寇建洲 王津 衡水供電公司
摘 要：本文論述了隨著光電互感器的出現(xiàn)，變電站數(shù)據(jù)采集模式的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：光電互感器 Rogowski線圈 多路數(shù)據(jù)服務(wù)器
1 光電互感器
目前變電站數(shù)據(jù)采集模式分兩種，綜自站模式和常規(guī)RTU模式。這主要是針對(duì)常規(guī)PT和CT而言。隨著光電互感器的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式已不能適應(yīng)隨光電互感器而加速的數(shù)字化變電站的需要。因?yàn)楣怆娀ジ衅鞯妮敵鋈菙?shù)字信號(hào)。在此首先介紹一下光電互感器。
光電互感器是利用電磁感應(yīng)原理的Rogowski線圈以及串行感應(yīng)分壓器實(shí)現(xiàn)的混合式交流電流電壓互感器。傳感頭部件包括串行感應(yīng)分壓器、Rogowski線圈、采集器等。傳感頭部件與電力設(shè)備的高壓部分等電位，傳變后的電壓和電流模擬量由采集器就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。采集器與合并器間的數(shù)字信號(hào)傳輸及激光
電源的能量傳輸全部通過(guò)光纖來(lái)進(jìn)行。
為兼顧光電互感器能夠與傳統(tǒng)互感器混合應(yīng)用，合并器除了可以接收并處理來(lái)自多個(gè)采集器的數(shù)字信號(hào)外，還可以接受并處理電磁式互感器提供的電壓、電流模擬量。合并器提供同步信號(hào)輸入通道，可以接受變電站信號(hào)以同步連接的各采集器；如果變電站同步信號(hào)丟失，合并器將告知二次設(shè)備采用插值法進(jìn)行同步。當(dāng)變電站同步信號(hào)源或同步源丟失時(shí)，可以手動(dòng)設(shè)定一臺(tái)合并器工作于同步信號(hào)輸出，其余合并器接收。
合并器還可以通過(guò)輔助CPU和擴(kuò)展開入開出直接提供保護(hù)、測(cè)量等功能，同時(shí)通過(guò)光纖以太網(wǎng)接口給監(jiān)控、測(cè)量等裝置提供數(shù)據(jù)。
光電互感器的以上特點(diǎn)決定了其具備以下優(yōu)點(diǎn)：
a) Rogowski線圈實(shí)現(xiàn)的大電流傳變，使得光電電流互感器具有無(wú)磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于新型保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)及提高保護(hù)性能。電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)0.1級(jí)，保護(hù)優(yōu)于5TPE。光電電壓互感器采用了串行感應(yīng)分壓器，測(cè)量精度達(dá)到0.2級(jí)，并解決了傳統(tǒng)電壓互感器可能出現(xiàn)鐵磁諧振的問(wèn)題。
b)采集器處于和被測(cè)量電壓等電位的密閉屏蔽的傳感器頭部件中，采集器和合并器通過(guò)光纖相連，數(shù)字信號(hào)在光纜中傳輸，增強(qiáng)了抗干擾性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高。
c)光電互感器通過(guò)光纖連接器的高低壓部分，絕緣結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)單。以絕緣脂替代了傳統(tǒng)互感器的油或SF6，互感器性能更加穩(wěn)定，同時(shí)避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油現(xiàn)象，也避免了SF6互感器的SF6氣體對(duì)環(huán)境的影響。無(wú)需檢壓檢漏，運(yùn)行過(guò)程中免維護(hù)。
d)無(wú)油設(shè)計(jì)徹底避免了充油互感器可能出現(xiàn)的燃燒爆炸等事故；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全等問(wèn)題不復(fù)存在。
e)光電互感器完備的自檢功能，若出現(xiàn)通訊故障或光電互感器故障，保護(hù)裝置將會(huì)因收不到校樣碼正確的數(shù)據(jù)而可以直接判斷出互感器異常。
f) 價(jià)格低廉的光纖的應(yīng)用，大大降低了光電互感器的綜合使用成本。由于絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在高壓和超高壓中，光電互感器這一優(yōu)點(diǎn)尤其顯著。
2 新型站端綜合數(shù)字化數(shù)據(jù)采集裝置
（1）在變電站傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式中，為集中處理分布在不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，需要鋪設(shè)大量的電纜，變電站端主機(jī)利用計(jì)算機(jī)插槽中的數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/422/485或網(wǎng)絡(luò)等方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。數(shù)據(jù)采集卡與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線方式，以DMA完成。
但是，數(shù)據(jù)采集卡有其自身無(wú)法克服的缺陷：
1、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量的限制，計(jì)算機(jī)無(wú)法采集較多路的外部數(shù)據(jù)；
2、占用系統(tǒng)資源較多；
3、只能為一臺(tái)主機(jī)提供數(shù)據(jù)；
4、外部接線繁瑣，無(wú)法規(guī)整；
5、更換串口困難，排除故障效率低。
（2）為適應(yīng)數(shù)字化變電站的需要，必須開發(fā)新型變電站端綜合
智能采集裝置，筆者在此暫定義為多路數(shù)據(jù)服務(wù)器。
多路數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)充分發(fā)揮現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最好以嵌入式系統(tǒng)為核心，獨(dú)立完成多路的數(shù)據(jù)通訊及處理，通過(guò)以太網(wǎng)或串口，將數(shù)據(jù)送往當(dāng)?shù)氐挠?jì)算機(jī)。
多路數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)克服數(shù)據(jù)采集卡的諸多弊病，以一種松耦合的方式，靈活地提供數(shù)據(jù)傳輸和處理的有效的方式，在電力系統(tǒng)
自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用中必將得到越來(lái)越廣的應(yīng)用。
因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)本身具有強(qiáng)大的CPU及存儲(chǔ)能力，LINUX操作系統(tǒng)又提供了安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)境，整體的硬軟件性能指標(biāo)均達(dá)到了工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所以基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的多路數(shù)據(jù)服務(wù)器除了能夠滿足一般的透明數(shù)據(jù)傳輸需求外，還可以借助精心設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)預(yù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，并可以靈活滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，以其可靠的性能，為用戶提供理想的通訊和數(shù)據(jù)處理手段。
筆者初步設(shè)想該多路數(shù)據(jù)服務(wù)器的初級(jí)產(chǎn)品：支持8/16個(gè)RS-232C/RS422/RS485串行數(shù)據(jù)通訊端口和8/16個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊端口。與主機(jī)間通過(guò)2個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)端口通訊（1個(gè)10M，一個(gè)10/100M）。采用TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。作為單純的數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)的透明傳輸任務(wù)， 同時(shí)還應(yīng)提供強(qiáng)大的二次開發(fā)環(huán)境。用戶可利用WINDOWS下的編程工具，編寫程序，直接與下端的通訊端口通訊，在調(diào)試成功后，再將程序下裝至多路服務(wù)器中運(yùn)行。這樣，利用多路數(shù)據(jù)服務(wù)器32位CPU、穩(wěn)定的LINUX嵌入式操作系統(tǒng)和大容量?jī)?nèi)存，對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、分發(fā)、重定向等操作。從而可以為用戶提供異常靈活的解決方案，以完成用戶和現(xiàn)場(chǎng)靈活多變并不斷增長(zhǎng)的需求。
軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
設(shè)備程序軟件設(shè)計(jì)是利用μClinux平臺(tái)進(jìn)行的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是對(duì)各種硬件進(jìn)行相關(guān)操作以保證硬件能正常、協(xié)調(diào)的工作。主要包括：
各硬件通訊模式和工作模式的選定與設(shè)置；
相關(guān)讀寫的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)；
流控制的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)；
DMA控制器的使用；
不同數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換與傳輸以及與上層軟件的通訊接口等等；
3 二次開發(fā)應(yīng)用實(shí)例
本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，主要是完成多路數(shù)據(jù)的接入。而二次開發(fā)則是在此基礎(chǔ)上的一個(gè)應(yīng)用。通過(guò)二次開發(fā)，使產(chǎn)品具有規(guī)約解析的能力，完成一些比較復(fù)雜的工作。由于經(jīng)過(guò)二次開發(fā)，產(chǎn)品中含帶了規(guī)約解析模塊，可以接入多種不同的數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)出相同的數(shù)據(jù)格式，完成通訊管理機(jī)的功能。
舉例說(shuō)明：
現(xiàn)場(chǎng)情況：一個(gè)實(shí)際的工程現(xiàn)場(chǎng)，需要接入部CDT,DNP3.0,BUBAN101,MODBUS等類型的規(guī)約數(shù)據(jù)，實(shí)際的上位機(jī)系統(tǒng)目前只能接收解析部頒CDT規(guī)約，如何完成實(shí)際工程？
根據(jù)實(shí)際情況，我們可以通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)工程需求：
1．在上位機(jī)開發(fā)其他幾種通訊規(guī)約。
2．利用多路數(shù)據(jù)服務(wù)器的二次開發(fā)功能，開發(fā)通訊規(guī)約，形成中間數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成部頒CDT規(guī)約發(fā)送給上位機(jī)。
上述兩種途徑都可以解決問(wèn)題，但是在上位機(jī)修改困難或者無(wú)法修改上位機(jī)程序的情況下，這時(shí)，利用多路數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的二次開發(fā)功能，就可以完全解決上述問(wèn)題。在啟動(dòng)其中的另外幾個(gè)非部頒CDT規(guī)約接收并解析數(shù)據(jù)，存入到多路數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，形成中間數(shù)據(jù)，然后在通過(guò)部頒CDT規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換功能。
