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摘 要：自动检测系统中通常应用电压测量来判定电路故障。实际工作中，很少使用电流量进行检测。一些仪器应用了一些新技术，如在VXI/PXI仪器中加入了内置式电流传感器，这类电流传感器可由软件控制进行稳态测量。但这些传感器不能测量高频采样信号，因而无法捕获高速暂态信号。为了获得电流数据，需要有无需介入电路的非侵入式传感器，另外，也需要有分析电流数据和其他相关测量信号的软件系统。
关键词：电力计量；自动检测系统；改造方案；应用
1关于电力计量原系统所存在的问题
变电站S5-PLC计量系统经过几年的运行，暴露出一些问题。经现场技术人员的观察和研究，这些问题集中反应在计数器和电能表上。
1.1系统中计数器所存在的问题
机械计数：这种计数器，内部是通过凹凸齿轮旋转进行累计数据。在运行时，经常发生卡轮和触点接触不可靠等现象，使系统累计的数据与电能表的实际计量值不一致。结构設计：计数器在设计上不够合理，其接收DC24V脉冲信号，却要通过机械齿轮计数，再经微电路转换成BCD码，原理上是从“电”到，“机”再到“电”，的过程，造成设备可靠性不高，数据累计误差大。
设备维护：设备故障率高，检修量大，现场维修人员投入的人力物力不少，收效不大；且进口设备备件价格昂贵，占用大量资金。
1.2电能表问题
现场技术人员通过高速记录仪观测到，部分电能表通过无源节点输出的DC24V脉冲信号不稳定，出现衰减、有上波无下波和无波形等现象，虽然这些现象出现的频率不高，同样影响了计量系统数据的准确性。
1.3计量系统扩容问题
随着用电负荷的逐渐扩大，变电站的开关数量不断增加，自动计量系统已不能满足自动计量的要求，部分电能表的计量数据统计需要人工进行。因此，要求计量系统的容量从75点增加到100点。由于上述的3条原因，变电所自动计量系统的改造势在必行，但如何改造，怎样改造，给技术人员提出了一个新课题。
2电力计量系统改造方案
2.1 Zis91方案
Zis90/91自动计量系统，变自动计量系统改造，提出以Zis90/91为核心的改造方案，其主导思想是以Zis91智能记录仪表代替计数器。Zis91方案的硬件结构：采用3套Zis91（共96点）接收电能表发出的DC24V脉冲信号，在S5-PLC上增加两块CP523通信模块，分两路与Zis91相连，实现数据通信，其硬件结构如图1所示：
数据处理过程：电能表脉冲信号→Zis91接收脉冲信号→Zis91数据转换→Zis91数据处理→Zis91数据发送→S5-PLC数据接收→S5-PLC数据处理→SS-PLC数据发送→WS接收数据存储、打印等。性能：集中采集数据信息；集成电路微处理器累计、计算数据信息；Zis91软件功能通过设定实现，但S5-PLC中需要改编；夜晶显示，可查看分路数据；对不正常脉冲信息不接收（只接收DC24V-60V）。改造所需增加的设备：3套Sis91；2块CP523；2根专用通讯电缆：3套Zis91系统软件。
2.2硬件软件化方案
在论证Zis91方案的同时，对整个系统的原设计进行了仔细研究，并对现场进行了仔细调研。通过Zis91方案与原信息系统各自功能的比较，我们认为计数器所承担的工作完全可以由S5-PLC来完成，且S5-PLC的功能比计数器更强。因此，计数器设备改造的工作可看作是硬件软化的过程。为了容易说明我们的观点，先分析自动计量系统的原设计。
主要设备技术指标：S5-PLCCPU946/947为微代码的位、字处理和16位微处理器（80186）；存储容量为128kbRAM，扩展最大可达896kb：扫描时间为可编程、监控，最小为10ms。输入模板为430-4UA12的数字输入模板，输入点数为32位，电压隔离；输入电压为DC24V（额定值），t<0.1s时最大DC36V，“0”信号时-33～+7V“1”信号时+13～+33V。
电能表的脉冲信号特性为，输出电压DC24V，脉冲宽度t>50ms，脉冲频度最大5次/s。分析：从图2中我们可以看到，拆除计数器，同时拆除了数据总线，数据总线所占用的输入模板被释放（可释放4块输入模板，即128点），为实现电能表与S5-PLC直接连接创造了硬件条件。对照主要设备技术指标，数字输入模板完全可以直接接收电能表的脉冲信号，且可以解决电能表脉冲信号衰减的问题。当电能表的脉冲信号为DC24V时，数字输入模板可接收DC13V～DC33V，不仅完全满足电能表脉冲信号的要求，而且当脉冲信号衰减至DC13V时，同样可以正确接收。电能表的脉冲信号最小为50ms，数字输入模板的最小触发时间为4ms。电能表脉冲信号的最小周期为200ms，CPU946/947的最小周期为10ms。利用输入模板直接接收电能表的脉冲信号，可完全解决计数器带来的诸多问题。应有的软件功能：CPU946/947软件功能齐全，可以进行多种运算和数据处理，为计数器的功能软件化奠定了基础。对于电能表脉冲信号有上波无下波和无波形的现象，可以通过编写软件来解决，其基本思想为：①对于具体的用电用户，其用电量在某个连续的时间段内（例如1h）是基本稳定的，也就是说电能表脉冲信号的周期是基本稳定的（假定这个周期为t），这个t值可以通过系统中连续时间段内历史记录与连续时间段的比值得到，且可不断修正；②在自动计量系统（S5-PLC）中有每个用户电开关的开合信号；③CPU946/947内部有丰富的计数器和计时器；④工作时，当系统检测到这个用户的电源开关是合闸时，便启动相应计数器和计时器（假定这个周期为T），每次系统扫描时用T与t相比较，若T>t，自动计量系统就认为有一个脉冲信号。这种方法当然不能百分之百地模拟所有电能表脉冲信号有上波无下波和无波形的实际状态，却能大大提高计量的精度。
3两种方案的比较
3.1性能
两种方案都能满足系统技术改造的基本要求。Zis91方案不能解决电能表脉冲信号有不稳定问题，而硬件软件化的方法可较圆满地解决，计量系统的精度高；Zis91方案可扩容至96点（若再增加4点，则必须再增加1套Zis91），硬件软件化的方法可扩容至128点；Zis91方案建设周期长，设备安装量大，软件开发量小，调试周期短，而硬件软件化的方法建设周期短，设备安装量小，软件开发量大，软件调试周期长；硬件软件化的方法减少了信息处理的环节，系统更安全、可靠；硬件软件化的方法减少了硬件设备，减少了检修维护的工作量。
3.2造价
Zis91方案需硬件设备65万元，设备安装、调试8万元，软件开发、调试5万元，系统设计2.5万元，工程总造价80.5万元；而硬件软件化的方法需设备安装、调试2万元，软件开发、调试18万元，系统设计0.6万元，工程总造价20.6万元。4硬件软件化方法介绍由以上我们可以看出，硬件软件化方案才是值得我们去采用的方案。
硬件软件化系统信息处理过程为：电能表脉冲信号信→S5-PLCI/O接收→S5-PLC累计脉冲数量→数据转换→数据处理CP143传送WS接收数据→计算、存储、打印。
4结束语
电力计量自动检测系统改造项目，其意义不仅仅是电力计量自动检测系统改造项目的成功，更重要的是它具有广泛的推广价值。电压测量配合电流测量显著地提高了电力系统的可测性和可诊断性，加上用于收集和分析电流信号的软件工具的发展将对未来自动测试系统产生变革性的影响。
参考文献
[1] 金百东.MIS系统通用报表的设计与实现[J].计算机与数字工程.
[2] 冷崇林.供电企业计量工作管理模式探讨[J].电力标准化与计量.
关键词：电力计量；自动检测系统；改造方案；应用
1关于电力计量原系统所存在的问题
变电站S5-PLC计量系统经过几年的运行，暴露出一些问题。经现场技术人员的观察和研究，这些问题集中反应在计数器和电能表上。
1.1系统中计数器所存在的问题
机械计数：这种计数器，内部是通过凹凸齿轮旋转进行累计数据。在运行时，经常发生卡轮和触点接触不可靠等现象，使系统累计的数据与电能表的实际计量值不一致。结构設计：计数器在设计上不够合理，其接收DC24V脉冲信号，却要通过机械齿轮计数，再经微电路转换成BCD码，原理上是从“电”到，“机”再到“电”，的过程，造成设备可靠性不高，数据累计误差大。
设备维护：设备故障率高，检修量大，现场维修人员投入的人力物力不少，收效不大；且进口设备备件价格昂贵，占用大量资金。
1.2电能表问题
现场技术人员通过高速记录仪观测到，部分电能表通过无源节点输出的DC24V脉冲信号不稳定，出现衰减、有上波无下波和无波形等现象，虽然这些现象出现的频率不高，同样影响了计量系统数据的准确性。
1.3计量系统扩容问题
随着用电负荷的逐渐扩大，变电站的开关数量不断增加，自动计量系统已不能满足自动计量的要求，部分电能表的计量数据统计需要人工进行。因此，要求计量系统的容量从75点增加到100点。由于上述的3条原因，变电所自动计量系统的改造势在必行，但如何改造，怎样改造，给技术人员提出了一个新课题。
2电力计量系统改造方案
2.1 Zis91方案
Zis90/91自动计量系统，变自动计量系统改造，提出以Zis90/91为核心的改造方案，其主导思想是以Zis91智能记录仪表代替计数器。Zis91方案的硬件结构：采用3套Zis91（共96点）接收电能表发出的DC24V脉冲信号，在S5-PLC上增加两块CP523通信模块，分两路与Zis91相连，实现数据通信，其硬件结构如图1所示：
数据处理过程：电能表脉冲信号→Zis91接收脉冲信号→Zis91数据转换→Zis91数据处理→Zis91数据发送→S5-PLC数据接收→S5-PLC数据处理→SS-PLC数据发送→WS接收数据存储、打印等。性能：集中采集数据信息；集成电路微处理器累计、计算数据信息；Zis91软件功能通过设定实现，但S5-PLC中需要改编；夜晶显示，可查看分路数据；对不正常脉冲信息不接收（只接收DC24V-60V）。改造所需增加的设备：3套Sis91；2块CP523；2根专用通讯电缆：3套Zis91系统软件。
2.2硬件软件化方案
在论证Zis91方案的同时，对整个系统的原设计进行了仔细研究，并对现场进行了仔细调研。通过Zis91方案与原信息系统各自功能的比较，我们认为计数器所承担的工作完全可以由S5-PLC来完成，且S5-PLC的功能比计数器更强。因此，计数器设备改造的工作可看作是硬件软化的过程。为了容易说明我们的观点，先分析自动计量系统的原设计。
主要设备技术指标：S5-PLCCPU946/947为微代码的位、字处理和16位微处理器（80186）；存储容量为128kbRAM，扩展最大可达896kb：扫描时间为可编程、监控，最小为10ms。输入模板为430-4UA12的数字输入模板，输入点数为32位，电压隔离；输入电压为DC24V（额定值），t<0.1s时最大DC36V，“0”信号时-33～+7V“1”信号时+13～+33V。
电能表的脉冲信号特性为，输出电压DC24V，脉冲宽度t>50ms，脉冲频度最大5次/s。分析：从图2中我们可以看到，拆除计数器，同时拆除了数据总线，数据总线所占用的输入模板被释放（可释放4块输入模板，即128点），为实现电能表与S5-PLC直接连接创造了硬件条件。对照主要设备技术指标，数字输入模板完全可以直接接收电能表的脉冲信号，且可以解决电能表脉冲信号衰减的问题。当电能表的脉冲信号为DC24V时，数字输入模板可接收DC13V～DC33V，不仅完全满足电能表脉冲信号的要求，而且当脉冲信号衰减至DC13V时，同样可以正确接收。电能表的脉冲信号最小为50ms，数字输入模板的最小触发时间为4ms。电能表脉冲信号的最小周期为200ms，CPU946/947的最小周期为10ms。利用输入模板直接接收电能表的脉冲信号，可完全解决计数器带来的诸多问题。应有的软件功能：CPU946/947软件功能齐全，可以进行多种运算和数据处理，为计数器的功能软件化奠定了基础。对于电能表脉冲信号有上波无下波和无波形的现象，可以通过编写软件来解决，其基本思想为：①对于具体的用电用户，其用电量在某个连续的时间段内（例如1h）是基本稳定的，也就是说电能表脉冲信号的周期是基本稳定的（假定这个周期为t），这个t值可以通过系统中连续时间段内历史记录与连续时间段的比值得到，且可不断修正；②在自动计量系统（S5-PLC）中有每个用户电开关的开合信号；③CPU946/947内部有丰富的计数器和计时器；④工作时，当系统检测到这个用户的电源开关是合闸时，便启动相应计数器和计时器（假定这个周期为T），每次系统扫描时用T与t相比较，若T>t，自动计量系统就认为有一个脉冲信号。这种方法当然不能百分之百地模拟所有电能表脉冲信号有上波无下波和无波形的实际状态，却能大大提高计量的精度。
3两种方案的比较
3.1性能
两种方案都能满足系统技术改造的基本要求。Zis91方案不能解决电能表脉冲信号有不稳定问题，而硬件软件化的方法可较圆满地解决，计量系统的精度高；Zis91方案可扩容至96点（若再增加4点，则必须再增加1套Zis91），硬件软件化的方法可扩容至128点；Zis91方案建设周期长，设备安装量大，软件开发量小，调试周期短，而硬件软件化的方法建设周期短，设备安装量小，软件开发量大，软件调试周期长；硬件软件化的方法减少了信息处理的环节，系统更安全、可靠；硬件软件化的方法减少了硬件设备，减少了检修维护的工作量。
3.2造价
Zis91方案需硬件设备65万元，设备安装、调试8万元，软件开发、调试5万元，系统设计2.5万元，工程总造价80.5万元；而硬件软件化的方法需设备安装、调试2万元，软件开发、调试18万元，系统设计0.6万元，工程总造价20.6万元。4硬件软件化方法介绍由以上我们可以看出，硬件软件化方案才是值得我们去采用的方案。
硬件软件化系统信息处理过程为：电能表脉冲信号信→S5-PLCI/O接收→S5-PLC累计脉冲数量→数据转换→数据处理CP143传送WS接收数据→计算、存储、打印。
4结束语
电力计量自动检测系统改造项目，其意义不仅仅是电力计量自动检测系统改造项目的成功，更重要的是它具有广泛的推广价值。电压测量配合电流测量显著地提高了电力系统的可测性和可诊断性，加上用于收集和分析电流信号的软件工具的发展将对未来自动测试系统产生变革性的影响。
参考文献
[1] 金百东.MIS系统通用报表的设计与实现[J].计算机与数字工程.
[2] 冷崇林.供电企业计量工作管理模式探讨[J].电力标准化与计量.