壞(YS301.等300V放電管起不到任何保護作用)R1、R2和TV1、TV2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態(tài)過電壓速度快于TV1、TV2的動作速度造成的，靜電無處不在，僅人體也會產(chǎn)生±15kV的靜電。（3）TV1或TV2、RS485芯片損壞，R1和R2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態(tài)干擾電壓將TV1或TV2和485芯片擊穿，由于電流較小和發(fā)生時間較短因而R1、R2不至于發(fā)熱燒斷。下圖所示： 通訊接口 通訊電路2、主要原因通過三相三線多功能電能表的工作原理分析得知RS485接口損壞的主要原因是：由于瞬態(tài)過電壓和靜電造成，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓和靜電的原因很多也較復雜，所以EIA

5、-485標準要求將各個RS485接口的信號用一條低阻值導線連接在一起以保證各節(jié)點的地電位相等，消除地線環(huán)流。DL/T645-1997多功能電能表通信規(guī)約 其中對 RS485接口部分的ESD規(guī)定“驅動與接收端耐靜電放電(ESD)±15kV(人體模式)。RS-485接收器差分輸入端對“地”的共模電壓允許范圍為-7到+12V，超過此范圍的過壓瞬變可能會損壞器件。引起過壓瞬變的來源通常是雷電、靜電放電、電源系統(tǒng)開關干擾等，例如人體接觸芯片的引腳而產(chǎn)生靜電放電，其電壓可以高達數(shù)十千伏，可以使工作中的器件產(chǎn)生閉鎖而不能運行或使器件受損；而雷電感應在RS-485傳輸線上引起的瞬變干擾，其能量更可在

6、瞬間燒毀連接在傳輸線上的全部器件。（1）電位不等產(chǎn)生瞬間過電壓或過電流雷電流要通過變電站的地網(wǎng)瀉入大地，在地網(wǎng)上會產(chǎn)生一定的沖擊電位，在嚴重的情況下，會在部分設備上產(chǎn)生一個電位差而損壞設備。當帶電插拔未隔離的連接電纜時，由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件，插拔瞬間必然產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓或過電流。（2）用戶數(shù)多，一路產(chǎn)生過電壓串入其它線路連接在RS485通訊線上的其它設備產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓或過電流同樣會流入，通訊線上連接的用戶數(shù)越多，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓的因素也越多，從而造成多路過電壓。（3）雷擊產(chǎn)生過電壓雷電流通過防雷裝置的接地引下線入地時，會在周圍空間產(chǎn)生強大的暫態(tài)電磁場，從而在各種

7、通訊、遠動、保護等的電纜，甚至是主控室內的弱電部件上產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，損壞這些弱點設備。當通訊線路較長、有室外架空線、電氣設備的接地不良時，雷電必然會在線路、電氣設備上造成過電壓，其能量往往是巨大的。四、改進措施針對以上情況，我們成立科研攻關小組，進行了認真的分析和研究，找出了問題發(fā)生的根本原因，并根據(jù)問題產(chǎn)生的多種原因，針對周圍環(huán)境和現(xiàn)場的實際情況對其制定了具有針對性的改進措施：1、對多功能電能表本身進行改進（1）將R1和R2更換為正溫度系數(shù)的自恢復保險PTC，既可以是限流電阻，也可以當保險絲來用。如K250-120，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當受到浪涌沖擊時，大電流流過P

8、TC和保護器件TVS，PTC的電阻值將驟然增大，使浪涌電流迅速減小。（2）將TVS1、TVS2兩個瞬態(tài)抑制二極管靠近接口，限流(匹配)電阻靠近芯片。（3）選用帶靜電保護、過熱保護、輸入失效保護等保護措施完善的高擋次RS485芯片。（4）采用響應速度更快、承受瞬態(tài)功率更大的新型保護器件TVS或陶瓷浪涌吸收器。2、變電站以及外供電用戶電氣設備的接地設施進行改進變電站直擊雷防護系統(tǒng)隨著避雷器、避雷針接地網(wǎng)及線路防雷系統(tǒng)的不斷完善而日趨成熟，相比較而言，變電站二次系統(tǒng)隨著大規(guī)模集成電路在保護、遠動、通訊等設備的運用而對變電站的防雷保護提出了新要求。雷擊過電壓防護除了需要選擇優(yōu)質的防護器件，進行良好的電

9、路板設計，接地也是相當重要的。一般防雷接地都必須可靠的連接至大地，且接地電阻不能超過10歐，可靠的接地可以大大提高防護效果，而不良的接地也會大大削弱防護效果。通過對變電站以及外供電用戶進行接地測量，發(fā)現(xiàn)有不少用戶電氣設備的接地電阻超出了規(guī)程中規(guī)定的數(shù)值，究其原因，接地母排斷裂；地理條件不好，接地母排生銹，造成接地電阻增大等等。針對以上現(xiàn)象，做以下改進措施：（1）對變電站以及外供電用戶的接地設施進行一次全面檢查。（2）對主接地網(wǎng)的接地電阻、接地網(wǎng)之間的連通、設備的接地引下線進行大電流測試。（3）逐級分別泄流，以使其在遭雷擊時主要通過自身的接地極泄放雷電流，盡量少地波及到其它設備。（4）均勻地網(wǎng)系

10、統(tǒng)電壓，各個設備區(qū)之間建立良好的等電位接地，各設備區(qū)之間連接良好，低壓控制部分加裝均壓帶，使各點的接地為等電位。 （5）加強屏蔽，將進入變電站的電纜線全部使用屏蔽電纜，并將屏蔽層可靠接地。（6）對進入主控室、遠動、通訊機房的信號線全部加裝信號電壓瞬變抑制器。（7）對主控室、通訊機房的設備接地進行全面檢查，并加裝均壓帶，將各種信號線的屏蔽可靠接地。（8）接地設施不合格的，步步排查，對不合格的接地點進行打磨除銹，并對接地扁鐵進行防腐處理。（9）增加必要的防雷設施，全面做好“雨季三防”工作。四、經(jīng)濟效益：目前，一塊三相三線多功能電能表市場價格在3500元左右，供電部外供用戶大約在60只左右。在我們沒有電能計量裝置的通訊系統(tǒng)進行改進之前，每年大約有10只損壞，通過計算損失：10*3500=35000元。經(jīng)過我們改進以后，那么我們每年將節(jié)約損失那將是35000元。變電站內的多功能電度表的數(shù)量是200只，如果再損壞，那將是3500元*N只損壞電度表