配网运行设备数据智能采集装置的研制王雅洁

王雅洁许正权

国网青海省电力公司玛沁县供电公司青海玛沁814000

摘要：改革开放以来，我国经济发展迅速，电力需求也越来越大，逐步实现全面覆盖。越来越多的行业开始向智能化方向转型，在满足社会电力需求的同时，也给电网的运行维护和故障处理带来了很大的困难，越来越多的行业开始向智能化方向转型，逐步以智能设备代替人工，来提升了企业效率，减少人工成本。对于一些位于野外的线路和设备，在线数据采集装置并不能满足数据及时采集的要求，在这种情况下，就需要用到配网运行设备数据智能采集装置。电力行业在线路巡检、变电站巡视、物资仓储管理、计量抄表和在线监测也实现智能化，随着智能化设备的投入，设备产生的数据量与日剧增，为了更好的利用这些数据，为业务提供支撑。

关键词：配网运行；智能采集装置；数据采集

引言

随着互联网、大数据、信息技术的发展，推动能源向产业化、智能化、集约化发展，发展智能电网已经成为保障能源安全、应对气候变化、保护自然环境、实现可持续发展的重要共识。尤其近些年智能化设备在电网中迅速发展和应用，对于智能化设备的数据采集问题越来越引起电力行业内的重视。数据作为信息的载体，不仅体现事物发展的现状，还可以预测事物的发展趋势，提供决策和分析，而数据采集则是应用的前提和基础。针对配网运行设备数据监测终端多种多样、工程安装与部署实施不方便、不能有效预警故障信息等问题，提出设计开发一款实现配网运行设备电压、电流和温度监测一体化的数据智能采集装置。该装置采用电压、电流和温度采集一体化设计，采集通道隔离和数据集中处理，既保证了采集通道互相不干扰，又能集中处理数据信息，节约了产品硬件成本。

1智能采集装置的研究目的和意义

随着互联网、大数据、信息技术的发展，推动能源向产业化、智能化、集约化发展，发展智能电网已经成为保障能源安全、应对气候变化、保护自然环境、实现可持续发展的重要共识。尤其近些年智能化设备在电网中迅速发展和应用，对于智能化设备的数据采集问题越来越引起电力行业内的重视。因此，应建立一个实时、准确、清晰、可靠的数据采集系统，将现场数据传输至属地运维中心。目前，配网运行设备现场数据往往通过人工定期监测来获得，此方法不但耗费大量人力成本，效率过低，而且现场数据获得不够清晰、准确、及时、可靠，严重制约了供电的可靠性与稳定性。配网运行设备数据智能采集装置正是在这样的市场需求背景下研制开发的，装置采集内容包括电压、电流和温度信息，电压、电流信息能够反映用户用电负荷信息及设备运行状态，温度信息能够显示运行设备的健康状况，通过电流和温度数据相关性分析，能够对运行设备的故障进行深度预警，预防故障的发生。电流和温度数据之间关系联系紧密，相互耦合和独立构成有机整体，通过监测和分析电流、电压数据，能够实现配网运行设备的状态巡检和故障预警。

2智能采集装置设计实现说明

2.1交流电压采集电路实现说明

交流电压采集电路由交流电压调理电路及直流电流输出电路组成，实现交流400V电压的直流转换输出。交流电压互感器输出的交流变比小信号输入到调理电路，变化为直流4～20mA信号输出，其实现原理图如图2所示。

2.3温度采集电路实现说明

温度采集电路由射频收发链路及数据采集转换电路组成，实现基于声表面波温度传感器的温度数据测量，其实现电路图如图4所示。

3智能采集装置技术优势

3.1电流、电压采集技术优势

电流、电压采集采用交流电磁隔离，转换为4～20mA采集方式，在配网运行设备带电运行时，依然能够进行安全的工程施工。

3.2温度采集技术优势

配网运行设备的电缆、母排等连接处如果接触不好或设备老化，存在触点高温的安全隐患，严重情况下会造成配电站不能正常在网运行，导致重大事故。传统测温技术，离线巡检用红外设备价格昂贵，需要用户定时巡检，人工成本高昂，且不能保障设备在线运行实时的安全性；有源在线温度监测设备，采样有源传感器存在电池供电的安全隐患，安装有源传感器，在为用户解决问题的同时，也引入了安全隐患。相比无线有源的测温方案，基于声表面波技术的温度采集后续维护成本低廉，能够长期工作在高温环境，对测温场景要求低，能够适应各种测试场景。

3.3噪声的预处理

电力系统中的各种噪声一般可认为是随机性白噪声。近些年相继有学者提出过许多消除噪声的方法，如小波变换等。小波变换在时频域同时存在时有良好的局部化特性，可根据信号不同频率成分，自动调节取样密度，实现对信号消噪处理；但小波变换在频谱分析方面没有显示出明显的优越性。

3.4同步采样处理

采样点应均匀分布在一个信号周期内，即实现严格的同步采样，否则会引起信号频谱泄露，造成很大的测量误差。由于硬件同步技术硬件结构复杂，提高装置制造成本，因此本文采用软件同步来实现同步采样。软件同步实质是一种补偿方法，主要想法采用软件方法跟踪信号频率的变化，利用可变窗函数来实现信号周期的同步采样，以减少频谱泄露造成的误差。而软件同步的关键是如何实时检测和确定信号的频率。可直接通过对电压或电流信号的采样值进行处理，配合数字滤波技术求得信号过零点并得到信号频率，从而实现对信号的同步采样，同时完成信号频率的测量。这种检测和确定信号频率的方法计算简单，跟踪速度快，装置的采样率较高，能够得到较高的测量精度，完全可以满足工程实际的需要。

结语

随着我国电力系统的快速发展，以及用户对供电可靠性要求的逐步提高，配网设备的试验工作成为生产管理工作中的重要组成部分。实际上，由于配网项目大量投运，配网设备试验工作存在客观阻碍因素，因此许多试验现场出现监督不到位、试验数据管理不完善、试验报告不规范的现象，对提高配网设备健康水平，保证电网安全可靠运行带来阻碍。综上所述，此产品设计创新性地将电压、电流和温度数据的采集集成为一体化设计，降低了配网运行设备数据采集的设备部署难度，模块通用电路的一体化设计降低了产品生产成本，也同时降低了设备的部署和维护成本，为配网运行设备数据的智能化采集搭建了可靠的应用基础。

参考文献：

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