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，變電站數據采集模式的發展方向。
關鍵詞：光電互感器 Rogowski線圈 多路數據服務器
1 光電互感器
目前變電站數據采集模式分兩種，綜自站模式和常規RTU模式。這主要是針對常規PT和CT而言。隨著光電互感器的出現，傳統的數據采集模式已不能適應隨光電互感器而加速的數字化變電站的需要。因為光電互感器的輸出全是數字信號。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原理的Rogowski線圈以及串行感應分壓器實現的混合式交流電流電壓互感器。傳感頭部件包括串行感應分壓器、Rogowski線圈、采集器等。傳感頭部件與電力設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換成數字信號。采集器與合并器間的數字信號傳輸及激光
電源的能量傳輸全部通過光纖來進行。
為兼顧光電互感器能夠與傳統互感器混合應用，合并器除了可以接收并處理來自多個采集器的數字信號外，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輸入通道，可以接受變電站信號以同步連接的各采集器；如果變電站同步信號丟失，合并器將告知二次設備采用插值法進行同步。當變電站同步信號源或同步源丟失時，可以手動設定一臺合并器工作于同步信號輸出，其余合并器接收。
合并器還可以通過輔助CPU和擴展開入開出直接提供保護、測量等功能，同時通過光纖以太網接口給監控、測量等裝置提供數據。
光電互感器的以上特點決定了其具備以下優點：
a) Rogowski線圈實現的大電流傳變，使得光電電流互感器具有無磁飽和、頻率響應范圍寬、精度高、暫態特性好等優點，有利于新型保護原理的實現及提高保護性能。電流互感器測量準確度達0.1級，保護優于5TPE。光電電壓互感器采用了串行感應分壓器，測量精度達到0.2級，并解決了傳統電壓互感器可能出現鐵磁諧振的問題。
b)采集器處于和被測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光纖相連，數字信號在光纜中傳輸，增強了抗干擾性能，數據可靠性大大提高。
c)光電互感器通過光纖連接器的高低壓部分，絕緣結構大為簡單。以絕緣脂替代了傳統互感器的油或SF6，互感器性能更加穩定，同時避免了傳統充油互感器滲漏油現象，也避免了SF6互感器的SF6氣體對環境的影響。無需檢壓檢漏，運行過程中免維護。
d)無油設計徹底避免了充油互感器可能出現的燃燒爆炸等事故；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致危及設備或人身安全等問題不復存在。
e)光電互感器完備的自檢功能，若出現通訊故障或光電互感器故障，保護裝置將會因收不到校樣碼正確的數據而可以直接判斷出互感器異常。
f) 價格低廉的光纖的應用，大大降低了光電互感器的綜合使用成本。由于絕緣結構簡單，在高壓和超高壓中，光電互感器這一優點尤其顯著。
2 新型站端綜合數字化數據采集裝置
�。�1）在變電站傳統的數據采集模式中，為集中處理分布在不同地點的數據，需要鋪設大量的電纜，變電站端主機利用計算機插槽中的數據采集卡，通過標準的RS-232/422/485或網絡等方式，進行數據的雙向傳輸。數據采集卡與數據處理計算機的數據交換通過計算機內部總線方式，以DMA完成。
但是，數據采集卡有其自身無法克服的缺陷：
1、受計算機插槽數量的限制，計算機無法采集較多路的外部數據；
2、占用系統資源較多；
3、只能為一臺主機提供數據；
4、外部接線繁瑣，無法規整；
5、更換串口困難，排除故障效率低。
�。�2）為適應數字化變電站的需要，必須開發新型變電站端綜合
智能采集裝置，筆者在此暫定義為多路數據服務器。
多路數據服務器，應充分發揮現代網絡技術的優勢，最好以嵌入式系統為核心，獨立完成多路的數據通訊及處理，通過以太網或串口，將數據送往當地的計算機。
多路數據服務器應克服數據采集卡的諸多弊病，以一種松耦合的方式，靈活地提供數據傳輸和處理的有效的方式，在電力系統
自動化行業應用中必將得到越來越廣的應用。
因為嵌入式系統本身具有強大的CPU及存儲能力，LINUX操作系統又提供了安全、穩定的基礎環境，整體的硬軟件性能指標均達到了工業級標準，所以基于嵌入式系統開發的多路數據服務器除了能夠滿足一般的透明數據傳輸需求外，還可以借助精心設計的開發環境，獨立完成數據預處理及轉發任務，并可以靈活滿足不同的現場應用需求，以其可靠的性能，為用戶提供理想的通訊和數據處理手段。
筆者初步設想該多路數據服務器的初級產品：支持8/16個RS-232C/RS422/RS485串行數據通訊端口和8/16個以太網網絡通訊端口。與主機間通過2個以太網網絡端口通訊（1個10M，一個10/100M）。采用TCP協議實現數據交換。作為單純的數據服務器，完成數據的透明傳輸任務， 同時還應提供強大的二次開發環境。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，在調試成功后，再將程序下裝至多路服務器中運行。這樣，利用多路數據服務器32位CPU、穩定的LINUX嵌入式操作系統和大容量內存，對經過數據服務器的數據進行靈活的數據處理、存儲、分發、重定向等操作。從而可以為用戶提供異常靈活的解決方案，以完成用戶和現場靈活多變并不斷增長的需求。
軟件系統結構圖如下：
設備程序軟件設計是利用μClinux平臺進行的嵌入式系統設計，主要是對各種硬件進行相關操作以保證硬件能正常、協調的工作。主要包括：
各硬件通訊模式和工作模式的選定與設置；
相關讀寫的動作實現；
流控制的設置與實現；
DMA控制器的使用；
不同數據格式之間的轉換與傳輸以及與上層軟件的通訊接口等等；
3 二次開發應用實例
本產品的設計，主要是完成多路數據的接入。而二次開發則是在此基礎上的一個應用。通過二次開發，使產品具有規約解析的能力，完成一些比較復雜的工作。由于經過二次開發，產品中含帶了規約解析模塊，可以接入多種不同的數據格式，轉出相同的數據格式，完成通訊管理機的功能。
舉例說明：
現場情況：一個實際的工程現場，需要接入部CDT,DNP3.0,BUBAN101,MODBUS等類型的規約數據，實際的上位機系統目前只能接收解析部頒CDT規約，如何完成實際工程？
根據實際情況，我們可以通過兩種途徑來實現工程需求：
1．在上位機開發其他幾種通訊規約。
2．利用多路數據服務器的二次開發功能，開發通訊規約，形成中間數據，并轉換成部頒CDT規約發送給上位機。
上述兩種途徑都可以解決問題，但是在上位機修改困難或者無法修改上位機程序的情況下，這時，利用多路數據服務器提供的二次開發功能，就可以完全解決上述問題。在啟動其中的另外幾個非部頒CDT規約接收并解析數據，存入到多路數據服務器數據緩沖區，形成中間數據，然后在通過部頒CDT規約轉發給上位機，完成數據的采集轉換功能。
