电力监控系统智能测控仪表的研究与设计

测量电路时，假定输入电压的额定值为220V，输入电流的额定值是5A，输入电压信号先经过一个110kΩ电阻，将其变换为-2mA~2mA的电流信号，然后使用2mA/2mA电流互感器进行采样，输入电流直接使用5A/5mA的电流互感器进行采样，采样后的信号经过调理电路后，送给ATT7022D的差分信号输入端，所设计的测量电路如图3所示。图3中的UAP、UAN为输入电压UA经采样和信号调理后的差分输出端子，同理输入电压UB的差分输出端为UBP和UBN，输入电压UC的差分输出端为UCP和UCN;IAP、IAN为输入电流IA经采样和信号调理后的差分输出端子，同理输入电流IB的差分输出端为IBP和IBN，输入电流IC的差分输出端为ICP和ICN。

2.2.2 通信接口电路设计

RS485总线接口电路如图4所示，图中RSM485D是集成双路电源隔离、电气隔离、RS485接口芯片和总线保护器于一身的双路隔离收发器模块，具有很好的隔离特性，隔离电压高达2500VDC。图4中的TXD1和TXD2是RSM485D发送端，RXD1和RXD2是RSM485D接收端，它们分别与微控制器的发送端和接收端相连;SCK1和SCK2为分别为两路RS485总线的控制信号，当它们为高电平时RSM485D的接收使能，当其为低电平时RSM485D的发送使能。

以太网接口如图5所示，图中的ENC28J60是美国微芯科技公司推出的以太网控制器，内置以太网媒介访问层(MAC)和物理层(PHY)，可按以太网协议可靠地收发信息包数据，采用标准的SPI串行接口与微处理器相连，LEDA和LEDB用于网络活动状态指示。

2.3 智能测控仪表的硬件配置图

该智能测控仪表具有10路无源开入接口、2路继电器开出接口和2路4~20mA电流输出接口，其硬件配置图如图6所示^[9]。图中端子1~4为4~20mA电流输出端子，也可以根据需要设定为脉冲输出端子;端子13为RJ45通信接口;端子14、15为RS48总线接口;端子16、17为仪表固定开入接口，端子5~12为扩展开入接口，端子18为仪表自产+24V电源接口;端子19~22为继电器开出接口，且均为常开触点，分断电流能力为5A;端子23、24为仪表的电源输入端，当电源为直流时，23端子接电源正极，24端子接电源负极;端子25~30分别为三相电流输入端;端子31~34为三相电压和中线电压输入端。

3 智能测控仪表的应用及测试

3.1 智能测控仪表的接线方法

当使用该智能测控仪表测量三相四线系统中的电压和电流时，如果待测量线路的相电压大于375V或线电压大于650V，则使用三个电压互感器和三个电流互感器接成四线星形结构，并设置合适的电压变比和电流变比，其接线方式如图7所示。如果待测量线路的相电压小于375V或线电压小于650V，可将图7中的三个电压互感器去掉，或是将电压互感器的电压变比设为1。

当使用该智能测控仪表测量三相三线系统中的电压和电流时，则使用两个电压互感器和两个电流互感器接成三角形结构，并设置合适的电压变比和电流变比，其接线方式如图8所示。

3.2 智能测控仪表的测试结果

按照国家相关标准对该智能测控仪表进行了测量检验，其测试结果如表1所示。从测试检验结果可知，该智能测控仪表能够满足电力参数测量的需要。

4 结论

智能测控仪表可以作为仪表单独使用，以取代大量传统的模拟仪表，也可以作为电力监控系统的前端设备，完成数据的采集与显示、数据通信和远程控制。智能测控仪表具有较强的灵活性和可定制性，且投资小、免维护、抗干扰能力强，便于构成电力监控系统，应用前景广泛。

参考文献
　　[1]王文亮, 申健. 智能建筑供配电监控系统的设计与实现[J]. 电源技术, 2010, 34(7): 726-728.
　　[2]王璐，王步华，宋丽君，等.基于IEC61850的数字化变电站的研究与应用[J].电力系统保护与控制, 2008, 36(24): 90-92.
　　[3]张静, 谢路锋. 电力监控系统在供配电设计中的应用[J]. 低压电器, 2008 (2): 45-48.
　　[4]李冬冬, 崔龙龙, 林顺福, 等. 家庭智能用电系统研究及智能控制器开发[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(4):123-129.
　　[5]张晓阳, 浦子耿, 徐洪峰. 多功能电力测控仪表的应用技术[J]. 自动化应用, 2010 (11): 39-41.
　　[6]罗理鉴，黄少锋，江清楷. 智能变电站智能一次设备框架设计[J]. 电力自动化设备, 2011, 31(11): 120-123.
　　[7]翟亚芳, 吴战伟, 秦长海. 风电场箱式升压变压器低压侧微机保护装置的研制[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(21): 136-140.
　　[8]翟亚芳，张天鹏，夏路甲，等.基于CAN总线的智能低压断路器控制器设计[J]. 郑州大学学报:理学版, 2013, 45(1): 105-109.
　　[9]刘东超, 王开宇, 胡绍刚, 等. 基于数字化变电站的集中式保护[J]. 电力自动化设备, 2012, 32(4): 117-121.