韋運笙 李卓

（廣西廣播電視技術中心欽州分中心）

筆者在廣播電臺從事工作多年，電臺的主要任務當然是發(fā)射廣播電視信號，但筆者還負責全臺站的電力維護工作，發(fā)現(xiàn)電力的采集系統(tǒng)跟發(fā)射機的采集系統(tǒng)有很大差別，在此把多年來對電力采集系統(tǒng)的掌握，簡單的分享給同仁們，讓大家相互學習和借鑒，也是大有裨益的。

在電力系統(tǒng)中，主要是對高壓線路和變壓器中電壓、電流的采集，這兩大參數(shù)主要用于繼電保護，繼電保護又分傳統(tǒng)的繼電保護和微機繼電保護，本文主要介紹微機繼電保護中電壓電流的采集部分。事實上，我們廣播臺站的電力采集系統(tǒng)主要是為小型發(fā)電機服務的，所以跟傳統(tǒng)的微機保護采集系統(tǒng)有著細微的差別，其差別在于變送元件的不同。

微機保護的采集系統(tǒng)主要由電壓形成回路、模擬濾波、采樣保持、多路轉換和模數(shù)轉換(A/D)等五大部分構成。

電壓形成回路 不管是電臺經變壓器降壓用的380V電壓，還是電力部門用的10千伏以上的高壓，都是不能直接送微處理器處理的。必須要經過幾級變換，使其幅值降低，變換到微機芯片能夠處理的幅值范圍內，而且變換的數(shù)量級為上百倍甚至上萬倍。第一級電壓、電流的變換分別用的是電壓和電流互感器，我國生產的電壓互感器二次邊額定電壓為100V和100/ V；生產的電流互感器二次邊額定電流為5A和1A。顯然這樣大的交流量，微控制器還是不能采集的。接下來還要進行二次的變換，用到電壓變換器、電流變換器或電抗變換器，由于電抗變換器的原理跟電流變換器相似，故下面只介紹電壓和電流變換器。而電臺在這部分用的是電壓變送器和電流變送器，微機保護可通過變換器將電壓互感器和電流互感器的二次電壓、電流變換成±2.5V、±5V、±10V的電壓信號供微機保護的模數(shù)轉換芯片使用。

電壓、電流變換器的一次側都需要接電容，主要作用是為了吸收耦合到導線上的干擾信號。電流變換器連接如下圖1所示，其中Z為模擬低通濾波器及A/D輸入端等回路構成的綜合阻抗，在工頻信號條件下，其數(shù)值可達80KΩ以上；RLH為電流變換器二次側的并聯(lián)電阻，數(shù)值為幾歐姆到十幾歐姆，遠小于Z，因此RLH與Z的數(shù)值差別很大。

圖1 電流變換器原理圖

前置模擬低通濾波器：通過電壓、電流變換器變換成的小幅值的交流量還未能采集，因為在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障初瞬的電壓電流中往往含有頻率很高的分量，其頻率往往高達2KHZ以上，為了防止頻率混疊，選擇的采樣頻率必須為4KHZ以上，這就對硬件提出相當高的要求，微機繼電保護絕大多數(shù)都是基于反映工頻信號的，因此為了降低采樣頻率，可在采樣之前選用一個模擬低通濾波器，將高于采樣頻率一半的信號濾掉。

采樣保持電路：其電路作用是在一個極短的時間內測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值，并在模擬—數(shù)字轉換器進行轉換期間保持其輸出值不變。由于微機繼電保護用的電壓、電流三相都要測量，且要求同步采樣，故大都采用多通道采樣方式。還有采樣頻率是大家熟悉的Fs≥2Fmax，即采樣頻率必須大于原始信號中最高頻率2倍以上，否則將造成頻率混疊，采樣后的信號不能真實代表原始信號。

模擬量多路轉換開關：對于采集多個模擬輸入信號，又要采用多通道采集方式的繼電保護系統(tǒng)，為的是準確地獲得各個量之間的相位關系，所有采樣保持器在邏輯輸入端并聯(lián)后由定時器同時供給采樣脈沖。但由于模數(shù)轉換器價格昂貴，通常不是每個模擬量通道設一個模數(shù)轉換器，而是共用一個，中間經多路轉換開關切換，輪流由共用的模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字量輸入微機。多路轉換開關由選擇接通的路數(shù)的二進制譯碼電路和由它控制的多路電子開關構成，且集成在一個集成電路中。

模數(shù)轉換器：模數(shù)轉換器是一種能把輸入模擬電壓和電流變成與它成正比的數(shù)字量，以便計算機進行處理、存儲、控制和顯示。模數(shù)轉換器可以認為是一個編碼電路，它將輸入的模擬量相對與模擬參考量UR經編碼電路轉換成數(shù)字量D輸出。由于編碼電路的位數(shù)總是有限的，因而對連續(xù)模擬量用有限長位數(shù)的二進制表示時，不可避免地要舍去比最低位更小的數(shù)，那就會引起一定的誤差，為了減小模數(shù)轉換編碼的誤差，就必須讓編碼的位數(shù)越多，即數(shù)值分得越細，所引入的量化誤差就越小，即分辨率就越高。

實現(xiàn)模數(shù)轉換部分的方式主要采用逐次逼近模數(shù)轉換和壓頻轉換方式兩種，兩種方式各有千秋，其中采用逐次逼近轉換芯片的轉換結果可直接用于微控制器，而采用壓頻轉換方式其計數(shù)器采用了減法計數(shù)器，所以每次采樣中斷從計數(shù)器讀出的計數(shù)值與模擬信號沒有對應關系，必須將相鄰幾次讀出的計數(shù)值相減后才能用于微控制器的數(shù)字計算。

以上所述的就是整個電力系統(tǒng)對電壓、電流的采樣大致過程，限于篇幅，就不能一一詳細地介紹給大家了，要想具體了解整個采集系統(tǒng)，還需參考相關資料。電力供應是整個廣播臺站的生命線，它的地位是不言而喻，所以我們必須對臺站電力系統(tǒng)保持高度的重視!