变配电站综合自动化装置测量回路模拟量（A/D）转换有关问题分析
1 计算机控制系统的参数测量
测量是计算机控制系统的重要组成部分。各种测量参数经过变送器转换为统一的0～5V、0～10mA或4～20mA直流模拟量，0～10mA或4～20mA直流模拟量需要经过I/V转换，变为0～5V直流模拟量。0～5V直流模拟量经过A/D转换，变为8位、10位、12位、14位或16位二进制数。计算机读这些二进制数，经过各种计算就可以得到各种产量参数。
2 变配电站综合自动化装置的参数测量
2.1 在电力系统测量中，首先要采用电流与电压互感器，将大电流与高电压变为统一的0～5A与0～100V测量值。然后再采用各种电气测量仪表进行测量。各种电气测量仪表统一按照0～5A与0～100V制造，其表盘按照变比来刻，例如500/5A与10/0.1kV表盘刻度为500A与12kV。电压测量经常超过额定值，所以电压表刻度要广大20％，10kV电压等级刻度为0～12kV，35 kV电压等级刻度为0～42kV，110kV电压等级刻度为0～132kV。
2.2 早期变配电站计算机监控采用各种电量变送器，将0～5A与0～100V交流测量值转换为统一的0～5V、0～10mA与4～20mA直流量，0～10mA与4～20mA直流量需要通过电流电压转换（A/V）变为0～5V直流量。经过模拟量转换（A/D）将0～5V直流量再转换为8位、10位、12位、14位或16位二进制数。这样计算机就可以读取转换后的二进制数，经过变比处理后就可以显示各种测量值。
发生故障后各种参数都超过额定值，但电量变送器电源为直流5V，输出最大为5V、10mA与20mA，所以采用电量变送器只能进行监控，不能进行保护。
2.3 变配电站综合自动化装置（微机保护）A/D转换，采用交流采样直接采集电流与电压互感器二次侧0～5A与0～100V交流参数，省去了电量变送器。交流采样需要把交流值的零点定到A/D转换直流输入的2.5V，峰峰值为5V。A/D转换在一个周波（20ms）内采集19次以上，再由软件经过采样乘积算法、二阶导数算法、半周积分法与富里哀算法等，计算出电流与电压有效值，再计算出有功与无功功率、功率因数、有功与无功电能等参数。为了满足保护需要，应根据短路电流最大值来决定A/D转换的输入值，一般有50与100A两种，对应峰峰值均为5V 。A/D转换采集次数越多，计算精度越高，现在已经有一个周波（20ms）内采集48次的变配电站综合自动化装置（微机保护）。
3 变配电站综合自动化装置参数测量的 A/D 转换换算
3.1 变配电站综合自动化装置（微机保护）A/D转换，采用交流采样计算出电流与电压有效值后，需要进行各种换算。换算时需要A/D转换输入最大值与A/D转换位数，需要显示一次值时还需要电流与电压变比。计算公式如下：
I2＝（A÷B）×X （二次值） I1＝（A÷B）×X×C（一次值）
式中： A为A/D转换输入最大值 B为A/D转换位数对应的最大值
X为A/D转换实测值 C为电流与电压变互感器变比
举例：A/D转换输入最大值为5A、A/D转换位数为12位时最大值为4096、电流互感器变比为:
200/5＝40。如果A/D转换实测值为4096、2048与1。计算结果如下：
二次值分别为: I2 ＝（5÷4096）×4096A＝5A
I2 ＝（5÷4096）×2048A＝2.5A
I2 ＝（5÷4096）×1A＝0.0012A
一次值分别为: I1 ＝（5÷4096）×4096×40＝5×40＝200A
I1 ＝（5÷4096）×2048×40＝2.5×40＝100A
I1 ＝（5÷4096）×1×40＝0.0012×40＝0.048A
由以上计算可知A/D转换位数越大，分辨率就越高，测量精度也越高。假如A/D转换位数为8位，此时最大值为256，以上计算为：
二次值分别为: I2 ＝（5÷256）×256A＝5A
I2 ＝（5÷256）×128A＝2.5A
I2 ＝（5÷256）×1A＝0.02A）
一次值分别为: I1 ＝（5÷256）×256×40＝5×40＝200A
I1 ＝（5÷256）×128×40＝2.5×40＝100A
I1 ＝（5÷256）×1×40＝0.02×40＝0.8A
由以上举例可知A/D转换位数为8位时，测量精度只能达到2％。A/D转换位数为12位时，测量精度可达到2‰，
3.2 短路后短路电流二次值都要超过5A， A/D转换输入最大值为5A时就测不出短路后的电流。所以保护回路A/D转换输入最大值有50与100A两种。电流互感器变比为500/5＝100，A/D转换输入最大值为50A时：
二次值分别为: I2 ＝（50÷4096）×4096A＝50A
I2 ＝（50÷4096）×2048A＝25A
I2 ＝（50÷4096）×1A＝0.012A
一次值分别为: I1 ＝（50÷4096）×4096×100＝50×100＝5000A＝5kA
I1 ＝（50÷4096）×2048×100＝25×100＝2500A＝2.5kA
I1 ＝（50÷4096）×1A×100＝0.012×100＝1.2A
由以上计算可知:电流互感器变比为500/5＝100时，能够测量的最大的短路电流为5kA。如果实际计算短路电流为1.5kA，电流速断保护整定值为：
Iop.k = Krel × Kjx (I”2k3 . max ／ nTA) A
= 1.3×1×｛(1.5×1000)÷100｝A＝1.3×15A＝19.5A
A/D转的输入范围为0～50A，19.5A为A/D转换的最佳测量区。
如果电流互感器变比为2000/5＝400时，能够测量的最大的短路电流为5kA。如果实际计算短路电流为1.5kA，电流速断保护整定值为：
Iop.k = Krel × Kjx (I”2k3 . max ／ nTA) A
= 1.3×1×｛(1.5×1000)÷400｝A＝1.3×3.75A＝4.875A
A/D转的输入范围为0～50A，4.875A为A/D转换非最佳测量区。
如果A/D转换输入最大值为100A时，电流互感器变比仍然为500/5＝100，能够测量的最大的短路电流为5kA。
二次值分别为: I2 ＝（100÷4096）×4096A＝100A
一次值分别为: I1 ＝（100÷4096）×4096×100＝100×100＝5000A＝5kA
如果实际计算短路电流为1.5kA，电流速断保护整定值为：
Iop.k = Krel × Kjx (I”2k3 . max ／ nTA) A
= 1.3×1×｛(1.5×1000)÷100｝A＝1.3×15A＝19.5A
A/D转换的输入范围为0～100A，19.5A也为A/D转换非最佳测量区。
由以上分析可知，变配电站综合自动化装置（微机保护）电流速断保护的稳定性，与电流互感器变比和A/D转换输入最大值有一定关系。如果电流互感器变比或A/D转换输入最大值太大，电流速断保护整定电流就会变小，会影响到保护的稳定性。变配电站综合自动化装置（微机保护）A/D转换输入范围只有50与100A两种，有些只有100A一种。因此电气设计电流互感器变比选择一定要合理。
电流互感器变比按照计算负荷的120％来选，考虑到发展要适当加大。另外还要根据短路电流与电流互感器所带负载来进行电流互感器误差校验。采用变配电站综合自动化装置（微机保护）后电流互感器的负载比较小，很难再减小。校验结果不满足要求时，可适当加大电流互感器变比，但要注意电流速断保护整定值应在A/D转换的输入范围的最佳测量区。设计资料不全时算短路电流计算比较困难时，可以参考上一级变电站出线短路容量进行估算。
3.3 电源中性点不直接接地的供配电系统，单相接地保护需要设计Y/Y/△型电压互感器与零序电流互感器。Y/Y/△型电压互感器的开口三角形电压（零序电压）动作值可根据实际测量来确定。
零序电流互感器一次侧额定零序电流为20A时，二次侧额定零序电流有0.1A、0.2A与0.5A三种。零序电流互感器20/0.1A的变比为200，20/0.2A的变比为100，20/0.5A的变比为40。变配电站综自动化装置（微机保护）零序电流A/D转换输入最大值为1A，变比为40时：
二次值分别为: I2 ＝（1÷4096）×4096A＝1A
I2 ＝（1÷4096）×2048A＝0.5A）
I2 ＝（1÷4096）×1A＝0.00024A
一次值分别为: I1 ＝（1÷4096）×4096×40＝1×40＝40A
I1 ＝（1÷4096）×2048×40＝0.5×40＝20A
I1 ＝（1÷4096）×20×40＝＝0.0048×40＝0.02A
由以上分析可知，变配电站综合自动化装置（微机保护）零序电流A/D转换输入最大值如果为5A，零序过电流保护的稳定性也会受到影响。
电源中性点不直接接地的供配电系统，采用三相电流互感器时，单相接地保护可以采用电流滤序器方案。此时应按三相电流互感器变比进行计算。假设电流互感器变比为75/5A＝15时：
二次值分别为: I2 ＝（1÷4096）×4096A＝1A
I2 ＝（1÷4096）×2048A＝0.5A
I2 ＝（1÷4096）×1A＝0.00024A
一次值分别为: I1 ＝（1÷4096）×4096×15＝1×15＝15A
I1 ＝（1÷4096）×2048×15＝0.5×15＝7.5A
I1 ＝（1÷4096）×20×15＝＝0.00024×15＝0.037A
由以上计算可知，零序电流测量需要精确到小数点以后两位。或者A/D转换输入最大值减小到0.5A或0.1A。硬件设计就要发生变化，如果不能及时改变时，可以临时将A/D转换输入最大值改为10，扩大10倍，显示值也扩大了10倍，此时单相接地保护整定值输入时也需要扩大10倍。