浅析变电站监控系统遥测数据的采集和通信原理
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【摘要】电力是国家经济发展和人类生活不可或缺的重要部分，而变电站是电力系统中输电和配电的集结点，是电力系统的重要组成部分。随着现代科技技术的创新和经济的迅速发展，变电站监控系统更是电力系统中的核心，而遥测数据采集和通信网络更是变电站监控系统中的重要部分，通过阐述变电站系统中遥测信息内涵，介绍变电站监控系统中遥测数据采集的基本装置模式以及通信装置、运动装置和以及遥测数据故障处理方法，从而使得遥测数据采集和处理更加数字化、自动化、智能化、高效化和可靠性，进而促进变电站电力系统的完善，推动整个国家电力系统的进步和发展。
【关键词】变电站监控系统；遥测数据；通信
近年来，随着计算机技术、网络技术和信息技术的迅速发展，变电站监控系统中遥测数据的采集和处理系统不断更新和完善，从而使得使得变电站的遥测数据采集和处理系统更加高效、安全稳定和可靠。而IEC61850标准等在变电站监控系统遥测数据采集处理和通信模式中发挥了很大的作用，使得数据更加快捷的接入和处理，也使得通信原理更加可靠性和高效性，进而促进变电站监控系统不断完善和进步。
1.变电站监控系统中的遥测数据信息
变电站（英文称Substation），是电力系统中输电和配电的集结点。目前的变电站监控体统是一种智能化、数字化、自动化和网络化的系统。变电站系统中的遥测数据信息是指利用远动的遥测功能采集的数据信息，遥测数据信息的传输主要是通过多种渠道与装置将遥测数据的各种参数传送到变电站的，遥测数据信息主要分为电量与非电量两种形式，其中电量主要包括母线电压、系统频率、电流流动电力设备（即发电机与变压器）以及输电线的有功功率、无功功率和电流，而非电量主要包括发电机机内温度和水电厂水库的水位等。这些信息中电量的电流、电压与功率是随着时间变化的，而电量中的电流、电压以及功率变量主要通过互感器与变送器将要遥测的交流强电信号变成0-5V或0-10mV的直流信号，之后再送入变电站的监控系统，或者也可以将要遥测的交流强电信号变成幅度较小的直流信号进而送入监控系统，之后再由监控系统进行交流信号采样。遥测数据信息的传输主要是从变电站向电力调度中心传送的过程，或者从下级电力调度中心向上级电力调度中心传送的过程。因此在变电站系统中的遥测数据信息的采集与处理是电力系统正常运行的关键。
2.变电站遥测数据采集
2.1 遥测数据信息的采集系统
变电站为了使得遥测数据信息采集系统更加灵活、可靠与安全，因此变电站的遥测数据信息采集系统是采用模板化的结构，其中各个模板都发挥了一定的数据采集与处理能力。遥测数据信息采集系统的模板主要是MAIN主模板，该模板的主要功能有数据处理、流程控制、远程通信等，另外遥测数据信息采集系统还包括一些辅模板，即I/U模板、PSYN模板、RF调制解调模板以及信号输入防雷模板等。变电站的遥测数据信息采集系统具有故障自检能力，及对遥测数据不正确情况引发的变电站故障可以自己检测故障点，进而发挥自检功能对变电站进行快速检修，确保变电站的正常运行。在遥测数据采集系统中大力应用了单片机的原理，通过在MAIN主模板上应用具有ISP和IAP能力的容量较大的FLASHRON单片机，可以进行远程遥测数据信息，无需技术人员站到遥测地点进行遥测，因此这种单片机原理的应用可以在交通恶劣的地方发挥了更大的作用，进而极大减轻维护工作量，提高维护效率。
2.2 变电站遥测数据信息采集的流程
遥测数据采集系统中的CPU采用的是单片机8031，单片机8031内部的寄存器件30H中存放有遥测量选通通道（00H-1FH），并且在遥测数据采集流程中初始化为00H，同时启动一次A/D转换，以此触发中断，之后将A/D转换的数据存入到单片机6264中，其要测量选通通道为2000H-203FH，此时注意低字节在前，高字节在后。变电站遥测数据信息采集的流程，如图1所示。
3.遥测数据采集系统的基本装置模式
遥测数据采集系统基本装置的工作流程是将变电站的遥测数据传送到电力调度中心，首先，可以通过电流变送器、电压变送器和功率变送器将遥测数据中交流信号和电量参数传送到变电站，再由变电站的变送器和传感器将交流信号转换为直流模拟信号，这些直流模拟信号受到模拟多路开关的控制分时接入模拟数据转换电路，然后使用线性系统循环码进行编码和计算，从而获取实际的电流数字量，然后进行同步的信道调制、信道译码，将遥测电能量通过在遥测CRT显示器上显示出来，通过主计算机和模拟屏的校队发现数据不对时，应该返送校对和核查，纠正错误。变电站遥测数据采集系统的基本装置模式工作流程，如图2所示。
4.变电站监控系统的通信原理
4.1 基于数字化IEC61850标准的遥测数据采集和处理
（1）IEC61850标准是目前关于变电站通信网络和系统的最先进国际标准，我国许多电力企业都将全面使用IEC61850标准，可以有效降低变电站遥测数据采集成成本和维护费用，进而充分利用系统资源，提高变电站遥测数据的可靠性，促进电力企业陆续推出很多符合IEC61850标准的产品.
（2）IEC61850标准的主要内容包括含义完整的信息模式、通信模式等建模步骤，它是为了实现将功能先分解然后再组合的过程。IEC61850标准为了实现不同厂家的IED之间的互操作性，通过标准的信息分层、面向对象的自我描述、数据对象统一建立模式以及通信服务映射等技术建立数据采集处理的无缝通信系统，而这种无缝通信系统广泛应用于变电站遥控数据的采集和处理过程，不仅加快了遥测数据采集和处理速度和效率，而且提高了变电站数据库的完整性、可靠性、互操作性、稳定性和信息可扩充性。
（3）IEC61850标准的面向对象的自我描述特征是指利用面向对象的、面向应用开发的自我描述方式来采集处理数据肯信息，具体地说是指在数据源就对监控对象本身进行自我描述，使得接收方收到的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行对应及标度转换等工作，使得不同设备之间、不同厂址之间实现数据接入胡互操作性，从而简化了对遥测数据的采集处理和维护过程，提高变电站遥测数据采集的速度。图3所示就是以stVal为例子的数据自我描述示例。
5.基于变电站远动装置的遥测数据采集与处理
为了完成变电站与调度中心之间的远距离信息的自动输送，必须利用远动技术和远动系统，采用远动装置。变电站远动装置既包括一种很简单的单一对象控制的简单远动系统，又包括一种很大的综合系统，但无论是哪种类型的远动装置，其远动系统总的功能就是远距离进行人或计算机和计算机之间交互信息。基于变电站远动装置的遥测数据输入方式主要包括两种，即查询方式和中断方式，其中查询方式主要是利用CPU（中央处理器），按照时间周期，对保存信号的输入/输出接口进行扫描，然后将扫描到的数据存入计算机，便于后续进行优化电路工作。在实际应用过程中，这种查询方式的应用范围比较普遍，这是由于查询方式的编程比较简单，使用简便。而中断方式是指一旦开关量输入发生变化，则接口电路就会通过中断线向处理机处于中断允许状态，当它完成当前的命令后可进入中断处理程序。中断处理程序的时间通常不长，只是进行一些紧急情况处理工作，如利用在远方终端中的随机存储器作内存，可将采集到的开关状态存等遥测数据放在内存单元中。当下次再对开关状态遥测采集时，可通过新采到的状态与原来的状态进行比较，来判断开关状态是否变位，若发生变位时，可将事件顺序记录下来，然后再返回到原来的断点继续扫描过程。
6.测数据采集系统的变电站故障处理
变电站监控系统中遥测数据的采集还应用了电网自动电压控制系统，由于这种电网自动电压系统在各等级电压的电网节点都安装了检测装置，该控制系统的主要检测装置包括变压器、电容器与线路，其中变压力的功能是通过测量变压器的有功功率、无功功率和母线电压以及接头档位和各侧电流值，以此确定变压器的运行状况、各侧开关状态和各测母线电压情况等，电容器的功能是采集电容器开关上的有功功率、无功功率与电流值等，而线路的功能是采集流经线路的电流值以及该线路上的有功功率和无功功率等。，另外这种电网自动电压控制系统的工作原理主要是通过采集各电网节点的遥测数据对电网的运行状况进行分析，以此检测变电站是否存在故障，以及准确的确定变电站发生故障的故障点，进而便于快速检修故障，确保变电站快速进入运行状态中，最终做好遥测数据的采集和处理工作。
7.结论
变电站遥测数据采集系统是电力系统中的重要部分，因而不断改善变电站的监控系统是很重要的工作内内容，随着现代计算机网络技术的深入发展，全面的应用电子技术和电子自动化技术，使得变电站监控系统在采集和处理遥测数据更加快捷和便捷，同时变电站监控系统的通信原理更加完善和实用化，进而推动变电站监控系统实现高效性、实用性、稳定性和可靠性，实现了不同厂址之间、使用商之间的互操作性，从而开发出更好的产品。进而促进经济的发展和人类生活水平的提高。
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