测控技术在电力设备检测中的应用
随着电力资源在社会经济发展中地位和作用的提升，电网安全已经成为电力企业和社会关注的一个热点问题，尤其是在我国，电网长期处在高负荷运行的状态，一旦触电安全事故势必会对供电及国民经济发展产生重要影响。因此，如何保障电网安全运行就成为电力企业经营管理当中面临的一个重要问题，电力设备测控技术就是一个重要的研究方向。
测控技术顾名思义就是测量技术与控制技术，既包含测量技术，又包含控制技术，涵盖了电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制等多种学科技术。在电力设备检测领域，测控技术的主要目的有：保护功能、测量功能、通讯功能及控制功能。该测控设备要能够对电网运行提供可靠的安全保障，能够自动识别、排除故障，自动控制电网的运行，避免大范围停电现象的发生。
一、测控对象
测控技术可以分为两个部分，即测量和控制。
测量功能，利用末端测量设备对电力节点进行实时测量，一旦空中中心发出测量指令，设备能够迅速的将电量数据上传到控制中心，为电力资源调配提供合理的、准确的依据。测量包括很多方面，测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。 控制功能：利用遥测、遥信、遥控、遥调等技术，对电网当中的设备进行控制和管理。控制是通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
二、测量参量及其分析方法
在电气系统中，最主要就是电参量的测量。测量的客体即测量对象：主要是指电参量，包括电压、电流、功率、功率因数，以及幅值、相位等等。
对测量得到的信号进行分析，有两方面的作用：（1）通过处理将干扰信号抑制，提高信噪比。（2）做一些由表及里的分析处理，使之成为诊断设备故障的可
靠判据。
具体的分析方法有：
（1）时域分析
时域分析指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。例如可分析放电信号的幅值q ，以及分析幅值q 与时间t （或相位φ）、放电次数n 的关系，并在显示设备上输出信号的波形。
（2）频域分析
采用傅立叶变换将时域信号x(t）变换为频域信号X(f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。信号频谱X(f）代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。电气设备检测中使用较多的是幅频特性，将时域波形经采样、A/D变换后，变成一组有相同时间间隔的离散值，再经过DFT 变成一组有相同频率间隔的、频域内的离散值。可根据不同的频谱特征来识别干扰或故障的性质。
（3）相关分析
相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，是研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。可用于抑制干扰以鉴别信号是否存在，估计两个相似信号间的时延等，还可用于电缆放电故障的定位。
（4）统计分析
对监测到的随机信号进行统计分析，可以了解故障的严重程度或发展趋势，以及故障的性质和模式等。
三、测控系统结构及各部分工作原理
一个完整的电力自动化系统智能保护测控设备应该包括以下几个模块：主控模块、开入开出模块、电量转换模块、人际对话模块和通讯模块等等。每块模块都是一个独立的插件，通过母版与电气联系，将各个模块的功能整合起来，形成一个完整的电力自动化系统。
（1）主控模块
主控模块是电力自动化系统智能保护测控设备的核心部分，主要由ADC （模
拟数字转换器）、保护和测量CPU 和EEPROM 等组成，主控模块主要负责对电量转换模块送来的电流进行AD 采样，得到电流的原始数据，并利用数据处理功能对数据进行处理，得到设备功率、能量和频率等参数，并将其保存在寄存器当中。CPU 对原始数据进行处理，在与参考值进行比较分析，并判断设备的状况，达到设置动作值以后发出保护命令。
（2）电量转换模块
电量转换模块主要报包括电流互感器、电器互感器、滤波电路等等，这些设备的主要作用是采集流经电能的电流和电压，并将其转化为模拟量传送到主控模块，并转为可以处理的数据，在主控模块当中完成对这些数据的数据处理测量计算或保护运算等。电量转换模块是对于安全控制具有重要意义，其测量的准确性直接决定着该系统的可靠性，因此必须保证数据采集的准确性。
（3）人机对话模块
人机对话模块主要包括液晶显示、键盘及LED 指示灯三部分电路，当然随着技术的进步全屏控制已经成为可能。在运用的过程中主要是通过键盘将操作人员的命令输入电脑当中，主控模块根据输入的信息返回液晶控制和及数据信息，液晶显示器上显示的主要是当时的电量信息、警报信息和保护动作信息等等，当然也包括各种菜单选项，包括保护配置、保护定值、历史记录等等，指示模块发出的指示电源、保护动作或告警状态编委信息在LED 指示灯中显示出来，或者采用语言提示的方式，提醒操作人员注意。
（4）开关输入模块
该模块主要可以分为两部分，也就是开关量输入和开关量输出。开关量输入部门主要是实现设备的“遥信”控制功能，主要是通过采集现场的状态量，如开关的分合、储能开关的储能状态等信息，并将收集到的状态量传递给主控模块。开关量输出部分主要是为了实现设备的“遥控”控制功能，将主控模块发出保护命令，传递到终端控制器控制跳合闸回路，控制线路开关的分合。
（5）通讯模块
在通讯模块当中主要是为了解决现场总线接口的问题，接口应具有标准化、规范化、使用方便的特点，以便于能够与现在的电网自动化协调起来。
四、软硬件设计中的关键技术
（1）电量转换技术
因为用单片机等微电子元器件所能承受的电压标度远远小于电力系统中的电压值，所以来自电力系统中的电流信号和电压信号不能直接输入弱电系统主控模块。因此，在测控设备的设计中，必须先用微型电流互感器、电压互感器把电力系统的大电流、大电压转换成符合输入范围的电压，才能再送入主控模块进行转换及完成其它后续工作。
（2）硬件抗干扰技术
测控设备担负着对原始电量信号的采集、计算、上报等对相应设备进行操作等作用。它的可靠性和稳定性对整个电力系统起着举足轻重的作用。然而设备在工作于复杂的电力系统中，存在强电磁场干扰以及输入输出通道引起的干扰等，因此在硬件设计中要特别注意抗干扰，使得设备尽量达到高精度、高可靠性的要求。
（3）采样技术
在测控设备中，是将连续的电压、电流等模拟信号经过采样和模数变化成为数字量后，由主控芯片对这些数字量进行分析、计算，得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等参量，并根据这些参量的计算结果以及设定值，通过比较判断决定装置的动作行为。完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法，就称为电力继电保护算法。合理的选择采样算法，可以使整个软件的设计和计算都得到很好的优化，并能够满足系统对精度和可靠性的要求。
（4）软件滤波技术
工频干扰广泛存在各种工业现场中，其产生的途径主要包括输电馈线、照明设备、发动机以及各种电子仪器设备等。一般可以通过滤波电路消除工频干扰，但过多的滤波电路必将增加硬件结构的复杂程度。因此在设计中也采用数字信号处理的相关算法，通过软件滤波器滤除工频干扰。软件滤波算法的采用，可以在简化电路结构的同时，使系统的硬件资源得到更加充分的利用，并达到降低产品成本的要求。
（5）软件抗干扰技术
一旦电力系统因为外界干扰出现故障，轻则对地区的经济、人民生活造成影响，重则造成的损失是不可估量的。测控设备作为电力自动化系统中重要的核心部分担负着对原始的电量信号采集、计算、上报各种数据及对相应装置进行操作等作用，它对电量的反应及其可靠性将对整个电力系统都起着重要作用。因此在设备设计中要考虑到其的抗干扰设计。
参考文献：
[1]江凤丽，电力自动化系统智能保护测控设备的研发探讨
[2]电气系统测控技术
[3]王昌长、李福祺，电力设备的在线监测和故障诊断
[4]黄颖，电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发
测控技术在电力设备检测中的应用
随着电力资源在社会经济发展中地位和作用的提升，电网安全已经成为电力企业和社会关注的一个热点问题，尤其是在我国，电网长期处在高负荷运行的状态，一旦触电安全事故势必会对供电及国民经济发展产生重要影响。因此，如何保障电网安全运行就成为电力企业经营管理当中面临的一个重要问题，电力设备测控技术就是一个重要的研究方向。
测控技术顾名思义就是测量技术与控制技术，既包含测量技术，又包含控制技术，涵盖了电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制等多种学科技术。在电力设备检测领域，测控技术的主要目的有：保护功能、测量功能、通讯功能及控制功能。该测控设备要能够对电网运行提供可靠的安全保障，能够自动识别、排除故障，自动控制电网的运行，避免大范围停电现象的发生。
一、测控对象
测控技术可以分为两个部分，即测量和控制。
测量功能，利用末端测量设备对电力节点进行实时测量，一旦空中中心发出测量指令，设备能够迅速的将电量数据上传到控制中心，为电力资源调配提供合理的、准确的依据。测量包括很多方面，测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。 控制功能：利用遥测、遥信、遥控、遥调等技术，对电网当中的设备进行控制和管理。控制是通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
二、测量参量及其分析方法
在电气系统中，最主要就是电参量的测量。测量的客体即测量对象：主要是指电参量，包括电压、电流、功率、功率因数，以及幅值、相位等等。
对测量得到的信号进行分析，有两方面的作用：（1）通过处理将干扰信号抑制，提高信噪比。（2）做一些由表及里的分析处理，使之成为诊断设备故障的可
靠判据。
具体的分析方法有：
（1）时域分析
时域分析指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。例如可分析放电信号的幅值q ，以及分析幅值q 与时间t （或相位φ）、放电次数n 的关系，并在显示设备上输出信号的波形。
（2）频域分析
采用傅立叶变换将时域信号x(t）变换为频域信号X(f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。信号频谱X(f）代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。电气设备检测中使用较多的是幅频特性，将时域波形经采样、A/D变换后，变成一组有相同时间间隔的离散值，再经过DFT 变成一组有相同频率间隔的、频域内的离散值。可根据不同的频谱特征来识别干扰或故障的性质。
（3）相关分析
相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，是研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。可用于抑制干扰以鉴别信号是否存在，估计两个相似信号间的时延等，还可用于电缆放电故障的定位。
（4）统计分析
对监测到的随机信号进行统计分析，可以了解故障的严重程度或发展趋势，以及故障的性质和模式等。
三、测控系统结构及各部分工作原理
一个完整的电力自动化系统智能保护测控设备应该包括以下几个模块：主控模块、开入开出模块、电量转换模块、人际对话模块和通讯模块等等。每块模块都是一个独立的插件，通过母版与电气联系，将各个模块的功能整合起来，形成一个完整的电力自动化系统。
（1）主控模块
主控模块是电力自动化系统智能保护测控设备的核心部分，主要由ADC （模
拟数字转换器）、保护和测量CPU 和EEPROM 等组成，主控模块主要负责对电量转换模块送来的电流进行AD 采样，得到电流的原始数据，并利用数据处理功能对数据进行处理，得到设备功率、能量和频率等参数，并将其保存在寄存器当中。CPU 对原始数据进行处理，在与参考值进行比较分析，并判断设备的状况，达到设置动作值以后发出保护命令。
（2）电量转换模块
电量转换模块主要报包括电流互感器、电器互感器、滤波电路等等，这些设备的主要作用是采集流经电能的电流和电压，并将其转化为模拟量传送到主控模块，并转为可以处理的数据，在主控模块当中完成对这些数据的数据处理测量计算或保护运算等。电量转换模块是对于安全控制具有重要意义，其测量的准确性直接决定着该系统的可靠性，因此必须保证数据采集的准确性。
（3）人机对话模块
人机对话模块主要包括液晶显示、键盘及LED 指示灯三部分电路，当然随着技术的进步全屏控制已经成为可能。在运用的过程中主要是通过键盘将操作人员的命令输入电脑当中，主控模块根据输入的信息返回液晶控制和及数据信息，液晶显示器上显示的主要是当时的电量信息、警报信息和保护动作信息等等，当然也包括各种菜单选项，包括保护配置、保护定值、历史记录等等，指示模块发出的指示电源、保护动作或告警状态编委信息在LED 指示灯中显示出来，或者采用语言提示的方式，提醒操作人员注意。
（4）开关输入模块
该模块主要可以分为两部分，也就是开关量输入和开关量输出。开关量输入部门主要是实现设备的“遥信”控制功能，主要是通过采集现场的状态量，如开关的分合、储能开关的储能状态等信息，并将收集到的状态量传递给主控模块。开关量输出部分主要是为了实现设备的“遥控”控制功能，将主控模块发出保护命令，传递到终端控制器控制跳合闸回路，控制线路开关的分合。
（5）通讯模块
在通讯模块当中主要是为了解决现场总线接口的问题，接口应具有标准化、规范化、使用方便的特点，以便于能够与现在的电网自动化协调起来。
四、软硬件设计中的关键技术
（1）电量转换技术
因为用单片机等微电子元器件所能承受的电压标度远远小于电力系统中的电压值，所以来自电力系统中的电流信号和电压信号不能直接输入弱电系统主控模块。因此，在测控设备的设计中，必须先用微型电流互感器、电压互感器把电力系统的大电流、大电压转换成符合输入范围的电压，才能再送入主控模块进行转换及完成其它后续工作。
（2）硬件抗干扰技术
测控设备担负着对原始电量信号的采集、计算、上报等对相应设备进行操作等作用。它的可靠性和稳定性对整个电力系统起着举足轻重的作用。然而设备在工作于复杂的电力系统中，存在强电磁场干扰以及输入输出通道引起的干扰等，因此在硬件设计中要特别注意抗干扰，使得设备尽量达到高精度、高可靠性的要求。
（3）采样技术
在测控设备中，是将连续的电压、电流等模拟信号经过采样和模数变化成为数字量后，由主控芯片对这些数字量进行分析、计算，得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等参量，并根据这些参量的计算结果以及设定值，通过比较判断决定装置的动作行为。完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法，就称为电力继电保护算法。合理的选择采样算法，可以使整个软件的设计和计算都得到很好的优化，并能够满足系统对精度和可靠性的要求。
（4）软件滤波技术
工频干扰广泛存在各种工业现场中，其产生的途径主要包括输电馈线、照明设备、发动机以及各种电子仪器设备等。一般可以通过滤波电路消除工频干扰，但过多的滤波电路必将增加硬件结构的复杂程度。因此在设计中也采用数字信号处理的相关算法，通过软件滤波器滤除工频干扰。软件滤波算法的采用，可以在简化电路结构的同时，使系统的硬件资源得到更加充分的利用，并达到降低产品成本的要求。
（5）软件抗干扰技术
一旦电力系统因为外界干扰出现故障，轻则对地区的经济、人民生活造成影响，重则造成的损失是不可估量的。测控设备作为电力自动化系统中重要的核心部分担负着对原始的电量信号采集、计算、上报各种数据及对相应装置进行操作等作用，它对电量的反应及其可靠性将对整个电力系统都起着重要作用。因此在设备设计中要考虑到其的抗干扰设计。
参考文献：
[1]江凤丽，电力自动化系统智能保护测控设备的研发探讨
[2]电气系统测控技术
[3]王昌长、李福祺，电力设备的在线监测和故障诊断
[4]黄颖，电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发