摘要：本文主要根据二滩水电站五条出线“线路有功”功率采集与上送方式的改进措施，并结合通信规约理论，对不同传输方式下，就通信业务的实时性进行比较与分析，着重从通信方式的设计结构、测量原理、特点分析等方面引发不同通信方式下的思考，供参考。
关键词：计算机监控系统；自动化仪表；有功功率；通信规约
0、概述：
作为20世纪中国建成投产的二滩水电站，安装有6台单机容量为550MW的混流式水轮发电机组，一直承担着区域电网的调频、调压和调峰任务。
二滩水电站计算机监控系统（以下简称CCS）是采用奥地利安德里茨公司自主研发的NEPTUE水电站计算机监控(Supervisory Control And Data Acquisition)系统搭建，用于监视和控制6台水轮发电机组、18台单相主变压器、500kVGIS开关站、进水口快速闸门、大坝泄洪闸门、6kV厂用电、油水风等设备。系统配有两台调度通信网关机（DA-683）与省调数据通信，直接接收来自LCU的数据，进行处理后IEC104通讯规约完成与调度的数据交换，因此被测量的实时性显得尤为重要。
电站“线路有功”的采集及上送对调度意义重大。根据二滩电站实际运行经验，线路有功主要有两种采集方式。
1、MODBUS协议采集法
1.1 MODBUS协议
MODBUS协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。
1.2 MODBUS协议采集线路有功
一般情况下，“线路有功”是通过线路上电压互感器、电流互感器（测量用）二次侧引入交采表或者电度表进行采集。
二滩水电站MODBUS协议采集“线路有功”是通过威胜DTSD341三相电子式多功能电能表进行采集的。
1.2.1电度表工作原理
电度表由电流互感器、集成计量芯片、微处理器、温补实时时钟、数据接口设备和人机接口设备组成。集成计量芯片将来自电压分压，电流互感器的模拟信号转换为数字信号，并对其进行数字积分运算，从而精确地获得有功电量和无功电量，微处理器依据相应费率和需量等要求对数据进行处理。其结果保存在数据存储器中，并随时向外部接口提供信息和进行数据交换。
1.2.2电度表与CCS通信
电度表支持MODBUS RTU通信协议，采用异步主从半双工方式通信，通信由主站（CCS）发起，从站（电度表）在接收到主站（CCS）请求后作出相应的应答，通信响应时间＜0.2秒。
2、4~20mA量采集法
2.1 4~20mA量简介
工业上广泛采用4~20mA电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0.
2.2 4~20mA量采集线路有功
二滩水电站4~20mA量采集“线路有功”是通过DME442多功能变送器进行采集的。
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2.2.1 DME442多功能变送器工作原理
DME442多功能变送器可以自由编程测量变量的模拟和数字输出。被测量的输出通过PC编程软件设置。模拟输出用于现场显示或者连接监控系统，例如PLC；数字输出可以用于外部计量表的脉冲输出。
通过编程可以将通道A~H分别定义为有功、无功、电压、电流、频率等被测量，也可以将不同通道定义为相同被测量，送给不同系统使用。
2.2.2变送器与CCS通信
二滩水电站通过将DME442多功能变送器通道A配置为“线路有功”被测量，通过4~20mA电流信号直接接入CCS模拟量通道。
3、MODBUS与4~20mA量的比较
3.1 MODBUS协议特点
（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。
（2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。
（3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。
Modbus具有以下缺点：
滞后性问题。最简单的MODBUS通讯电缆只有一根两芯线，考究一点的，再加点屏蔽，干扰肯定是有的。再加上很多是半双工的串行通讯，因此，其通讯速度是快不起来的。因此，大家要注意，Modbus最好用于非实时控制，“慢点没关系，哥不急”的场合，例如：设备状态监控、电表数据读取等。
注：用于电表数据读取非实时的电量一般能够满足用户要求，但是对于读取实时的有功就不尽人意了。
3.2 4~20mA量的特点
电流信号不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4~20mA传输带来的误差非常小；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0－5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。
水电站广泛使用4~20mA量进行模拟量的采集，其最大的优点就是干扰小，且能够实时反应被测量的状态。
4、结语
通过比较，我们发现通过4~20mA量采集“线路有功”稳定性更好，实时性更佳。故二滩水电站于2016年4月编制了《二滩水电站GIS出线功率变送器接入实施方案》，将送调度的“线路有功”的采集方式由MODBUS协议采集法优化成4~20mA量采集法，优化前两者最大差值为25.60MW，优化后两者最大差值为15.98MW，优化效果明显，供参考。
参考文献
[1]王兴贵, ModbusRTU通信协议在智能仪表与工控机通信中的应用,低压电气,2008
[2]郑黎明.基于4_20mA标准的智能仪表设计,汕头大学学报,1999.
作者简介
韩勇（1988—），男，工程师，主要从事水电站计算机监控系统设备维护工作；
郑德芳（1986—），男，工程师，主要从事水电站计算机监控系统设备维护工作；
杨艳（1988—），女，助理工程师，主要从事水电站机电设备维护工作；
黄金山（1989—），男，工程师，主要从事水电站运行维护工作；
论文作者:韩勇,郑德芳,杨艳,黄金山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/18
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