电能量遥测采集终端电磁干扰试验仪设计

摘要：目前，电能量遥测采集终端的检定不如电能表计检定严谨，实验室不能模拟变电站的环境对其进行测试，不能对电能量遥测采集终端的质量进行分析。为了模拟变电站环境对电能量遥测终端运行情况的影响，保证电能量数据的采集质量，保证电能量遥测采集终端支持远程抄表，文章对电能量遥测采集终端电磁干扰试验仪进行了设计。

关键词：电能量遥测采集终端；电磁干扰试验仪；电能表计；变电站；电能量数据 文献标识码：A

中图分类号：TM734 文章编号：1009-2374（2015）34-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.005

近年来，电能量遥测采集终端已经在变电站中全面应用，经过几年的电能量遥测采集终端运维，我们发现部分在变电站现场的终端采集数据质量不稳定，直接影响到了电能量数据的采集、线损的计算、偷窃电的分析等业务的开展。

经过分析得出，影响电能量遥测采集终端采集数据异常的主要因素有：（1）来自变电站的电磁辐射对电能量遥测采集终端的工作进行影响，影响终端的采集时候的速率，终端采集不到电能表的数，严重时甚至会导致终端采集的表码跳变，影响专线用户的结算、线损计算等功能，情况极其严重；（2）很多时候终端运行一段时间后，电能量遥测采集终端与电能表之间的通信模块经常发生通信故障，常导致终端不能采集电能表数据；（3）终端的磁盘容量溢出，电能量遥测采集终端无法采集电能表数据；（4）终端RS485输出端口信号弱，导致通信异常；（5）采集终端RS485端口信号接收能力差，导致通信异常；（6）现在电能量遥测采集终端理论上每个通道可以支持抄读16只电能表，但是当通道负载的电能表过多，则会严重影响终端的采集速率，按照719通讯规约的要求，电能量遥测采集终端每5分钟就要采一次表码和电流、电压等的瞬时量，有时候5分钟内还要采集到电表的报警数据，电表的日冻结、月冻结等，电能量遥测采集终端的采集压力是大的，如果一个通道负载的电能表过多而终端的质量差，很容易采集不到电表数据；（7）RS-485总线布线长度过长，导致采集终端通信异常；（8）RS-485总线布线方式错误，信号反射增大而导致采集终端通信异常；（9）采集终端抄表参数设置错误，导致采集终端通信异常；（10）现场有其他干扰源串入RS-485总线而导致采集终端通信异常等。以上因素经常困扰现场施工和平时的计量自动化管理，错判、误判现象很多，导致工作效率低下、施工周期长、生产成本高。所以，我们希望电能量遥测采集终端在安装前就能进行测试，尽量在检定期间排除终端的质量原因。本文根据变电站的电磁干扰的磁场强度模拟出现场的工频干扰环境，设计出电能量遥测采集终端电磁干扰试验台，有助于现场终端运维人员快速定位和处理缺陷。

1 设计原理

电能量遥测采集终端与电能表进行通信采用RS-485标准串行电气接口，使多点连接成为可能。目前计量自动化终端现场运维过程经常出现串行电能表过多影响终端抄表的数据完整率，而这有可能和变电站的电磁干扰有关。为了判断串行电能表数量对电能量遥测采集终端运行影响，判断不同磁场强度下电能量遥测采集终端运行情况的影响。表1、表2是上述常见的问题在实验室进行测试的相关情况。从实验数据中可以看出在磁场影响终端带电能表负载数量和终端的抄表成功率。

2 设计实现

上面的实验证明了磁场和串行电能表的数量对电能量遥测采集终端运行的影响，为了保证在电能量遥测采集终端安装之前能对电能量遥测采集终端进行检定，本文对装置进行了设置。

2.1 系统原理框图

图1是采集终端工频干扰试验台的原理框图：

图1 采集终端工频干扰试验台的原理框图

采集终端工频干扰试验台由后台控制系统、串口服务器、程控电流源、电磁感应线圈、遥控测试模组、开关量测试模组、端口及状态指示模组、虚拟电能表、电源控制模组、载表台等模组组成：（1）后台控制系统：由计算机及采集终端工频干扰系统应用软件组成，主要完成设置测试方案、控制试验台试验过程、设置试验参数、设置通信参数、查询及输出试验报告等工作；（2）串口服务器：主要完成串行通信端口的扩展工作；（3）程控电流源：由升流电路、电流检测、报警电路组成，在系统应用软件的控制下，按照试验要求输出不同的工频电流至交流电磁感应线圈，在交流电磁感应线圈中心区域产生对应强度的工频磁场；（4）电磁感应线圈：直径1m的多组线圈，用于产生试验所需要的工频磁场；（5）遥控测试模组：在工频磁场的实验环境下，系统应用软件向被测采集终端发出各种遥控指令，遥控测试模组根据采集终端相应端口的电平状况进行相应的电路切换，做出相应的响应，检测电路将检测结果上传至应用软件并进行相应的显示及处理；（6）开关量测试模组：在工频磁场的实验环境及系统软件的控制下，针对采集终端的不同开关量端口发出不同的开关量信号，采集终端相应输出端口的电平状态会发生改变，测试模组会根据其发生的改变做出相应的反应；（7）端口及状态指示模组：试验台的端口输出电路以及端口状态指示电路，提供被测采集终端和试验台的连接通道，并对各种通道在试验时的状态进行指示；（8）虚拟电能表：由外接多功能电能表端口电路和虚拟电能表组成，虚拟电能表由软件电能表和RS485通信电路组成。当试验台采用外接多功能表时，则由外接电能表为试验过程提供源数据，否则由虚拟电能表作为数据源接入采集终端抄表端口。虚拟电能表中的各种电量信息可进行设置；（9）载表台：用于放置壁挂式以及机架式两种类型的采集终端并提供相应的电源端口和功能端口；（10）电源控制模组：为各种功能模块及被测对象提供各种工作电源。

2.2 数据采集终端工频干扰试验仪的功能

（1）由于现在现场运行的电能量遥测采集终端包括挂壁式采集终端和机架式采集终端，试验仪可以支持测试壁挂式采集终端和机架式采集终端两种类型的采集终端；（2）可对采集终端分别进行三个相互垂直方位的工频磁场抗扰度试验；（3）工频磁场强度可设置为400A/m、300A/m、200A/m，其中400A/m是标准要求，其他两个参数可作为参考测试，依此判断被测采集终端的工频磁场抗扰度的能力；（4）在工频磁场环境下可以测试采集终端的数据采集能力及可靠性；（5）在工频磁场环境下可以测试采集终端的数据存储及处理能力；（6）在工频磁场环境下可以测试采集终端的数据上传功能；（7）在工频磁场环境下可以测试采集终端的开关量功能端口功能；（8）在工频磁场环境下可以测试采集终端的遥控功能端口的功能；（9）数据源可外接多功能电能表，也可以选用内置的虚拟电能表（默认）；（10）试验仪的工作电源为AC220V/50Hz。

3 电能量遥测采集终端电磁干扰试验仪的功能

（1）设计有专门的采集终端试验台，用于放置被测采集终端。该试验台可放置壁挂式采集终端和机架式采集终端，试验台上为两种终端按摆放方式的不同在不同位置设计了电源输入端口、电能量采集端口、主站通信端口、遥测信息输入端口、遥控信息输出端口等专门的功能测试端口；（2）工频磁场感应线圈可在水平位置和垂直位置之间进行切换；（3）设计了专用的程控工频磁场发生器，由应用软件控制而产生不同强度的工频磁场，试验过程由软件按试验方案自动换档，无需人工调节；（4）在400A/m的磁场强度下，可长时间处于工作状态，完成测试方案所规定的所有工作；（5）设计了外接多功能电能表端口，用户可根据需求选配不同的电能表。内部设计有虚拟电能表，为采集终端试验提供数据源；（6）在工频磁场的实验环境及系统软件的控制下，在此试验台上可自动完成数据采集、数据处理、参数设置和查询、数据传输、遥测与遥控等功能试验；（7）可根据需要选择试验内容，设置测试方案，整个试验过程自动进行，无需人工干预；（8）试验完成后可以自动生成测试报告。

4 结语

电能量遥测采集终端电磁干扰实验仪使电能量遥测采集终端在运行前的检定变成了现实，为电能量遥测采集终端的现场运维提供了支持，同时也为电能量遥测采集终端以后的升级提供了技术支持。

参考文献

[1] 唐成虹，宋斌，胡国，等.基于IEC 61850标准的新型变电站防误系统[J].电力系统自动化，2009，33（5）.

[2] 陶鹏，高惠青，葛洪健，等.数字化变电站贸易结算计量装置配置方案[J].河北电力技术，2008，27（6）.

作者简介：王华清（1988-），男，广东阳江人，广东电网有限责任公司佛山供电局助理工程师，研究方向：测控技术与仪器。

（责任编辑：周 琼）