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1、变电站综合自动化原理变电站综合自动化原理第二章第二章 变电站综合自动化变电站综合自动化信息的测量和采集信息的测量和采集第二章第二章 变电站综合自动化信息的测量和采集变电站综合自动化信息的测量和采集2.1 2.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化信息2.2 2.2 变电站模拟量信息的变送器测量及采集变电站模拟量信息的变送器测量及采集2.3 2.3 交流采样技术及应用交流采样技术及应用2.4 2.4 变压器油温的测量和采集变压器油温的测量和采集2.5 2.5 变电站状态量信息的采集变电站状态量信息的采集2.6 2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用2专业课件专业课件若想若
2、想实现变电站站综合自合自动化，必化，必须掌握掌握变电站的运行状况，即首先要站的运行状况，即首先要测量量出表征出表征变电运行及运行及设备工作状工作状态的信息。的信息。2.1 变电站站综合自合自动化信息化信息包括由模包括由模拟量、开关量、脉冲量以及量、开关量、脉冲量以及设备状状态等。等。3专业课件专业课件模拟量信息主要包括：模拟量信息主要包括： 联络线的有功功率、无功功率和有功的有功功率、无功功率和有功电能；能；线路及旁路的有功功率、无功功率和路及旁路的有功功率、无功功率和电流；流；不同不同电压等等级母母线各段的各段的线电压及相及相电压；三三绕组变压器三器三侧或高或高压、中、中压侧的有功功率、无功
3、功率及的有功功率、无功功率及电流，流，两两绕组变压器两器两侧或高或高压侧的有功功率、无功功率及的有功功率、无功功率及电流；流；直流母直流母线的的电压；所用所用变低低压侧电压；母母联电流、分段流、分段电流、分支断路器流、分支断路器电流；流；出出线的有功功率或的有功功率或电流；流；并并联补偿装置装置电流；流；变压器上器上层油温等。油温等。 2.1 变电站站综合自合自动化信息化信息4专业课件专业课件开关量信息主要包括：开关量信息主要包括： 变电站事故站事故总信号；信号；线路、母路、母联、旁路和分段断路器位置信号；、旁路和分段断路器位置信号；变压器中性点接地隔离开关位置信号；器中性点接地隔离开关位置信
4、号；线路及旁路及旁联重合重合闸动作信号；作信号；变压器的断路器位置信号；器的断路器位置信号；线路及旁路及旁联保保护动作信号；作信号；枢枢纽母母线保保护动作信号；作信号；重要隔离开关位置信号；重要隔离开关位置信号；断路器失灵保断路器失灵保护动作信号；作信号；有关有关过压、过负荷越限信号；荷越限信号；有有载调压变压器分接器分接头位置信号；位置信号；变压器保器保护动作作总信号；信号；断路器事故跳断路器事故跳闸总信号；信号；直流系直流系统接地信号；接地信号；控制方式由遥控控制方式由遥控转为当地控制信号；当地控制信号；断路器断路器闭锁信号等。信号等。2.1 变电站站综合自合自动化信息化信息5专业课件专业
5、课件设备异常和故障预告信息主要包括：设备异常和故障预告信息主要包括： 有关控制回路断有关控制回路断线总信号；信号；有关操作机构故障有关操作机构故障总信号；信号；变压器油温器油温过高、高、绕组温度温度过高高总信号；信号；轻瓦斯瓦斯动作信号；作信号；变压器或器或变压器器调压装置油温装置油温过低低总信号；信号；继电保保护系系统故障故障总信号；信号；距离保距离保护闭锁信号；信号；高高频保保护闭锁信号；信号；消防消防报警信号；警信号；大大门打开信号；打开信号；站内站内UPS交流交流电源消失信号；源消失信号；通信通信线路故障信号等。路故障信号等。 2.1 变电站站综合自合自动化信息化信息6专业课件专业课件
6、变电站站综合自合自动化系化系统采集的数字量采集的数字量主要指系主要指系统频率信号和率信号和电能能脉冲信号，前者主要出脉冲信号，前者主要出现在保在保护和低和低频减减负荷装置中，荷装置中，电能脉冲量能脉冲量则主主要用于要用于远方方对系系统电能的能的计量。量。 2.1 变电站站综合自合自动化信息化信息7专业课件专业课件交流交流电压U、交流、交流电流流I、有功功率、有功功率P、无功功率、无功功率Q、变压器油温器油温T等等U、I、P、Q可从可从变电站二次回路中取得信号，通站二次回路中取得信号，通过二次二次测量得到。量得到。测量方法：量方法： 直流采直流采样（变送器）送器）均均值、有效、有效值 交流采交流
7、采样 瞬瞬时值2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集8专业课件专业课件2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集交流交流直流直流 传感器传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。总称，通常由敏感元件和转换元件组成。 当传感器的当传感器的输出输出为为规定的标准信号规定的标准信号时，则称为时，则称为变送器变送器。在综自系统中，主要有。在综自系统中，主要有电流变电流变送器送器、电压变送器电压变送器、三相有功功率变送器三相有功功率变送器、三相无功功
8、率变送器三相无功功率变送器及及温度变送器温度变送器等。等。 从二次回路中获取信号从二次回路中获取信号，通过电子变换电路，输出与被测电气量成，通过电子变换电路，输出与被测电气量成正比正比的电流的电流/ /电压信电压信号。号。9专业课件专业课件插针式直流插针式直流电压传感器电压传感器交流电压传感器交流电压传感器霍尔电流传感器霍尔电流传感器单相功率传感器单相功率传感器三相四线制有三相四线制有功功率传感功功率传感 2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集10专业课件专业课件交流交流电流的流的测量量电流互感器电流互感器电流变送器电流变送器输入电流输入电流测量机构测量机构从交流电流到测量机构的方
9、框图如下：两级测量从交流电流到测量机构的方框图如下：两级测量2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集11专业课件专业课件电流流变送器的基本原理：送器的基本原理：p中中间电流互感器将数安培的流互感器将数安培的输入入电流按比例流按比例变换为毫安毫安级的交流的交流电流，流，经过电阻阻R1转换为交流交流电压；p精密交流、直流精密交流、直流转换电路将路将输入信号入信号变换为绝对值信号后，信号后，经低通低通滤波成波成直流直流电压信号信号全波整流全波整流；p恒恒压输出出电路路实际上是一个上是一个电压跟随器，其跟随器，其输出直流出直流电压既符合既符合标准准输出范出范围，又具有良好的，又具有良好的电压
10、源特性（源特性（强带载能力）；能力）；p电压/电流流变换电路将直流路将直流电压变换成直流成直流电流，并具有良好的流，并具有良好的带负载能力。能力。2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集12专业课件专业课件电流流变送器的基本原理：送器的基本原理：2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集测量交流量交流电流采用的是有效流采用的是有效值的的平均平均值测量算法量算法，输出直流出直流电压U0与与线路路电流有效流有效值I2成正比成正比。 13专业课件专业课件霍霍尔电流流变送器的基本原理：送器的基本原理：p霍霍尔电流流传感器是感器是应用霍用霍尔效效应和磁平衡原理开和磁平衡原理开发的磁平衡
11、式霍的磁平衡式霍尔电流流传感器，能在感器，能在电隔离条件下隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形波形的的电流，且具有流，且具有较宽的的频响特性，响特性，线性度高，性度高，输出出为电流信号。流信号。p霍霍尔效效应是磁是磁电效效应的一种，当的一种，当电流垂直于外磁流垂直于外磁场通通过导体体时，磁，磁场会会对导体中的体中的电子子产生一个垂直于生一个垂直于电子运子运动方向上的的作用力（洛方向上的的作用力（洛伦兹力）力），从而在，从而在导体的两端体的两端产生生电压差。差。 2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集14专业课件专业课件霍霍尔电流流变送器的基本
12、原理：送器的基本原理：p当原当原边导线经过电流流传感器感器时，原，原边电流流IP会会产生磁力生磁力线，原，原边磁力磁力线集中在磁芯气隙周集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可片可产生和原生和原边磁力磁力线成正比的，大小成正比的，大小仅为几毫伏的感几毫伏的感应电压，通，通过后后续电子子电路可把路可把这个个微小的信号微小的信号转变成副成副边电流流IS ； p其其输出出计算式算式为：NP*IP=NS*IS 其中其中IP：初：初级电流，流，NP：初：初级匝数，匝数，IS：次次级电流，流，NS：次：次级匝数。匝数。 2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集15专
13、业课件专业课件 交流交流电压的的测量：量： 电压互感器电压互感器电压变送器电压变送器输入电压输入电压测量机构测量机构从交流电压到测量机构的方框图如下从交流电压到测量机构的方框图如下：2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集16专业课件专业课件电压变送器的送器的结构与构与电流流变送器送器类似，差似，差别在于在于输入入级采用的是中采用的是中间电压互感器，并省去互感器，并省去电流流转变为电压的的电阻。阻。U0中间电压中间电压互感器互感器精密交、直精密交、直流电路流电路恒压恒压输出电路输出电路恒流恒流输出电路输出电路u2I02.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集 交流交流电压的的
14、测量：量： 17专业课件专业课件 三相功率的三相功率的测量量 ：功率功率变送器就是用来送器就是用来测量交流量交流电路中有功功率和路中有功功率和无功功率的无功功率的仪器。器。 单相有功功率相有功功率测量元件：量元件：有功功率是瞬有功功率是瞬间功率在一个周期内功率在一个周期内的平均的平均值，故有功功率也称平均功率。若能从瞬，故有功功率也称平均功率。若能从瞬间功率中去除其正功率中去除其正弦分量，即能得到有功功率。弦分量，即能得到有功功率。 在交流在交流电路中，路中，单相有功功率相有功功率P定定义为：由瞬时功率的基本定义可变形为：由瞬时功率的基本定义可变形为：2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集
15、量及采集瞬时功率是有功功率与正弦分量的代数和瞬时功率是有功功率与正弦分量的代数和若从瞬时功率中去除其正弦分量，也就得到了有功功率若从瞬时功率中去除其正弦分量，也就得到了有功功率18专业课件专业课件单相有功功率相有功功率测量的原理量的原理图：由一个模由一个模拟乘法器和低通乘法器和低通滤波器波器组成。成。 模拟模拟乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器u(t)i(t)p(t)P模模拟乘法器乘法器实现电压u(t)和和电流流i(t)的乘的乘积，从而构成瞬，从而构成瞬间功率功率p(t)；低；低通通滤波器波器滤去去p(t)中的正弦分量。剩下直流分量中的正弦分量。剩下直流分量UIcos，即，即为有功功率有功功率P
16、。功率功率测量元件的量元件的输出出电压与与输入二次功率的平均入二次功率的平均值成正比成正比测量量单相有功功率相有功功率实际上主要采用模上主要采用模拟乘法器和低通乘法器和低通滤波器两个波器两个单元元电路，其中模路，其中模拟乘法器是其核心。乘法器是其核心。单相功率传感器单相功率传感器2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集19专业课件专业课件单相有功功率测量元件原理框图如下所示：单相有功功率测量元件原理框图如下所示：uy中间电流中间电流互感器互感器模拟模拟乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器中间电压中间电压互感器互感器i2RU0uuxu02.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集20
17、专业课件专业课件三相有功功率变送器：三相有功功率变送器： 三相功率定三相功率定义：P = 3UPIPcos, Q = 3UPIPsin 三相有功功率三相有功功率变送器送器由由单相有功功率元件构成。根据三相相有功功率元件构成。根据三相电路的特点，路的特点，按功率按功率变送器含有有功功率元件的个数不同，三相有功功率送器含有有功功率元件的个数不同，三相有功功率变送送器有器有单元件式、两元件式、三元件式等几种。其中：元件式、两元件式、三元件式等几种。其中： 单元件式三相有功功率元件式三相有功功率变送器送器适用于适用于电压对称、称、负载平衡的平衡的对称三相称三相电路功率路功率测量；量； 两元件式三相有功
18、功率两元件式三相有功功率变送器送器适用于三相三适用于三相三线制系制系统中三相功中三相功率的率的测量；量； 三元件式三相有功功率三元件式三相有功功率变送器送器适用于零序适用于零序电流不流不为零的三相四零的三相四线制系制系统中三相有功功率的中三相有功功率的测量。量。 2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集三相功率三相功率变送器送器输出出电压与被与被测线路三相功率成正比路三相功率成正比 21专业课件专业课件三相有功功率变送器：三相有功功率变送器： 三相四线制有三相四线制有功功率传感器功功率传感器三相四线制无三相四线制无功功率传感器功功率传感器三相四线制功三相四线制功率因数传感器率因数传感
19、器三相三线制有三相三线制有功功率传感器功功率传感器三相三线制无三相三线制无功功率传感器功功率传感器三相三线制功三相三线制功率因数传感器率因数传感器2.2 模模拟量的量的变送器送器测量及采集量及采集22专业课件专业课件直流采直流采样技技术是从二次回路中是从二次回路中获取信号，通取信号，通过电子子变换电路路，输出与某出与某电气量成正比的气量成正比的直流模直流模拟信号信号，其缺点有：，其缺点有：第一、第一、每个每个变送器只能送器只能测取一个或两个取一个或两个电气量气量，变电站中必站中必须使用使用较多的多的变送器，投送器，投资大、占用空大、占用空间大；大；第二、第二、变送器送器输出的模出的模拟信号是信
20、号是滤波后的波后的平均平均值，不能反不能反应实际的波形的波形变化情况化情况；第三、第三、这些些电量量变送器都是送器都是电力互感器二次回路的力互感器二次回路的负载，接入，接入变送器越多，送器越多，二次回路二次回路负载越重，互感器的越重，互感器的实际变换误差就越大。差就越大。 2.2 交流采交流采样技技术及其及其应用用23专业课件专业课件交流采交流采样技技术，就是通，就是通过对互感器二次回路中的交流互感器二次回路中的交流电压信号和交流信号和交流电流流信号直接采信号直接采样（瞬瞬时值）。根据）。根据一一组采采样值，通，通过对其模其模/数数变换将将其其变换为数字量数字量，再，再对数字量数字量进行行计算
21、算，从而，从而获得得电压、电流、功流、功率、率、电能等能等电气量气量值。2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用优点是点是可以可以由同一由同一组采采样得到的数字量得到多个得到的数字量得到多个计算算结果果，并能提高，并能提高计算算精度，在需要反精度，在需要反应实际波形波形的地方更有直流采的地方更有直流采样不可替代的不可替代的优点。点。 采采样（保持）（保持）A/D转换计算（算法）算（算法）24专业课件专业课件2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用对一个信号采样就是测取该信号的对一个信号采样就是测取该信号的瞬时值瞬时值，可由，可由一个一个采样器采样器来完成。来完成。n工作原理：采样器按定时或
22、不定时的方式将工作原理：采样器按定时或不定时的方式将开关开关瞬间接通，使输入的瞬间接通，使输入的连续信号连续信号 f (t) 转变为转变为离散信号离散信号 f *(t)输出。输出。n设采样开关按周期设采样开关按周期Ts瞬间接通，则采样得到的离瞬间接通，则采样得到的离散信号为：散信号为： 采样主要采样主要目的目的是为了使之易于处理或借助更好的工具是为了使之易于处理或借助更好的工具对其进行处理。对其进行处理。 信号经过采样后，不应改变原始连续信号所包含的本信号经过采样后，不应改变原始连续信号所包含的本质特性。质特性。采样得到采样得到的离散信号的离散信号 f *(t)能够完全复现（重构）能够完全复现
23、（重构） f (t)的所有本质信息。（不失真采样）的所有本质信息。（不失真采样） 从直观上来看，采样周期越短，即采样频率越高，从直观上来看，采样周期越短，即采样频率越高，fh(t)越接近越接近 f(t)。 一、采样及采样频率的确定一、采样及采样频率的确定25专业课件专业课件香香农采采样定理：定理：为了了对连续信信号号f(t)进行行不不失失真真的的采采样，采采样频率率s应不不低低于于f(t)所所包包含含最最高高频率率max的两倍。的两倍。频率率混混叠叠(aliasing):以以采采样频率率fs对一一个个信信号号进行行采采样时，信信号号中中大大于于fs/2的的频率率成成分分将将对称称的的映映射射到
24、到fs/2以以下下的的频带中中，并并且且和和fs/2以以下下的的原原有有频率成分叠加起来，使得复原信号失真。率成分叠加起来，使得复原信号失真。2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用26专业课件专业课件2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用采样定理是选择采样频率的理论依据采样定理是选择采样频率的理论依据在实际应用中，采样频率总要选得比已知在实际应用中，采样频率总要选得比已知被采样信号最高频率被采样信号最高频率高两倍以上高两倍以上。采样交流工频信号时，采样频率一般为工采样交流工频信号时，采样频率一般为工频的频的810倍及以上，以便使信号中倍及以上，以便使信号中35次谐次谐波分量在采样信号中
25、反映出来。波分量在采样信号中反映出来。频率混叠是数字信号处理中的特有现象，频率混叠是数字信号处理中的特有现象，是数字信号处理中是数字信号处理中离散采样引起离散采样引起的。的。 27专业课件专业课件二、电气量交流采样算法：二、电气量交流采样算法：交流电压、电流的有效值交流电压、电流的有效值U和和I的公式为：的公式为：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用有效值的计算主要包括两个部分，即积分运算和开方运算有效值的计算主要包括两个部分，即积分运算和开方运算1、有效值算法、有效值算法2、三相有功功率算法、三相有功功率算法3、三相无功功率算法、三相无功功率算法4、电能量的计算方法、电能量的计算方法设
26、设f(t)是一个周期信号，其周期为是一个周期信号，其周期为T，最大值为，最大值为Am，则，则f(t)的有效值的有效值A为：为： 28专业课件专业课件2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用在计算机中，运算的对象是在计算机中，运算的对象是离散的数字量离散的数字量。因此，计算机的。因此，计算机的积分运算积分运算必须必须离离散化散化。积分的积分的几何意义几何意义：曲线包围面积：曲线包围面积若用宽为若用宽为t 、高为、高为f 2(k t ) 的矩形的矩形脉冲面积脉冲面积f 2(kt ) t近似相应时间宽近似相应时间宽度内度内f 2(t ) 与时间轴围成的面积，有：与时间轴围成的面积，有：将积分区间将
27、积分区间0 ,T 等分为等分为N个子区间，个子区间，每个子区间每个子区间tT/N，即在时刻，即在时刻kt 时的被积函数值就是时的被积函数值就是 f 2(kt ) fk f 2(kt ) ，可由可由f (t )在一个周期内等间隔采样得到在一个周期内等间隔采样得到连续积分运算连续积分运算离散化离散化29专业课件专业课件2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用f(t)为标准为标准正弦信号正弦信号时，在时，在积分离散化积分离散化过程中，过程中，N取多大才能取多大才能使上式成为严格的等式呢？使上式成为严格的等式呢？当当N3时，正弦信号在一时，正弦信号在一个周期内的方均值与经过个周期内的方均值与经过N等
28、分离散化的方均值相等。等分离散化的方均值相等。连续积分离散化连续积分离散化等式等式30专业课件专业课件如果如果f(t)是正弦交流电压或正弦交流电流：是正弦交流电压或正弦交流电流：则当则当N3时时，有：，有：uk、ik为电压、电流在为电压、电流在一周期内一周期内N次采样次采样中的第中的第k次采样值。次采样值。2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用若采样信号是若采样信号是线电压或线电流线电压或线电流，则按公式计算得到的就是线电压和线电流；，则按公式计算得到的就是线电压和线电流；若采样的信号是若采样的信号是相电压或相电流相电压或相电流，则按公式得到的就是相电压或相电流。，则按公式得到的就是相电压
29、或相电流。结论：结论：31专业课件专业课件2、三相有功功率的算法：、三相有功功率的算法： 三相三线制电路有功功率的算法三相三线制电路有功功率的算法 三相负载的瞬时功率都等于各相功率之和，有：三相负载的瞬时功率都等于各相功率之和，有：2.1.1已知各相电压、相电流已知各相电压、相电流，三相有功功率的算法为：，三相有功功率的算法为：将将连续积分运算离散化连续积分运算离散化，可得三相有功功率的算法为：，可得三相有功功率的算法为：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用32专业课件专业课件2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用对于三相对称电路：对于三相对称电路：若考虑到：若考虑到：仅需测量两相仅
30、需测量两相相电压或相电流相电压或相电流33专业课件专业课件2.1.2已知相关线电压或相电流已知相关线电压或相电流，三相有功功率的算法：，三相有功功率的算法：三三相相三三线线制制中中，考考虑虑三三相相电电流流的的瞬瞬时时值值之之和和为为0，由由此此可可以以推推出出其其三三相有功功率的公式为：相有功功率的公式为：将将连续积分运算离散化连续积分运算离散化，可得三相有功功率的算法为：，可得三相有功功率的算法为：同理可得：同理可得：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用 三相三线制电路有功功率的算法三相三线制电路有功功率的算法34专业课件专业课件在三相四线制电路中，设中性线电流为在三相四线制电路中，
31、设中性线电流为IN，且有，且有iA+iB+iCiN三相负载的瞬时功率三相负载的瞬时功率p仍然等于各相瞬时功率的代数和，即：仍然等于各相瞬时功率的代数和，即：上式也可以写成以下三种表述方式：上式也可以写成以下三种表述方式：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用 三相四线制电路有功功率的算法三相四线制电路有功功率的算法其其离散化离散化后三相有功功率的计算公式为：后三相有功功率的计算公式为：35专业课件专业课件在单相交流电路中，无功功率在单相交流电路中，无功功率Q的定义为：的定义为：QUIsin 在三相电路中，三相无功功率在三相电路中，三相无功功率Q应是各相无功功率的代数和，即：应是各相无功功率
32、的代数和，即：与三相有功功率算法相对应，可推出三相无功功率的离散计算公式如下：与三相有功功率算法相对应，可推出三相无功功率的离散计算公式如下：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用3、三相无功功率的算法：、三相无功功率的算法：iA(k+N/4)为第为第k+N/4次电流采样值；当次电流采样值；当k+N/4大于大于N时，时，iA(k+N/4)取为取为iA(k3N/4)36专业课件专业课件在在对对称称三三相相电电路路中中，按按三三相相无无功功功功率率的的定定义义和和900跨跨相相法法可可构构造造出出下下列三相无功功率的算法，即：列三相无功功率的算法，即：2.3 交流采交流采样技技术及其及其应用用
33、37专业课件专业课件在交流采样技术中，电能量在交流采样技术中，电能量W的计算比较简单。根据定义有：的计算比较简单。根据定义有：M电能计量时间起点至时刻电能计量时间起点至时刻t经过的正弦信号周期数，即经过的正弦信号周期数，即MT t 热电偶热电偶测温原理是测温原理是热电效应：热电效应：热电偶原理图热电偶原理图TT0AB热端热端冷端冷端两种导体组成的回路称为两种导体组成的回路称为“热电偶热电偶”，这两种导体称为，这两种导体称为“热电极热电极”，产，产生的电动势则称为生的电动势则称为“热电动势热电动势”。这种现象早在这种现象早在1821年首先由西拜克（年首先由西拜克（See-back）发现）发现,所
34、以又称西拜克所以又称西拜克效应。效应。47专业课件专业课件2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集热电偶传感器特点：热电偶传感器特点：热电偶是一种热电偶是一种有源传感器有源传感器，测量时，测量时不需外加电源不需外加电源，使用十分方便，使用十分方便结构简单，测量范围宽：测温范围结构简单，测量范围宽：测温范围-501600，通常用来，通常用来测量测量300以上的高温以上的高温。目前工目前工业上常用的有四种上常用的有四种标准化准化热电偶偶 1. 1.铂铑1010- -铂(S(S型）型） 2. 2.镍铬- -考考铜(E(E型型) ) 3. 3.镍铬- -镍铝(K(K型型) ) 4. 4.铂铑30
35、30- -铂铑6 6（B B型）型）48专业课件专业课件 1铂铂铑热电偶偶 (S型型) 正极：正极：铂铑合金合金丝,用用90铂和和10铑(重量比重量比)冶冶炼而成。而成。 负极：极：铂丝。 测量温度：量温度：长期：期：1300、短期：、短期：1600。 特点特点 材料性能材料性能稳定，定，测量准确度量准确度较高；可做成高；可做成标准准热电偶或基准偶或基准热电偶。偶。 用途：用途：实验室或校室或校验其它其它热电偶。偶。 测量温度量温度较高，一般用来高，一般用来测量量1000以上高温。以上高温。 在高温在高温还原性气体中（如气体中含原性气体中（如气体中含CO、H2等）易被侵等）易被侵蚀，需用保，需
36、用保护套管。套管。 材料属材料属贵金属，成本金属，成本较高。高。2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集49专业课件专业课件 2镍铬镍硅硅(镍铝)热电偶偶 (K型型) 正极：正极：镍铬合金合金(用用88.489.7镍、910铬，0.6硅，硅，0.3锰，0.40.7钴冶冶炼而成而成)。 负极：极：镍硅合金硅合金(用用95.797镍,23硅硅,0.40.7钴冶冶炼而成而成)。 测量温度：量温度：长期期1000，短期，短期1300。 特点特点 价格比价格比较便宜，在工便宜，在工业上广泛上广泛应用。用。 高温下抗氧化能力高温下抗氧化能力强，在，在还原性气体和含有原性气体和含有SO2，H2S等气体
37、中易被侵等气体中易被侵蚀。 复复现性好，性好，热电势大。大。2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集50专业课件专业课件3镍铬考考铜热电偶偶(E型型) 正极：正极：镍铬合金合金 负极：考极：考铜合金（用合金（用56铜，44镍冶冶炼而成）。而成）。 测量温度：量温度：长期期600，短期，短期800。 特点特点： 价格比价格比较便宜，工便宜，工业上广泛上广泛应用。用。 在常用在常用热电偶中它偶中它产生的生的热电势最大。最大。 气体硫化物气体硫化物对热电偶有腐偶有腐蚀作用。考作用。考铜易氧化易氧化变质，适于在，适于在还原性或中性原性或中性介介质中使用。中使用。2.4 变压器油温的器油温的测量和
38、采集量和采集51专业课件专业课件4铂铑30铂铑6热电偶偶(B型型) 正极：正极：铂铑合金（用合金（用70铂，30铑冶冶炼而成）。而成）。 负极：极：铂铑合金（用合金（用94铂，6铑冶冶炼而成）。而成）。 测量温度：量温度：长期可到期可到1600，短期可达，短期可达1800。 特点特点： 材料性能材料性能稳定，定，测量精度高。量精度高。 还原性气体中易被侵原性气体中易被侵蚀。 低温低温热电势极小，冷端温度在极小，冷端温度在50以下可不加以下可不加补偿。 成本高。成本高。2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集52专业课件专业课件2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集2 热电阻是利用
39、热电阻是利用导体导体的电阻随温度变化的特性来测量温度。的电阻随温度变化的特性来测量温度。 测温范围测温范围-200500，常用于中、低温区的测量。，常用于中、低温区的测量。3 热敏电阻是利用热敏电阻是利用半导体半导体的电阻值随温度变化而显著变化的原理测量温度。的电阻值随温度变化而显著变化的原理测量温度。 测温范围测温范围-50300。阻值与温度的关系非线性严重；阻值与温度的关系非线性严重；元件的一致性差，互换性差；元件的一致性差，互换性差；元件易老化，稳定性较差；元件易老化，稳定性较差；变电站温度测量大多采用变电站温度测量大多采用热电阻热电阻作为一次元件作为一次元件应用较广泛的热电阻材料：应用
40、较广泛的热电阻材料：铂铂和和铜铜；低温测量采用铟、锰等；低温测量采用铟、锰等53专业课件专业课件p 热热电电阻阻作作为为温温度度测测量量的的一一次次元元件件，它它仅仅将将温温度度高高低低转转变变为为电电阻阻值值的的大大小小，只有测量出只有测量出电阻值的大小电阻值的大小才能推知才能推知温度的高低温度的高低。p 在在变变电电站站综综自自系系统统中中，用用热热电电阻阻测测量量的的温温度度信信号号要要远远传传到到变变电电站站控控制制室室，所以应采用温度变送器将温度变化引起的所以应采用温度变送器将温度变化引起的电阻值变化电阻值变化变换成统一的变换成统一的电信号电信号。p 热电阻测温电路常用的是热电阻测温
41、电路常用的是电桥电路电桥电路2.4 变压器油温的器油温的测量和采集量和采集用热电阻测量温度：用热电阻测量温度：+-U054专业课件专业课件变变电电站站中中的的状状态态量量信信息息主主要要包包括括传传统统概概念念的的遥遥信信信信息息和和自自动动化化系系统统设设备备运运行状态信息行状态信息等等。2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的采集一、遥信信息及其来源：一、遥信信息及其来源： 遥遥信信信信息息用用来来传传送送断断路路器器、隔隔离离开开关关的的位位置置状状态态，传传送送继继电电保保护护、自自动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信号。动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信号。1断断
42、路路器器状状态态信信息息的的采采集集：断断路路器器的的分分、合合闸闸位位置置信信号号通通过过其其辅辅助助触触点点引引出出，与断路器的位置一一对应。与断路器的位置一一对应。2继继电电保保护护动动作作状状态态信信息息的的采采集集：采采集集继继电电保保护护出出口口继继电电器器的的触触点点状状态态信信息息，并记录动作时间。并记录动作时间。3事事故故总总信信号号的的采采集集：采采集集事事故故总总信信号号出出口口继继电电器器的的触触点点状状态态信信息息。发发电电厂厂任任一断路器发生事故跳闸，将启动事故总信号，用于区分正常操作与事故跳闸。一断路器发生事故跳闸，将启动事故总信号，用于区分正常操作与事故跳闸。4
43、其他信号的采集：其他信号的采集：通常采集对应元件、装置的通常采集对应元件、装置的触点触点状态完成。状态完成。 遥信信息的采集最终都可以转化为对遥信信息的采集最终都可以转化为对辅助触点辅助触点或或信号继电器触点信号继电器触点位置信号的采集位置信号的采集55专业课件专业课件24V或或220VR1R2R3R4CV1V2AGNDDGND5VR5遥信信号遥信信号二、遥信采集电路二、遥信采集电路遥信遥信触点触点2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的采集为为了了防防止止干干扰扰，在在二二次次回回路路的的触触点点信信息息输输入入时时要要采采取取隔隔离离措措施施，目目前前常常用用光电耦合器件光电耦合器件来实
44、现内外的电气隔离。来实现内外的电气隔离。56专业课件专业课件三、遥信三、遥信输入的几种形式：入的几种形式： 1、采采用用定定时扫查方方式式的的遥遥信信输入入：在在变电站站综合合自自动化化系系统中中，采采用用定定时扫查的方式的方式读入遥信状入遥信状态信息，信息，128个遥信个遥信输入入电路如下路如下图所示。所示。 遥信定遥信定时扫查工作在工作在实时时钟中断服中断服务程序程序中中进行，每行，每5ms执行一次。行一次。 一一旦旦发现有有遥遥信信变位位，则更更新新遥遥信信数数据据区区，同同时，记录遥遥信信变位位时间，以便完成以便完成SOE信息的信息的发送。送。2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的
45、采集16选选1多路选多路选择开关择开关地址选择输地址选择输入端入端8片片7415057专业课件专业课件三、遥信三、遥信输入的几种形式：入的几种形式： 2、循循环扫描描输入入遥信：遥信：2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的采集按按定定时扫描描输入入遥遥信信，只只要要时间间隔隔合合适适，完完全全能能满足足遥遥信信变位位分分辨辨率率的要求，的要求，输入以外的入以外的时间，CPU尚可完成其他工作。（老式系尚可完成其他工作。（老式系统）目目前前投投运运的的新新型型综自自系系统，由由智智能能子子模模块来来完完成成遥遥信信量量状状态的的采采集集和和处理理工工作作。CPU有有更更多多的的时间，以以循循环
46、的的方方式式对遥遥信信量量状状态进行行更更短短周期的采集，以提高站内遥信周期的采集，以提高站内遥信变位的分辨率。位的分辨率。 58专业课件专业课件将将读入入的的当当前前遥遥信信状状态值与与存存储的的历史史遥遥信信状状态值进行行异异或或运运算算：结果果为0则没没有有遥遥信信变位位，否否则有有遥遥信信变位位，且且对应为“1”的的位位表表征征的的遥遥信信量量有有变化。化。2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的采集遥信遥信变位的位的鉴别和和处理理59专业课件专业课件遥信采集中的遥信采集中的误遥信及其克服遥信及其克服2.5 变电站状站状态量信息的采集量信息的采集 状状态量量采采集集系系统在在实际运运
47、行行中中会会产生生不不真真实的的遥遥信信变位位信信号号，给运运行行人人员的控制决策的控制决策带来来误导。误遥信可分遥信可分为两两类：第第一一类：一一个个真真实的的遥遥信信信信号号变位位后后紧接接着着几几个个假假遥遥信信读数数，最最终遥遥信信稳定定到真到真实变位后的状位后的状态原原因因：遥遥信信信信号号变位位时，继电器器不不能能一一次次性性闭合合，其其抖抖动信信号号经光光耦耦后后成成为连续几个遥信信号几个遥信信号解解决决方方法法：可可采采取取“延延时重重测”的的方方法加以克服；法加以克服；60专业课件专业课件遥信采集中的遥信采集中的误遥信及其克服遥信及其克服2.5 变电站状站状态量信息的采集量信
48、息的采集第第二二类：某某些些遥遥信信不不定定时的的出出现抖抖动，往往往往由由遥遥信信回回路路中中的的电磁磁干干扰，特特别是是尖峰干尖峰干扰脉冲脉冲造成造成误遥信遥信解解决决方方法法：提提高高电源源电压，采采用用站站用用220V直直流流电源源代代替替24V电源源、同同时加入适当的加入适当的电阻限流来克服。阻限流来克服。 61专业课件专业课件世界世界时国国际原子原子时协调世界世界时闰秒秒2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用几个几个时间术语62专业课件专业课件世界世界时(GMT)2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用世界各地都有各地的地方世界各地都有各地的地方时间。如
49、果。如果对国国际上某一重大事情，用地方上某一重大事情，用地方时间来来记录，就会感到复，就会感到复杂不便不便统一以格林尼治的地方一以格林尼治的地方时间为标准。准。 以平子夜作以平子夜作为0时开始的开始的格林尼治格林尼治（英国（英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所敦南郊原格林尼治天文台的所在地，它又是世界上地理在地，它又是世界上地理经度的起始点度的起始点-本初子午本初子午线）平太阳平太阳时，就称，就称为世界世界时（UT）。）。北京北京时间以以地球自地球自转为基基础的的时间计量系量系统。地球自。地球自转的角度可用地方子午的角度可用地方子午线相相对于天球上的于天球上的基本参考点基本参考点的运的运动来度量。
50、两个基本参考点：春分点和平太阳，来度量。两个基本参考点：春分点和平太阳，由此确定的由此确定的时间分分别称称为恒星恒星时和平太阳和平太阳时。将一年中每日平均将一年中每日平均长短的短的186400确定确定为1秒秒世界世界时是以地球自是以地球自转为基基础建立起来的，由于地球自建立起来的，由于地球自转的不均匀性，作的不均匀性，作为计时其准确度只能达到其准确度只能达到10-8数量数量级。63专业课件专业课件国国际原子原子时(TAI)2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用用用铯原子原子钟来来计时可以达到相当高准确可以达到相当高准确度，准确度可达度，准确度可达10-1410-15。需要。需要2000
51、万万年年计时才差一秒才差一秒钟（NIST-F1）。）。原子原子时间计量量标准在准在1967年正式取代了天文学意年正式取代了天文学意义上上秒秒长的定的定义新秒新秒长规定定为：位于海平面上的：位于海平面上的铯Cs133原子基原子基态的两个超精的两个超精细能能级间在在零磁零磁场中中跃迁振迁振荡9 192 631 770个周期所持个周期所持续的的时间为一个原子一个原子时秒，我秒，我们称之称之为国国际原子原子时（TAI）。）。另外另外规定原子定原子时起点在起点在1958年年1月月1日日0时（UT），即在），即在这一瞬一瞬间，原子，原子时和世界和世界时重合。重合。64专业课件专业课件协调世界世界时(UTC
52、)2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用相相对于以地球自于以地球自转为基基础的世界的世界时来来说，原子，原子时是均匀的是均匀的计量系量系统，这对于于测量量时间间隔隔非常重要。非常重要。但世界但世界时时刻反映了地球在空刻反映了地球在空间的位置，并的位置，并对应于春夏秋冬、白天黑夜的于春夏秋冬、白天黑夜的周期，是我周期，是我们熟悉且在日常生活中必不可少的熟悉且在日常生活中必不可少的时间。为兼兼顾这两种需要，引入了两种需要，引入了协调世界世界时（UTC）系）系统。UTC在在本本质上上还是一种原子是一种原子时，因，因为它的秒它的秒长规定要和原子定要和原子时秒秒长相等，只是在相等，只是在时刻上，
53、刻上，通通过人工干人工干预，尽量靠近世界，尽量靠近世界时。65专业课件专业课件闰秒秒2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用UTC在在秒秒长上上使用原子使用原子时秒，但是在秒，但是在时刻上刻上，需要通，需要通过人工干人工干预，使其尽，使其尽量靠近世界量靠近世界时。这就需要就需要对UTC进行行“闰秒操作秒操作”，即每当，即每当UTC与世界与世界时UT时刻之差接刻之差接近或超近或超过0.9秒秒时，在当年的，在当年的6月底或月底或12月底的月底的UTC时刻上增加一秒或减少刻上增加一秒或减少一秒。一秒。 66专业课件专业课件时钟同步的概念：同步的概念：2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用
54、用时间同步也称同步也称为“对钟”，是通，是通过时刻比刻比对，将分布在，将分布在不同地方的不同地方的时钟的的钟面面时刻刻值调整到整到一定的准确度一定的准确度或一定的符合度。前者或一定的符合度。前者为绝对时间同步，同步，后者后者为相相对时间同步。同步。时钟同步技同步技术是是现代分布式系代分布式系统的重要支撑技的重要支撑技术之一，其目的就是要之一，其目的就是要维护一个全局的、一个全局的、统一的物理或一的物理或逻辑时间，以便使得系，以便使得系统中的各种消息、事中的各种消息、事件及件及节点等与点等与时间相关的相关的过程或行程或行为有一个全局一致的、有一个全局一致的、统一的解一的解释和和标记，从而确保系，
55、从而确保系统中各个中各个节点运行点运行时在在时间和和逻辑上具有正确性、上具有正确性、协调性性及可追溯性。及可追溯性。数字化数字化变电站自站自动化系化系统的的时钟同步就是要将同步就是要将变电站内站内变电站站层监控主控主机、机、间隔隔层IED以及以及过程程层电子式互感器、智能开关、断路器等子式互感器、智能开关、断路器等设备的的时钟时刻刻统一一到一个到一个外部外部时间基准基准上上(如如UTC)，以保，以保证站内乃至广域的各自站内乃至广域的各自动化功能的正确运行及事后运行故障原因分析等。化功能的正确运行及事后运行故障原因分析等。67专业课件专业课件变电站站时钟同步的意同步的意义：2.6 变电站站实时时
56、钟的建立和的建立和应用用1故障故障录波、事件波、事件顺序序记录通通过收集分散在各个收集分散在各个变电站的故障站的故障录波数据和事件波数据和事件顺序序记录，可以在全网，可以在全网内更好地复内更好地复现事故事故发生生发展的展的过程，程，监视系系统的运行状的运行状态。对故障故障录波和波和事件事件顺序序记录来来说，对时精度不宜低于精度不宜低于1 ms。2故障定位故障定位电网故障定位系网故障定位系统可以通可以通过检测各各变电站接收到故障反站接收到故障反馈信号的精确信号的精确时间、对比不同站点的比不同站点的时差关系来定位故障差关系来定位故障发生的位置。理生的位置。理论上，上，对时精度达到精度达到1us时，
57、测距精度可以达到距精度可以达到300 m。68专业课件专业课件变电站站时钟同步的意同步的意义：2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用3电子式互感器的同步采子式互感器的同步采样电子式互感器子式互感器输出的是采出的是采样处理后的数字信号，各相理后的数字信号，各相电流和流和电压互感器互感器输出的信号必出的信号必须同步，才能同步，才能为继电保保护和其它装置使用。例如和其它装置使用。例如母母线保保护要求要求所有所有间隔的隔的电流采流采样信号必信号必须同步，而同步，而线路差路差动保保护则需要两个需要两个变电站之站之间保持同步。保持同步。该应用要求用要求对时精度达到精度达到1us(用于用于计量量)和
58、和4us(用于用于输电线路路保保护)。4在自在自动控制中的控制中的应用用目前，在目前，在电力系力系统中有中有许多控制都采用定多控制都采用定时控制策略，如自控制策略，如自动无功无功电压控制，控制，调度根据度根据预测的的负荷曲荷曲线，制定主，制定主变分接分接头调整整计划和划和电容器容器组投投退退计划，然后将划，然后将这些些时间表整定到表整定到实现无人无人值班班变电所的自所的自动装置中，由装置中，由这些装置根据自身的些装置根据自身的时间来来进行自行自动调节。69专业课件专业课件2.6 变电站实时时钟的建立和应用变电站实时时钟的建立和应用1、实时时钟的建立的建立2、实时时钟的的统一一对时变电站站对时系
59、系统70专业课件专业课件在在变电站站综合合自自动化化系系统中中，重重要要的的状状态量量变化化均均需需带上上时标信信息息，因因此，必此，必须建立建立实时时钟，这个个时钟的的分辨率分辨率应达到达到ms级。电网网内内实时时钟的的核核心心问题是是要要求求统一一，即即要要求求各各厂厂站站与与调度度中中心心之之间的的实时时钟相一致。相一致。为了了实现时间的的一一致致性性，各各厂厂站站测控控系系统若若能能接接收收同同一一授授时源源的的时钟，一致性一致性问题便可迎刃而解了。便可迎刃而解了。在在我我国国电力力系系统中中，通通常常以以GPS时间信信号号作作为外外部部时间基基准准信信号号，精精度度高高，与，与UTC
60、保持高度同步，保持高度同步，误差差仅为110ns2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用1、实时时钟的建立的建立71专业课件专业课件 在在变电站站综自系自系统中，中，选择民用民用定定时型型GPS接收器接收器来来获得精确的授得精确的授时信号。信号。 这种种接接收收器器由由接接收收模模块和和天天线构构成成，其其内内部部硬硬件件电路路和和处理理软件件通通过对接接收到的信号收到的信号进行行解解码，从中提取，从中提取两种两种时间信号：信号： 一是一是间隔隔为1s的脉冲信号的脉冲信号1PPS，其，其脉冲前沿脉冲前沿与与UTC时间的同步的同步误差不超差不超过1us 二是二是经RS-232串行口串行口输
61、出的与出的与1PPS脉冲前沿脉冲前沿对应的国的国际标准准时间和日期代和日期代码。2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用1 外部外部时钟源源-GPS系系统时间GPS提供的提供的1PPS信号是以秒为计时单位的信号是以秒为计时单位的其精确度高，为其精确度高，为1us72专业课件专业课件2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用2 装置内装置内时钟的建立的建立GPS只提供只提供精确到精确到us的秒的秒级时间，电网系网系统内每一套内每一套测控或控或监控系控系统本身需建立本身需建立毫秒毫秒级实时时钟毫秒毫秒级的的内部内部时钟+利用利用GPS提供的以秒提供的以秒为单位的精确位的精确时间信号信号对
62、其其进行行对时或修正或修正微机化微机化测控或控或监控系控系统内的内的实时时钟：专用定用定时/计数器数器 Intel8253实时时钟实际上分成两个部分：上分成两个部分：两字两字节的的ms级时钟，由，由CPU中断累加中断累加计数数高位高位7个字个字节组成的成的秒秒级时钟，由，由GPS对时钟发进位位标志志ms级时钟只作为级时钟只作为ms级的计数，不允许其进位，级的计数，不允许其进位，并由秒级对时脉冲将其清零并由秒级对时脉冲将其清零73专业课件专业课件第第一一是是变电站站内内需需要要时标的的测控控装装置置有有多多个个，不不可可能能每每个个单元元都都设置置实时时钟接接收收装装置置。往往往往采采用用一一个
63、个实时时钟接接收收装装置置得得到到的的实时时钟对每每个需要个需要实时时钟的的单元元进行行对时，实现时钟的的统一；一；第二第二是是调度中心（或集控中心）与度中心（或集控中心）与变电站之站之间的的对时；第三第三是是调度中心之度中心之间的的对时。2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用2、实时时钟的的统一一对时电力系统中实时时钟的对时包括：电力系统中实时时钟的对时包括：上述三种上述三种上级对下级上级对下级的对时能确保真正意义下的的对时能确保真正意义下的全网统一时钟全网统一时钟74专业课件专业课件2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用对时原理：对时原理：1.当被当被对时站（子站）开始工作
64、后，站（子站）开始工作后，对时站（主站）首先将自身的站（主站）首先将自身的时钟通通过报文下达到子站，子站接收后写入子站文下达到子站，子站接收后写入子站时钟区，区，建立子站建立子站时钟。2.经过一定一定时间(5min)后，主站后，主站发出召出召唤子站子站时钟命令，并命令，并记录当前当前时间Tm2 ；子站接收到命令后，将子站；子站接收到命令后，将子站时间Ts2以及等待以及等待发送送时间T0报告主站告主站 ；主站；主站根据接收到的子站根据接收到的子站时钟和当前和当前时间Tm3 ，计算出算出对子站子站时钟的校正量的校正量C，并，并将将C传送到子站，由子站将送到子站，由子站将C加到当前加到当前时钟上，从而上，从而实现对时。75专业课件专业课件2.6 变电站站实时时钟的建立和的建立和应用用对时原理：对时原理：C = Tm2 + T2 +t1 - Ts2 t = (Tm3 - Tm2 - T2 - T3 - T0)C = (Tm3 + Tm2 + T2 - T3 - T0) - Ts2 76专业课件专业课件同步同步时钟系系统在在变电站站综自中的自中的应用用77专业课件专业课件The End！
