交流采样变送器培训讲座.ppt
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1、交流采样变送器培训讲座交流采样技术 第一章交流采样测量装置第二章装置使用情况第三章通信网络及传输规约第四章校验规范第五章作业指导书第六章变送器检定方法致谢 第一章 o 交流采样测量装置是将工频交流电量(电流、电压、有功功率、无功功率、频率、相位角和功率因数等)经数据采集、转换、计算、转变为数字信号传送至本地或远端显示器的测量装置。o 交流采样测量装置是综合自动化中的测量部分,它代替传统的电测指示仪表和变送器,在电力系统中的应用越来越广泛。主要包含在采用交流采样测量技术的远动终端设备、智能化单元、厂站测控单元、功角测量装置、高压监测设备、保护测量一体化装置等测量控制装置中。交流采样测量装置基本概
2、念交流采样测量装置基本概念现场常见交采装置现场常见交采装置 RTU/变送器/直流采样/交流采样oRTU(Remote Terminal Unit)远程终端设备o 负责对现场信号、工业设备的监测和控制。与传统PLC相比,具有优良的通讯能力和更大的存储容量,适用于更恶劣的温湿度环境,提供更多的计算功能。o 它用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。将测得的状态或信号转换成可在通信媒体上发送的数据格式。它还将从中央计算机发送来的数据转换成命令,实现对设备的功能控制。RTU/变送器/直流采样/交流采样 o 对于电力系统,为了进行现代化管理,采用电网调度自动化,虽然省、地、县各级调度有不同的职能和责
3、任,但其组成基本相同,一般都由主站和远动终端(RTU)组成。o 远动终端就是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置,它负责采集所在发电厂或变电站电力运行状态的模拟量和状态量,监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量,执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调度命令。什么是RTUoRTU即为通讯远动装置,电力系统中使用主要为采集和处理通讯上“四遥”信息量和处理一些现场信息。(遥测,遥信,遥控,遥调)采样模式有两种,一种是直流采样,就是模拟量采集通过变送器;另一种是交流采样,就是模拟量采集通过PT、CT隔离。目前大部分生产商的RTU 产品为交流采样远动终端,指的是工频交流电量直接输
4、入,经过离散采样后,通过计算得到电流I,电压U,有功功率P,无功功率Q,功率因素COS 等值,并具有采集和发送状态量,SOE(事件),DD(电能量)和控制等功能的综合型的远动装置.RTU主要有4类信息量遥信:主要是指远程测试开关的当前状态,如是否合闸(如主变高压侧500kV断路器DL合闸位置),是否储能,是否故障,是否越调节上限等。要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的YX 模块。遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号
5、、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号;事故总信号及装置主电源停电信号等。如是否合闸(如主变高压侧500kV断路器DL合闸位置),是否储能,是否故障,是否越调节上限等。开关量 RTU/变送器/直流采样/交流采样 遥测:主要是指远程遥测线路上的电压、电流、功率等量值。遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集;线路的有功功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、压力、流量(流速)等采集;周波频率采集和其它模拟信号采集。交流采样 RTU/变送器/直流采样/交流采样遥控:主要是指对远程
6、的一些设备进行远程控制,采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99.99%.所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。(AVC装置投入、退出)。开关量 遥调:主要是指对远程的设备进行远程调试(发电机电压设定值)。直流采样RTU/变送器/直流采样/交流采样遥调:主要是指对远程的设备进行远程调试,采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99.99%.所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。(发电机电压设定值)。直
7、流采样RTU/变送器/直流采样/交流采样 RTU/变送器/直流采样/交流采样 o 变送器是一种物理量变换器件,用于将输入的某种形式物理量按比例变换成同种或另种形式的物理量。o 直流采样就是将经由变送器变换得到的直流信号再经由A/D转换成相应的数字量。o 交流采样就是直接对输入的交流电压电流进行采样,经A/D转换后变为数字量传送给CPU,再经一定算法获得全部电气量信息。交流采样测量装置样片流程直接对交流测量信号进行高速A/D转换,再经计算并进行信号传输。交流采样交流采样流程由变送器将交流测量信号转换为直流模拟信号,再进行A/D转换,变为数字信号进行传输。直流采样直流采样 交流采样 与 直流采样U
8、,I,P,Q,PF,F谐波分量,阻抗隔离高速A/DCPUU(t),i(t)交流采交流采样样U,I,P,Q,PF,FU(t),i(t)U 变送器A/DCPUI 变送器P 变送器Q 变送器PF 变送器F 变送器直流采直流采样样 交直流采样的原理图 RTU中交直流采样方式的特点(1)直流采样对A/D转换速率要求不高,因为变送器输出值与交流电量的有效值或平均值相对应,变化比较缓慢;软件算法简单。只需对采样值按相应的标定系数作一次比例变换即可得到被测量的有效值,一次采样程序简单,软件可靠性较好;为了过滤整流后的纹波,输入回路往往采用RC滤波电路,其时间常数较大,采样结果实时性较差。且输出为有效值或平均值
9、,无法反映被测交流量的波形,因此不适合微机保护和故障录波等实时性要求较高的场合。整流电路参数调整困难,而且受波形因数的影响较大;变送器输出仍为模拟信号,与直接交流采样相比增加了中间环节,增加了采样误差;每个变送器只能测量1、2个电量,完成所有测量需变送器数量多,设备复杂,成本高、维护麻烦。直流采样直流采样 RTU中交直流采样方式的特点(2)交流采交流采样样交流采样能避免直流采样中整流、滤波环节时间常数的影响,具有较好的实时性,因此在微机保护中必须使用交流采样;能反映被测交流电压、电流的实际波形,便于对所测结果进行波形分析,因此需要谐波分析或故障录波的场合必须使用交流采样;除交流电压电流外,其他
10、交流量均可在此基础上计算得出,节约了投资,减小了占地面积和设备复杂度,具有优异的性能价格比;较好的传输性能;为保证采样精度,需要很高的采样频率,对A/D的转换速率和采样保持器要求较高;交流采样的软件算法相对比较复杂,对CPU运算能力要求较高。交流采样原理:输入输出信号输入信号输入信号 由电力系统二次回路来的被测线路的交流电压U、电流I。采用三表法测量时:Uan,Ubn,Ucn,Ia,Ib,Ic;采用两表法测量时:Uab,Ucb,Ia,Ic 三表法 三相四线制 星形接法,常用“Y”表示 两表法 三相三线制 三角形接法,常用“V”表示输出信号输出信号交流采样运用优化的算法,通过对被测信号交流电压和
11、交流电流这两种基本信号的分析和计算,快速实时地从中提取所需的有用信息并转换为数字信号输出。如:U、I、P、Q、PF、F,谐波、相角、序电压、序电流等都可根据电压、电流采样值按一定的算法由计算得到。交流采样原理:构成部分被测线路的交流电压电流PTCT隔离转换滤波放大相位补偿采样保持多路选择A/D转换数值分析所需数据过零比较交流采样控制输出交流小信号第二章 通讯接口及参数简介o物理接口o通讯方式物理接口o1 RS232(串口)o2 485o3 RJ45(网口)o4 光纤 RS-232-C接口(接口(1)数据传送一般可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低,特别是在
12、远程传输时,避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时为了方便互联,要求通讯双方都采用一个标准接口。RS-232-C接口(又称 EIA RS-232-C)就是目前最常用的串行通讯接口之一。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。全称为“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准采用DB25连接器,并对连接器的每个引脚的信号内容及其信号电平加以规定。RS-232-C接口(接口(2)1)接口的电气特性 在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。
13、即:逻辑“1”为-5-15V;逻辑“0”为+5+15V;噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”,高到-3V的信号作为逻辑“1”。【技巧】在仅有万用表的情况下,请问怎么判别RS232端口的开、关状态和是否有数据发送(传输)?【方法】通过测量“收”、“发”和“地”之间的直流电压幅值来判断:当电压稳定在-5至-15V,没有太大变化时表明端口已经打开,但没有数据发送;当电压在15V内大幅波动时表明有数据发送。RS232 引脚图 RS-232-C接口(接口(3)2)引脚信号定义 DB9接口 DB25接口 RS-232-C接口(接口(4)由于RS-232-C接口标准出现较早,随着
14、技术发展和需求的提高,它逐步表现出如下缺点:1)接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps。3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性差。4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在50米左右。RS-232-C接口(接口(5)RS-485接口(接口(1)针对RS-232-C的不足,于是就不断出现了一些新的接口标准,RS-485就是其中之一,它具有以下特点:1)电气特性:当AB两线间的电压差大
15、于200 mV表示逻辑“1”;AB 两线间的电压差小于200mV表示逻辑“0”。接口信号电平为26V,比RS-232-C降低了,因此不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。【技巧】在仅有万用表的情况下,请问怎么判别RS485端口的开、关状态和是否有数据发送(传输)?【方法】通过测量A+和B-的线间直流电压差来判断:当压差小于200mV时,表明没有数据传输;大于则表明有数据传输。RS-485接口(接口(2)2).数据传输速率可高达10Mbps;3).接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。4).最大传输距离标准值为4000英
16、尺,实际上可达 3000米,另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,较长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS-485接口(接口(3)RJ45接口(接口(1)RJ45是一个常用名称,指的是由IEC(60)603-7标准化,使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化插孔或者插头。
17、RJ这个名称代表已注册的插孔(Registered Jack),是来源于贝尔系统的USOC(Universal Service Ordering Codes,通用服务分类代码)代码。USOC 是一系列已注册的插孔及其接线方式,是由贝尔系统开发的,用于将用户的设备连接到公共网络。IEC(60)603-7也是ISO/IEC 11801国际通用综合布线标准的连接硬件的参考标准。RJ45接口(接口(2)RJ45常见接口、引脚、定义 RJ45接口(接口(3)特别地:直连双绞线就是一头按EIA/TIA 568A,另一头按EIA/TIA 568B接法接线。RJ45-线序 1 2 3 4 5 6 7 8o56
18、8A:白绿|绿|白橙|蓝|白蓝|橙|白棕|棕568B:白橙|橙|白绿|蓝|白蓝|绿|白棕|棕o直联线:不同设备之间互连(交换机-PC)568B-568B 或 568A-568Ao反接线:同种设备之间互连(PC-PC,交换机-交换机)568A-568B*1000M的网卡能自动识别线序 RJ45接口(接口(4)为什么要用双绞线而不是平行线呢?因为网络线上通过的是10MHz的高频信号,这时导线之间的绝缘线相当于一个介电板,它与导线所形成的电容对高频信号起旁路衰减作用(信号相位被滞后),由于信号频率之高而变得不可忽略,所以平行线传递高频网络信号是不行的。但如果我们将该平行线对双绞,就会在线对形成电容的
19、同时形成一个串联的电感,其作用刚好与电容相反,使信号相位超前。合适的线对绕度能使形成的电感与电容刚好抵消,而且随着线对长度的增加二者的作用均同等程度的增加,因此理想情况下信号就可以无衰减的在双绞线对上传输了。传输性能和哪些因素有关?(3类、5类、超5类线的区别)导线(含铜量)、绝缘材料、线对绕度、单股线还是多股线等 RJ45接口(接口(5)电气参数节点数:1对多最大传输电缆长度:5类线100米超5类线155米传输速率:10M,100M,1000M 集线器、交换机 *利用集线器或交换机级联,可实现三级级联,长度最长可达:100米4400米4 光纤o光纤为光导纤维的简称,由直径大约为0.1mm的细
20、玻璃丝构成。它透明、纤细,虽比头发丝还细,却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频,光导纤维为传输介质的一种通信方式。o.光纤电气参数o节点数:1对1o波长:0.8至1.8m o最大传输电缆长度:根据激光波长的不同220米100千米o传输速率:1000M光纤常用分类o根据光纤传输点模数的不同光纤主要分为两种类型:n单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)和n多模光纤(Multi Mode Fiber,MMF)。o根据接口分:nSC方口nST圆口o.光纤收发器o10M100M1000Mo自适应o价格在6001500元
21、之间 光纤交换机o背板通讯容量1000M。o常用于高端应用或骨干网建设。光纤的优势o抗电磁干扰的场 o距离长o稳定、可靠,误码率低 第三章 校验规范的意义及依据o 交流采样测量装置的快速发展、应用,确实使我们的设备质量、技术水平、运行的稳定性提高了,但对其的技术管理却相对滞后得多。缺乏校验管理,特别是认为不需要管理的现象较为普遍。o 必须充分认识到:所有这些新技术、新材料、新工艺的应用,目前来讲,并不能取代我们所从事的对设备的校验工作。o 国网公司的校验规范及作业指导书对交流采样测量装置的校验管理提供了依据。引用标准.GB/T 13729-2002 远动终端设备.GB/T 13850-1998
22、 交流电量转换为模拟量或数字信号 的电测量变送器.JJG(电力)01-1994 电测量变送器检定规程.DL/T 630-1997 交流采样远动终端技术条件.JJG 124 1993 电压表、电流表、功率表及电阻表 检定规程.国电安监 2005 83号国家电网公司电力安全工作规程.Q/GDW XXX-2010 交流采样测量装置校验规程征求意见稿.Q/GDW 1402006 交流采样测量装置运行检验管理规程 在执行本方法时,应注意使用上述引用文献的现行有效版本。基本测量技术性能基本误差o交流采样测量装置在参比条件下工作时,其基本误差不应超过表1的规定。o表表1 交流采样测量装置的基本误差极限交流采
23、样测量装置的基本误差极限 等级指数等级指数0.10.20.51.0误差极限误差极限0.1%0.2%0.5%1.0%基本误差公式o基本误差公式:o式中Ax为交流采样测量装置测量值o Ai 为标准值 o Af 为基准值100%xiFAAA 绝缘电阻o交流采样测量装置正常试验大气条件下的绝缘电阻的应符合表3的要求。o表表2 正常试验大气条件下绝缘电阻的要求正常试验大气条件下绝缘电阻的要求 额定绝缘电压额定绝缘电压Ui绝缘电阻要求绝缘电阻要求60 V5 M (用250V绝缘电阻表)60 V 5 M (用500V绝缘电阻表)注:与二次设备及外部回路直接连接的接口回路绝缘电阻采用Ui 大于60V的要求。绝
24、缘强度、显示 工频电量输入端子与金属外壳之间应满足施加50Hz、2kV电压、持续时间为1min的要求,无击穿与闪络现象。交流采样装置的显示位数交流采样装置准确度等级0.10.20.5输出量5位4位4位 校验条件校验条件 测定基本误差的条件测定基本误差的条件o交流采样测量装置应具有用于现场校验的测量校验端口。o在表4规定条件下,交流采样测量装置在校验前通电预处理不小于30分钟。表3 通电预处理条条 件件值值电压(包括辅助电源)标称值(100V,100/V)电流标称值(1A/5A)频率参比值(50Hz)3 表表4 影响量的参比条件和试验允许偏差影响量的参比条件和试验允许偏差影响量影响量参比条件参比
25、条件试验允许偏差试验允许偏差 (适用于单个参比值适用于单个参比值)环境温度201530相对湿度80%被测量频率50Hz(50Hz1)Hz被测量波形正弦失真度5%交流采样测量装置电源额定值额定值的20%外部磁场无地磁场强度值电流不平衡度平衡电压:1%、电流:2%表表5 与被测量的参比条件与被测量的参比条件 被测量被测量参参 比比 条条 件件 电压电压电流电流功率因数功率因数有功功率标称电压2%从零到标称值内的任一电流cos=0.5(滞后)10.5(超前)无功功率标称电压2%从零到标称值内的任一电流sin=0.5(滞后)10.5(超前)相角或功率因数标称电压2%在标称40%100%范围内的任一电流
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