第二章電量變送器

第二章電量變送器第1頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三發(fā)電廠和變電所中被監(jiān)測(cè)電量都是高電壓大電流的強(qiáng)電信號(hào)，不能被遠(yuǎn)動(dòng)裝置直接接受。遠(yuǎn)動(dòng)裝置中的遙測(cè)量采集信號(hào)一般是0～5V或-5～+5V的直流電壓，因此必須做量值的轉(zhuǎn)換。一次系統(tǒng)的強(qiáng)電信號(hào)經(jīng)電壓互感器(TV)和電流互感器(TA)變換成額定值為100V和5A的交流信號(hào)，供二次系統(tǒng)儀表、保護(hù)和測(cè)量使用。但是要想將這些二次系統(tǒng)的信號(hào)引入遠(yuǎn)動(dòng)裝置中，還必須再經(jīng)過(guò)一級(jí)變換，以使達(dá)到遠(yuǎn)動(dòng)裝置遙測(cè)量采集信號(hào)接口特性要求，電量變送器(transducer)正是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的器件。第2頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1變送器的概念及分類變送器是微機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感受元件，按其變送的參數(shù)，可分為電量變送器和非電量變送器。目前，RTU測(cè)得各種電量的方法有兩種：常規(guī)電量變送器方法(直流采樣式)和微機(jī)電量變送器方法(直接交流采樣)。第3頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常規(guī)電量變送器是先將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流輸出，再對(duì)其施行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到各種電量。常規(guī)電量變送器有交流電壓、電流、直流電壓、直流電壓、電流、交流有功功率無(wú)功功率和周波變送器等，是一種單一電氣測(cè)量變換裝置，這類變送器均由子線路組成。為保證一定通用性和精確性，輸入量和輸出量之間要保持線性關(guān)系。第4頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三直流變送器功能單一，穩(wěn)定性差，可靠性低。尤其是常規(guī)變送器因輸出端并接有較大慣性的電容器，所以對(duì)被測(cè)量的響應(yīng)速度慢，一般在O.1～O.3s之間，這種響應(yīng)速度對(duì)電力網(wǎng)正常過(guò)負(fù)荷的檢測(cè)尚可以適應(yīng)，但是對(duì)電力網(wǎng)故障狀態(tài)的下暫態(tài)信息如短路電流、母線殘壓的變化的提取，顯然是不適應(yīng)的，可能造成在故障期間內(nèi)大量信息的丟失。第5頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三隨著電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化對(duì)變送器的要求越來(lái)越高，即希望響應(yīng)速度快、精度高并具有數(shù)字處理和數(shù)字輸出的功能，以便與計(jì)算機(jī)接口。計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和日臻成熟與完善，為微機(jī)變送器的產(chǎn)生和發(fā)展提供了強(qiáng)有力保證。微機(jī)變送器是通過(guò)使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路技術(shù)和成熟的數(shù)學(xué)工具對(duì)交流電壓、交流電流信號(hào)直接采樣得到各個(gè)相關(guān)電量。它與直流采樣的差別是用軟件功能代替硬件功能，是一種多功能綜合測(cè)量裝置。第6頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由于微機(jī)的運(yùn)算速度快，一臺(tái)微機(jī)變送器可測(cè)量幾條線路的電量，而且還可測(cè)出每條線路的多個(gè)電氣量。因此一臺(tái)微機(jī)變送器可代替多臺(tái)常規(guī)變送器，從而減輕了互感器的負(fù)載，減小了測(cè)量誤差。微機(jī)變送器對(duì)環(huán)境溫度變化的影響也比常規(guī)變送器小。第7頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.2交流采樣的原理及算法在遙測(cè)量采集中，若采用直流采樣，就必須有電量變送器提供信號(hào)，并且需要采集什么電量，就需要提供什么電量變送器。由此可見(jiàn)，若采集一個(gè)廠、站的全部電量所需的變送器的種類和數(shù)量很大，通常要安裝在單獨(dú)的變送器屏中，而且投資也高。能否直接對(duì)交流電壓、電流進(jìn)行采樣，用軟件完成各類電量變送器的功能，從而獲得全部電量信息，這就是交流采樣要完成的工作。第8頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.2.1交流采樣原理設(shè)正弦電壓電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為式中，分別為電壓電流的幅值，為角頻率，為電壓、電流的相角差，則電壓電流的有效值為第9頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三==第10頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第11頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第12頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第13頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由以上的計(jì)算公式不難看出，要想求出上述幾個(gè)用電參數(shù)，關(guān)鍵在于電壓、電流有效值和相位差角的采樣，下面分別對(duì)其進(jìn)行討論。

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如果將電壓真有效值即均方根值公式：第15頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第16頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

二點(diǎn)算法

第17頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第18頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第19頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第20頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第21頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.2.2相位差角的采樣

有關(guān)相位差角的采樣也有多種實(shí)現(xiàn)方式。如借助積分電路用三角公式求功率因數(shù)方法，運(yùn)用瞬時(shí)功率法在計(jì)算出有功、無(wú)功功率后利用一定公式求聯(lián)。這兩種方法由于計(jì)算公式復(fù)雜，且含乘除計(jì)算，因此計(jì)算工作量較大。為此本文利用MCS-51系列單片機(jī)外部中斷INT0或INT1檢測(cè)相位差角。具體實(shí)現(xiàn)方法是，當(dāng)電壓方波正跳變時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，讀上跳變時(shí)時(shí)間值t1，當(dāng)電流方波正跳變時(shí)，同理便可讀出時(shí)間值t2，二者差值即為反映相角差的時(shí)間值。第22頁(yè)，共23頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.微機(jī)電量變送器硬件電路設(shè)計(jì)

(以MCS-51單片機(jī)為核心)微機(jī)變送器的輸入信號(hào)取自電壓互感器和電流互感器的輸出回路，分別是有效值為0～100V，0～5A的交流信號(hào)。這些信號(hào)不能直接輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，而需要變換成A／D轉(zhuǎn)換器輸人所允許的信號(hào)形式以及變化范圍。一般A／D轉(zhuǎn)換器輸入-5～+5V或-10～+10V的