变电站信号采集及典型信号流分析

呼翔宇

（国网天津检修公司天津南特高压变电运维站,天津，300000）

1 变电站信号采集分析概述

变电站综合自动化是信号处理技术、计算机网络通信技术和现代电力电子技术等高新科技在变电站领域的综合应用，它将测量仪表、中央信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等站内二次设备经过功能组合和优化设计，实现对全变电站的主要设备监视、测量、控制、保护及与调度间通信等综合自动化功能。变电站各类信号以综合自动化系统为载体，实现上行或下送，形成信息流。

2 变电站信号采集现状

2.1 电气量处理

电力系统电压高、电流大，电压与电流值需要经过一系列的变换、处理后，才能真正被控制装置识别。一般包括互感器变换，交流输入变换，信号滤波与A/D转换过程。电压互感器是一种把电网中的高电压转化为低压，便于监视和测量的高压设备。传统的电磁式电压互感器从结构上讲电压互感器是一种小容量、小体积、大电压比的降压变压器，基本原理与变压器相同，也是由一次和二次绕组、铁心、引出线，以及绝缘结构等构成。电容式电压互感器是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，和常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，在经济和安全上还有很多优越之处。

信号滤波处理是消除或减弱干扰噪声，保留有用信号的过程，而把实现滤波功能的系统或者电路称之为滤波器。当噪声和有用信号处于不同的频带时，噪声通过滤波器将被衰减或消除，而有用信号得以保留。根据幅频特性的不同，滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。根据处理信号类型的不同，滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器。变电站二次装置的滤波电路主要是滤除高频信号分量，保留低频信号分量，因此多采用低通滤波器。

A/D转换是将电压模拟量转换成处理器可以存储和计算的数字信号。A/D转换步骤包括采样、保持、量化和编码四个步骤。数模转换是为了将数字系统不能识别的信息转化为能识别的结果，在数字系统中只有0和1两个状态，而模拟量是连续的有很多状态。通过A/D转换，某一具体数值的电压值就变成了一串0与1的编码。部分工业场合对A/D转换精度有更高要求，因此需要设计单独的A/D转换电路，使用专用转换芯片来实现。

2.2 开关量处理

断路器位置状态、继电保护动作信号以及事故总信号，最终都可以转化为辅助触点或信号继电器触点的位置信号，故只要将触点位置采集进RTU就完成了遥信信息的采集。为了防止因辅助触点接触不良而造成差错，这些触点回路中所加电压一般都比较高，例如直流24V。电气设备的辅助触点与二次装置有一定距离，连线较长。为了避免干扰耦合在连线上经二次回路串入远动装置，二次装置与触点回路之间要有隔离措施，目前常用继电器或光电耦合器作为隔离器件。

断路器处于分闸状态，其辅助触点闭合，+24V经过RC网络后输入到光耦，光耦中发光二极管发光，光敏三极管导通，遥信输出端得低电平“0”；若断路器处于合闸状态，其辅助触点断开，发光二极管无电不发光。光敏三极管截止，遥信输出端输出高电平“1”，从而完成了遥信信息的采集。电力系统中，断路器的分合状态一般很少发生变化。如果厂站端重复发送内容不变的遥信信息给调度端，这是一种意义不大的工作而且占用了信道和装置的CPU资源。但是，如果电力系统发生故障造成断路器动作或产生保护状态变化，必须快速准确采集遥信状态，然后传向调度端，以利于事故的处理。为达到快速准确采集遥信状态，遥信开关量输入到控制器中的方式有两种。一是采用定时扫描方式，由CPU定时器设置一个固定的时限，每隔一定的时限CPU就扫描一次开关量状态。另一种是变位中断方式，只有当设备出现变位，触发中断程序时，才将变位信息输入到CPU中。

3 典型信号流分析

图1 变压器有载调压装置档位信号回路图

当有载调压装置调压完成后显示当前档位。当主变档位调整至1，调压开关机构箱内位置传送器S40P的档位“1”触点闭合，通过端子排S40M 2号端子接入1号主变总端子箱，再接入测控屏，从而发出变压器档位1信号，显示在监控系统。运行时应定期检查变压器机械档位与监控档位显示是否一致。当档位无法显示或显示异常，可能导致变压器运行异常，甚至影响电网安全可靠运行。