交流采样技术原理

交流采样技术一、内容提要

1、交流采样的原理

2、远动规约简介

3、数据修约

4、校验规范及管理

第一部分交流采样原理

交流采样测量装置的定义

交流采样测量装置是将工频电量量值电流、电压、频率经数据采集、转换、计算的各电量量值（电流、电压、有功功率、无功功率、频率、相位角和功率因数等）转变为数字量传送至本地或远端的装置。

交流采样测量装置：采用交流采样测量技术的远动终端设备、智能化单元、厂站测控单元、功角测量装置、高压检测设备、保护测量一体化装置等测量控制装置。P/Udc直流采样RTUQ/UdcU/UdcI/Udc主站系统U(t)I(t)直流模拟量直流模拟量直流模拟量直流模拟量数字量P、Q、U、IA/D远动通讯规约交流采样RTU测量单元中央通讯单元

数字量P、Q、U、I

内部通讯协议U(t)I(t)主站系统数字量1、2、3、4远动通讯规约变电站数字通信线调度中心直流采样交流采样交直流采样对比交流采样：测量精度高、速度快，准确度完全取决于其内部采样模块及数据处理模块的速率和精度。直流采样：受变送器的精度和稳定性的影响。准确度取决于变送器的准确度及A/D转换的精度。现场常见交采装置

应用现状

交流采样测量装置是厂站自动化系统中的测量部分，因其直观的数字显示、准确的测量量值、数字技术的应用已广泛应用于各发供电企业；它代替了传统的电测量指示仪表和变送器，在电力系统中的应用越来越广泛。自动校验方法交流采样RTU测量单元中央通讯单元

数字量P、Q、U、I

内部通讯协议U(t)I(t)主站系统数字量1、2、3、4远动通讯规约交流采样校验装置显示单元通讯通讯第二部分远动规约简介远动规约（协议）远动规约（协议）是在远动系统中，为了正确地传送信息，必须有一套关于信息传送顺序、信息格式和信息内容等约定。这一套约定称为规约（协议）。

在国际上有多种远动规约，从传输远动信息的方式上归结为两种：一种是循环数据传输方式

CyclicDigitalTransmit(CDT)

一种是询问方式也叫问答方式

Polling远动规约（协议）的特点

CDT方式，远动设备将远动信息按约定的先后次序排列并依次循环向调度中心发送。

Polling方式，其特点是由调度中心主站端主动地按顺序依次“询问”各厂站的信息；厂站远动设备仅在被受到主站端“召唤”时，才能够“回答”即送出自己的信息。

遥信：主要是指远程测试开关的当前状态，如是否合闸，是否储能等。

遥测：主要是指远程遥测线路上的电压、电流、功率等量值。

遥控：主要是指对远程的一些设备进行远程控制。

遥调：主要是指对远程的设备进行远程调试。交采自动校验中常见规约Polling工作方式与自动检定

Polling方式为问答式，即主站问，从站答。Polling方式通讯规约种类较多，各规约之间虽有区别，但一段工作方式类似。

主站RTU问答IEC870-5-103规约简介

本标准提供了继电保护设备（或测控设备）的信息接口规范。本标准适用于将继电保护和测量控制功能组合在一个设备内，只有一个通讯口的设备的信息接口，以及继电保护和测量控制功能分别由不同设备完成其功能的设备的信息接口。本规约属于问答式规约。在任何情况下，子站都不准主动向主站发送信息。交流采样检测系统通讯交流采样校验装置交流采样RTU①IP地址②装置地址③端口号④遥测点号①型号②技术指标③端口号④COM口上位机软件标准装置厂家RTU厂家RS232RS485103规约报文格式简介1·固定帧长帧格式启动字符10H控制域（C）地址域（A）帧校验和（CS）结束字符（16H）2·可变帧长帧格式启动字符68H长度L长度L（重复）启动字符68H控制域（C）地址域（A）链路用户数据（可变长度）帧校验和（CS）结束字符（16H）控制域的定义：备用01

PRM启动报文位0帧计数位FCB要求访问位ACD帧计数有效位FCV数据流控制位DFC23222120功能码初始化:主站:1060036316子站:1020032316主站:107a037d16子站:68151568280305810403a0030241424220202020200b42050b1f16召唤1级用户数据:主站:105a035d16子站:68121268280302810103a05a0100000d00ab74220200fd16召唤2级用户数据:主站:105b035e16子站:680a0a68080303010203a0907017cb16报文实例功能码序号帧类型功能帧计数有效位FCV的状态0发送/确认帧复位通信单元01-2---3发送/确认帧传送数据14发送/无回答帧传送数据05-6---7发送/确认帧复位帧计数位08---9请求/响应帧010请求/响应帧召唤1级数据111请求/响应帧召唤2级数据112请求/响应帧召唤保护测量值-继电保护设备向控制系统传送的帧中功能码的定义：功能码序号帧类型功能0确认帧确认1确认帧链路忙、未收到报文2-5-备用6-7-制造厂和用户协商定义8响应帧以数据响应请求帧9响应帧无所召唤的数据10-备用MODBUS简介以下例子是读取17号从站模出点0107-0109的状态。应答数据高字节在前。107是555，108是0，109是100。

第三部分数据修约

测量误差及其表示方法1．绝对误差及其表示法绝对误差定义为测量结果与被测量的真值的差值。

由于真值A0是一个理想值，是不可知的。实际应用时，常用精度高一级的标准器具的示值作为实际值来代替真值。与绝对误差大小相等、符号相反的量值称为修正值。2．相对误差定义为绝对误差与读数值的百分比。3．引用误差定义为绝对误差与测量仪器满度值的百分比。准确度等级与误差极限

交流采样测量装置的误差计算，规定使用引用误差概念计算其误差。目前常用的交流采样设备有0.1，0.2，0.5，1.0等多个等级

等级指数0.10.20.51.0误差极限±0.1%±0.2%±0.5%±1.0%交流采样设备按下列规定进行修约等级指数0.10.20.51.0修约间距0.010.020.050.1数据修约方法

1、按末位数为1的整数倍修约（RTU等级为0.01级、0.1级、1级等）①确保保留的位数②要保留的下一位数与5比较（1）>5进位（2）<5舍去（3）=5看当前位（奇数进位，偶数舍去）例：数据1.0460.0832.9971.0551.045

修约1.050.083.001.061.04

数据修约方法

2、按末位数为2的整数倍修约（RTU等级为0.02级、0.2级、2级等）①确保保留的位数②看保留位（1）偶数：后面数舍去（2）奇数

a.奇数后有数，进位。

b.奇数后为0，修约后取最近能被4整除的数值。例：数据0.0160.0492.0301.0880.011

修约0.020.042.041.080.02

数据修约方法

3、按末位数为5的整数倍修约（RTU等级为0.05级、0.5级、5级等）①确保保留的位数②看保留位和下一位，舍在一起记为a,

（1）a《25，舍去。（2）a》75，进位。（3）25<a<75,变为5.

例：数据0.2471.3692.7860.2150.275

修约0.251.352.800.200.30

举例分析

RTU精度：0.5级计算修约误差二次标准值二次测量值修约误差(%)0.008A0.000A-0.155.000A5.003A？866.06W866.78W0.10

①计算RTU误差：=

②数据修约：0.0600.05第四部分

校验规范及管理

引用标准《交流采样测量装置检验规范和作业指导书》

Q/GDW140—2006《交流采样测量装置运行检验管理规程》GB/T13729—2002《远动终端设备》DL/Y630—1997《交流采样远动终端技术条件》适用范围

本规程适用于国家电网公司系统中各电力调度、生产、试验以及从事交流采样技术的科研、设计、制造等单位。接入电网运行的发电厂、变电所（不论管理形式和产权归属）、小电网等的交流采样测量装置的运行检验管理应遵守本规定。

电力系统使用的交流采样测量装置，在出厂前应按照规程规定项目进行检验并出具检验报告。验收应邀请对该装置有调度管辖权的调度机构技术人员参加。检验的过程、方法、设备、环境及人员资质应符合相关标准、规定，供货厂家应该提供检验方法和真实、详细的检验记录，并由验收各方签字后存档。为便于检验，交流采样测量装置应具有维护监视接口并带有校验接口。

出厂检验投运前检验交流采样测量装置在完成现场安装调试投入运行前，必须经有资质的检验机构进行检验，检验项目按规程规定。投运前检验采用虚负荷检验方法进行。对规程规定的检测点应进行全部的检验，检验合格率全合格的产品方可投入使用。周期检验（1）已经投入运行的交流采样测量装置，按投运日期制订周期检验计划，确定检验时间。（2）检验宜结合一次设备检修进行。（3）测量点检验率应为100%，对不合格测量点的装置应进行调整，调整后仍不合格的检验装置应及时更换。周期检验项目1、外观检查2、电流基本误差3、电压基本误差4、有功基本误差5、无功基本误差6、超越定值传送7、通道监视8、信息交换9、响应时间检验条件

正常情况下，检验环境条件宜不超过下列范围：

a、环境温度：+15°C~+35°C

b、相对湿度：25%~75%

c、大气压力：86kPa~106kPa

基本检验设备a、数字万用表；b、多功能标准表或现场校验仪；c、标准校验装置；d、钳形电流表。

标准检验装置的要求

标准装置一般应提供与交流采样测量装置的通讯接口，以实现对不同通信规约的交流采样测量装置的各工频电量的自动校验，校验数据应能保存及导出。⑴必须具备自动检验功能；⑵必须具备灵活、便利的手动校验功能；⑶提供相应的数据管理软件功能；⑷原始记录数据应提供多种数据导出功能；

标准检验装置的检定标准检验装置应定期送上一级计量检定部门进行检定，其检定周期为一年。

校验交流采样测量装置时所用标准装置应符合国家对计量器具制造的相关要求，其主要技术指标应符合表1和2的规定。

表1校验交流采样测量装置的标准装置被检测量装置的等级指数0.10.20.51.0标准检验装置的等级指数0.020.050.10.2

标准装置的技术指标标准装置的等级指数0.020.050.1电压、电流稳定度（%）0.010.020.05功率稳定度（cosφ=1和0.5）0.010.020.05表2标准检验装置的稳定度

标准仪表应有足够的标度分辨力，使所取得的数值等于或高于被测量准确度等级的1/5。

检验方法1、交流采样测量装置检验工作应严格按照国家、行业及电网公司有关电业安全工作规程执行。确保工作票制度、工作许可制度、工作监护制度、工作间断和转移及终结制度的执行，按安全操作步骤要求开展工作。2、维护终端或当地显示装置及主站上读到的数据是经过超越定值判断后的数据，检验开始前应把超越定值设置为零，以保证数据的刷新频率和数据的准确度。

外观检查交流采样测量装置的外壳上应有明显的标志和符号，且符合国家标准有关规定：包括制造厂家或商标、制造厂的产品型号和名称、出厂编号、准确度等级、被测量范围、辅助电源值、被测量种类和线路数、试验电压等。绝缘电阻测量选用相应电压级别的绝缘电阻表测量，测量时间不少于5s。测量整机对地绝缘电阻时，对弱电回路应采取防护措施，如短接有关电路等。交流采样测量装置正常试验大气条件下的绝缘电阻的应符合下表的要求。

绝缘电阻的要求额定绝缘电压Ui绝缘电阻要求（MΩ）≤60V≥5MΩ(用250V绝缘电阻表)＞60V＞5MΩ(用500V绝缘电阻表)注：与二次设备及外部回路直接连接的接口回路绝缘电阻采用Ui大于60V的要求。

基本误差的检验基本误差检验采用虚负荷方法进行。在线（实负荷）校验使用标准测量装置对现场运行的交流采样测量装置实施在运行工作状态下的实负荷在线测量比较。这种方法适用于比较当前运行状况时某一点的误差。

电压、电流基本误差检验

保持输入量的频率为50Hz，谐波分量为零，依次施加0%，20%，40%，60%，80%，100%，120%的交流电压或交流电流，读取标准装置中输入值Vi、Ii，同步读取交流采样测量装置测量值Vx、Ix。分别由（1）、（2）式计算出其基本误差Eu和Ei。

（1）（2）基本误差取Eu和Ei的最大值。

有功、无功基本误差检验保持输入量的频率为50Hz，保持输入线电压为额定电压，功率因数按参比条件，改变输入电流为0%，20%，40%，60%，80%，100%，120%，读取标准表的输入值，记为Pi、Qi；同时读取维护终端或当地显示装置的显示值，记为Px、Qx。有功功率、无功功率的基本误差Ep和Eq按式（3）和（4）计算：

(3)(4)基本误差取Ep和Eq的最大值。

依次改变输入频率，读取标准装置中输入值fi，同步读取交流采样测量装置测量值fx。由（1）式计算出基本误差Ef。

…………（8）

式中：AF——为输出基准值（一般为10Hz：55Hz－45Hz=10Hz）频率基本误差校验保持输入电压和电流为标称值，依次改变相位角，读取标准装置中输入值PFi，同步读取交流采样测量装置测量值PFx。由（1）式计算出基本误差EPF。

………（1）

式中：AF——为输出基准值（一般为：1.0）功率因数基本误差校验电流（A)电压（V)频率（Hz）1额定电压505额定电压50标称值标称值50

运行检验技术指标

交流工频模拟量标称值

允许工频量误差的极限等级指数0.10.20.51.0误差极限±0.1%±0.2%±0.5%±1.0%

被测量的参比条件被测量参比条件电压电流功率因数有功功率标称电压±2%从零到标称值内的任一电流cosφ=0.5(L)～1～0.5(C)无功功率标称电压±2%从零到标称值内的任一电流sinφ=0.5(L)～1～0.5(C)相角或功率因数标称电压±2%在标称40%～100%范围内的任一电流——频率标称电压±2%————三相电量对称电压1）对称电流１）——1）三相对称系统的每一相电压和线电压与其对应的平均值之差应不大于1%。2）各相中的电流与其对应的平均值之差应不大于1%。3）任一相电流和该相电压（相对中线）的夹角与其他任一相的电流、电压夹角之差应不大于2°。

交流采样测量装置由影响量引起的以等级指数的百分数表示的改变量应不超过下表的规定。影响量的标称值使用范围和允许的改变量影响量标称值使用范围极限允许改变量(以等级指数百分数表示)环境温度室内①：-5℃，45℃100%被测量的不平衡度断开一相电流100%被测量频率45Hz～55Hz100%被测量的谐波含量20%200%被测量的功率因数L0≤cosφ(sinφ)＜0.5100%C0≤cosφ(sinφ)＜0.5100%被测量超量限120%50%被测线路间的相互作用仅一侧量元件的电压为标称值，电流为0；其他侧量元件的电流为标称值，电压为0；100%---------注：①其它技术指标参见Q/GDW140-2006的表5

允许改变量指标被测量超量限引起的改变量检验a、在输入标称值的100%时测出基本误差。b、在输入标称值的120%时测出误差。c、两个误差之差不应超过等级指数的50%。

设备电源引起的改变量检验在参比条件下，测定交流工频输入量的输出值，记为；改变交流采样测量装置的电源电压为额定电压的+20%~-20%，测定与参比条件下相同点上的输出值，记为；计算电源电压引起的该变量：三相功率测量元件之间相互作用引起的改变量检验

在参比条件下，仅一个测量元件的电压按其标称电压通电，电流为零。其他每一元件的电流输通以标称电流，电压为零。此时三相功率为零，是电压和电流之间的相位角在0°~360°之间改变，记录输出地最大偏离值。对应于输入为零时，输出的最大偏差应不超过等级指数的50%。

连续通电检验在电源电压为额定值、正常运行负载条件下，设备应进行不少于72h的连续稳定的通电试验，以考其稳定性。通道监视检验在运行状态下，装置应能监视通道（接口）的收发指示灯是否正确，或监视画面中的通道（接口）工作状态是否正确。信息交换检验对被测交流采样装置施加标准信号，按规程规定进行检验，在装置显示屏或当地主站、维护终端屏幕上校对和记录遥测数据，结构符合规程规定的技术性能要求。响应时间试验在交流工频电量输入回路施加一个信号，其值为标称值的10%到100%或100%到10%，观察到对应的数值变化，并记录下从施加信号到数值变化的时间。此时间，在交流采样测量装置的显示屏显示时应不大于1s，在交流采样测量装置维护接口显示时间应不大于2s，在当地主站、模拟主站显示时应不大于3s。对“0”点的说明对于校验点中选定的“0”点，必须加以重视。通常所指的量值是有一个相对的参考点，没有这个参考点,量值就不能统一，校验点中的“0”点就是其他每个校验点的参考点，在校验过程中一定要对“0”点进行校验并记录。运行管理1、投入运行的交流采样测量装置，应纳入电测技术监督范围，明确专职维护人员，建立相应的运行维护记录。⑴建立交流采样测量装置的台帐；⑵建立交流采样测量装置基本误差检验的原始记录；⑶制订交流采样测量装置周检计划；⑷建立标准设备档案资料；⑸建立健全管理制度。(6)按周期送检标准测量装置；(7)保存校验数据及技术参数；(8)必须应用计算机管理手段。交流采样测量装置管理的内容2、投运装置应具备的资料1、出厂检验报告、出厂整定参数、使用手册、采样校准方法等。2、竣工安装图、电缆清册和安装调试报告、与现场符合的安装接线图和二次回路接线图等。3、历次检验报告、变更记录。4、运行维护记录，主要包括停用、投入、故障、检查、缺陷处理、运行情况分析记录、维护人员及环境条件等。5、交流采样测量装置的周期检定计划等。上述资料应由运行维护单位和专责维护人员负责保存和归档。检验报告和记录应同时报对其有调度管辖权的调度机构备案。3、运行中的交流采样测量装置整定值的变更、交流采样测量装置停运和投入，按有关规程规定，应征得对其有调度管辖权的调度机构同意，并通知相关调度。运行检验管理1、运行检验包括交流采样测量装置投入运行后的周期检验、临时检验和现场比较。在进行交流采样测量装置的运行检验工作时，应严格执行《国家电网公司电力安全工作规程》交流采样测量装置校验时，保证安全组织措施的具体内容①在带电的电压、电流互感器二次回路工作时，必须执行工作票制度；工作许可制度；工作监护制度；工作间断、转移和终结制度。②对现场工作应进行危险点分析，制定出相应的安全措施。③现场操作至少有两人一起工作，有一人进行安全监护。④应在工作区范围设立标示牌或护栏。⑤现场工作必须具备良好的照明条件。电压互感器二次不允许短路

电压互感器本身阻抗很小，如二次短路时，二次通过的电流增大，使二次保险熔断，影响表计指示及引起保护误动作的可能。1.电压互感器二次接地属于保护接地，主要是防止一、二次绝缘击穿。2.二次回路绝缘水平低，若没有接地点，高电压会使绝缘损坏更严重。

4、周期检验（1）已经投入运行的交流采样测量装置，按投运日期制订周期检验计划，确定检验时间。（2）检验宜结合一次设备检修进行。（3）测量点检验率应为100%，对不合格测量点的装置应进行调整，调整后仍不合格的检验装置应及时更换。运行检验管理运行检验管理5、临时检验系统运行中，运行维护人员如发现或怀疑交流采样测量装置的数据不准确或有明显偏差时，应按照检验规程中规定的程序和方法，使用标准检验装置按规程要求对交流采样测量装置进行检验。6、现场比较交流采样测量装置的测量出现异常时，采用现场比较方法进行测试，测试期间不允许对交流采样测量装置的误差进行调整。7、检验周期交流采样装置的采样值是通过数字（参数）方法进行校准的，检验周期最长不得超过三年；交流采样装置的采样值是通过模拟（电阻器调节）方法进行校准的，检验周期最长不得超过两年；应用实例交流采样校验装置交流采样

RTU通讯口通讯口接线原理交流采样RTU测量单元中央通讯单元

数字量P、Q、U、I

内部通讯协议U(t)I(t)主站系统数字量1、2、3、4远动通讯规约交流采样交流采样校验装置公共接口动态数据库动态数据库公共接口交流采样检验软件电力行业标准电力行业标准计算机RTU厂家标准装置厂家标准装置厂家交流采样校验装置计算机与标准校验装置通讯RS232接口，采用标准装置厂