用電異常監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

李　毅

[摘要]線損是供電企業(yè)的重要經濟指標，人為竊電是導致線損居高不下的重要因素。利用先進的技術手段，實現(xiàn)用電異常的實時監(jiān)測和控制，是降低線損、維護用電秩序的根本出路。在初步界定用電異常監(jiān)控系統(tǒng)作用的基礎上，對系統(tǒng)的總體結構、監(jiān)控終端的基本要求、監(jiān)控主站的應用功能等，進行了總體設計。供電企業(yè)在進行選型和系統(tǒng)建設時，可資參考。

[關鍵詞]用電異常 監(jiān)控系統(tǒng) 總體設計

中圖分類號：TM92文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510004－02

一、用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（一）用電異常及電力損失

用電異常的表象是線損高，售電量損失大，直接影響供電企業(yè)的電費收入。2004年，我省某市郊區(qū)10KV840線路線損高達53%，郊區(qū)鎮(zhèn)低壓線損高達72%，在全省創(chuàng)了紀錄。造成線損過高的原因，包括線路及設備質量、電能表質量、管理漏洞、人為竊電等。2002年－2004年，該郊區(qū)供電公司共處罰竊電戶56戶，追收電費25萬元，竊電嚴重的3人被處以行政拘留。

（二）主要竊電方式分析

從電能表的計量原理和電功率（P＝UIcosΦ）可知，電能表能否正確計量，主要決定于電壓、電流、功率因數、安裝和接線的正確性。打破任何一個條件，或改變電表本身的結構，都將導致電能表走字慢、不走字，機械表甚至還會反轉而走字下降，從而達到竊電的目的。

五花八門的竊電方式多達70余種，在計量回路的主要竊電方式有：失壓、欠壓、CT短路、CT開路、分流、斷相、相序錯接、極性錯接、改變表計變比、卡住機械表盤等。

（三）用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的目標

本系統(tǒng)是供電營銷管理計算機信息系統(tǒng)的重要組成部分，通過對用電現(xiàn)場電氣參數的實時監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)用電異?，F(xiàn)象，判斷異常的屬性和產生異常的原因，以便及時、準確的采取相應措施，減少售電量和電費損失。對于人為竊電來說，準確地記錄竊電時間和所竊電量，為追補電量電費和違約使用電費提供依據[1]。并為關口集抄、營銷自動化等系統(tǒng)提供基礎數據，對營銷業(yè)務管理和營銷分析決策起到支持作用。

二、系統(tǒng)總體構成

（一）系統(tǒng)網絡結構

本系統(tǒng)由監(jiān)控終端、監(jiān)控主站和通信網絡組成，具有和營銷等其他系統(tǒng)的接口，發(fā)現(xiàn)用電異常時，自動通知用電管理或稽查人員，及時趕赴現(xiàn)場進行處理。系統(tǒng)網絡結構如圖1所示。

（二）監(jiān)控主站軟件平臺

在較大系統(tǒng)中，監(jiān)控主站應建成一個局域網，小型系統(tǒng)的監(jiān)控主站也可以是一臺高檔PC計算機。監(jiān)控主站的軟件平臺應選擇：

網絡操作系統(tǒng) Windows 2000/2003 Server；

客戶機操作系統(tǒng) Windows 2000；

數據庫管理系統(tǒng) Oracle或SQL Server；

應用服務器WEB平臺軟件Microsoft IIS。

（三）遠程通信

1．通信方式

在公用通信網日益發(fā)達的今天，企業(yè)自建超短波網弊端明顯。GPRS/GSM、CDMA的數據服務和短消息服務，可作為本系統(tǒng)遠程通信網絡的首選，PSTN點對點撥號網絡也能滿足通信要求。

為保證利用公網通信的安全性和可靠性，可采用APN（Access Point Name）專線方式與無線網絡運營商連接，在監(jiān)控主站設置Radius服務器，設定范圍內的監(jiān)控終端通過身份認證后，才能和采集服務器進行通信。

2．通信規(guī)約

通信規(guī)約是監(jiān)控主站與監(jiān)控終端之間進行報文交換的協(xié)議，報文結構由同步頭、報文頭、報文體、校驗碼四部分組成。只要遵循統(tǒng)一的通信規(guī)約，不同廠家生產的監(jiān)控終端、不同軟件公司開發(fā)的主站軟件，都能集成在一個監(jiān)控系統(tǒng)中運行。

通信規(guī)約應在國家有關標準指導下，由省電力公司或以上的主管部門制定。通信規(guī)約涉及的內容比較多，本文不細述。

（四）系統(tǒng)總體性能指標[2]

1．系統(tǒng)年可用率≥99.9%；

2．系統(tǒng)故障恢復時間≤2小時；

3．時鐘同步誤差≤3秒；

4．專用信息傳輸誤碼率≤10-4；

5．數據存儲量≥3年；

6．界面操作響應時間≤5秒；

7．信息查詢響應時間≤10秒；

8．可以兼容不同廠家的終端或多廠家終端同時運行；并提供接口，與相關信息系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)共享數據。

三、監(jiān)控終端基本要求

（一）功能要求

1．測量功能：通過直接交流采樣，測量用電回路的電氣參數，用以和電能表的計量數值進行比對，以發(fā)現(xiàn)計量回路的異常。測量精度要求<±0.5%。

2．抄表功能：通過RS485或RS232接口，抄取計量電表的數值。

3．遠程通信功能：支持GPRS/GSM、CDMA移動網絡、短消息、點對點撥號等遠程通信功能。

4．數據存儲功能：存儲用戶3個月的實時數據、曲線數據、日數據和月數據。

5．遠程設置功能：接受監(jiān)控主站的信息，對終端的運行方式、工作參數、通訊協(xié)議、時鐘對時等進行遠程設置。

6．數據壓縮功能：與主站通信時，具備批量數據壓縮傳輸功能，壓縮率不低于50%。

7．異常報警功能：出現(xiàn)用電異常情況時，本地報警和記錄的同時，將報警狀態(tài)、性質、時間等自動發(fā)往監(jiān)控主站。

8．維護與自檢功能：本地修改設備參數，對運行狀態(tài)和故障信息進行自檢，出現(xiàn)死機時能自動復位，無線掉網后能自動恢復。

（二）性能要求

1．微處理器和通信模塊應采用工業(yè)級產品，存儲容量不小于16MB。

2．平均無故障工作時間（MTBF）≥20000小時。

3．三相交流供電，在三相三線供電時斷一相電壓，三相四線供電時斷二相電壓的條件下，終端仍能正常工作。

4．具有直流備用電源，失去交流電源時，至少保證能給整機供電10分鐘。外部電源停電后，數據不丟失。

5．具有較好的絕緣、耐壓、抗干擾、電磁兼容性能。

四、監(jiān)控主站應用功能

監(jiān)控主站為局域網時，既可以采用C/S工作方式，也可采用B/S工作方式。應用功能結構如圖2所示。

（一）數據采集

系統(tǒng)采集的數據來源于用戶電能表的計量數據和監(jiān)控終端測量的二次回路數據，通過兩種數據的對比和分析，判斷用電狀態(tài)。

數據采集的內容包括：1．電壓、電流、有功功率、無功功率瞬時值；2．正、反向有功、無功的總、峰、平、谷、尖峰電量值；3．電壓、功率因數、諧波、頻率等電能質量值；4．計量裝置、開關等工況參數值；5．用電異常、運行異常等事件紀錄；6．其他相關設備提供的數據。

數據采集方式包括：1．定時巡測；2．隨機召測；3．事件響應。

（二）用電異常報警

用電異常類型包括：欠壓、失壓、失電、斷相、逆相序、數值越限、無功過補償、過負荷、電表走慢、電表停走、電量示度下降、通訊異常、表箱門開等。

異常報警方式包括：1．圖形報警；2．文字報警；3．短消息、Email遠程報警。

（三）負荷管理與控制

自動記錄最大負荷，隨時召測瞬時負荷，提供每小時的負荷曲線；根據錯峰用戶計劃，制定相應的負荷數據采集策略；根據錯峰管理需要及大客戶用電計劃，生成用電計劃考核曲線表。必要時，實施本地或遠程負荷控制。

（四）供電質量管理

定時或隨機采集瞬時電壓、功率因數、諧波、頻率等供電質量指標，提供每小時的變化曲線，計算各指標的合格率；定時或隨機采集停電起、止時間，并進行統(tǒng)計。

（五）營銷管理支持

1．抄表管理

每日定時遠程抄錄電能表度值，保證與結算用電能表數據的一致；完整抄錄客戶用電量，滿足電量電費計算的需要。

2．線損管理

計算任意時段的線路損耗，同時完成線路側平衡計算[3]。根據設定的線路允許的線損率和可疑表判別標準，自動查找數據可疑的表名及其位置，并設置可疑標志。

3．付費售電

采用付費售電管理模式，和用戶簽訂分次付款和付費售電協(xié)議，減少欠費對供電企業(yè)造成的經營風險，減少和用電戶的糾紛。

根據付款數額計算剩余電量，剩余電量達到設定的余額時，通過短信自動通知用戶交費，必要時進行停電處理。

（六）營銷決策支持

1．數據統(tǒng)計與分析

按規(guī)定的不同時段、區(qū)段、類別，進行極值分析、三相不平衡率分析、線損分析、供電可靠性分析、供電質量分析、計量裝置故障分析、分時電量動態(tài)統(tǒng)計分析、客戶和行業(yè)用電變化趨勢分析、線路負荷分析等。

統(tǒng)計分析結果，可以采用表格、曲線、圖形等方式表現(xiàn)。

2．報表管理

應具備專用和通用（如Excel）的電子制表功能，可方便的建立和修改報表的格式和內容，報表應可方便的進行打印。

報表內容應包括：原始數據報表、大用戶電量統(tǒng)計報表、電量分析比對報表、線損報表、失壓記錄報表、報警信息報表、用戶自行定義的其它報表等

（七）系統(tǒng)管理

1．系統(tǒng)具備對時功能，保證終端和主站、系統(tǒng)和標準時間的誤差不大于3秒。

2．分層管理：適應地市公司及下屬縣區(qū)公司對大客戶分層分級管理的需要，系統(tǒng)應支持檔案數據、業(yè)務數據分層分級的授權維護和管理功能。

3．信息發(fā)布：采用Web服務器網頁方式發(fā)布經過過濾和審批的信息，以短信方式向用電稽查人員發(fā)送報警信息，以短信方式向用電客戶發(fā)送負荷、錯峰等信息。

4．系統(tǒng)應具備用戶和權限、系統(tǒng)資源、系統(tǒng)配置等管理功能。

5．系統(tǒng)應具備操作日志、數據合理性檢驗、數據自動或人工備份和恢復等安全管理功能。

五、結束語

降低線損是供電企業(yè)實現(xiàn)集約型管理的重要內容，本系統(tǒng)正是降低線損、提高供電質量、提高營銷管理水平的有力支持工具。

本文對用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構、主要功能和性能，進行了規(guī)劃性的總體設計，未涉及到技術實現(xiàn)的細節(jié)，地、縣供電公司在該系統(tǒng)規(guī)劃和建設時有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]呂振勇主編，電力營銷法律法規(guī)知識[185].北京：中國電力出版社，2002.

[2]國網公司：電力負荷管理系統(tǒng)通用技術條件[3].北京：國網公司生產營銷[2004].183號文.

[3]吳安官、倪保珊，電力系統(tǒng)線損[251].北京：中國電力出版社，1996.

作者簡介：

李毅，男，山西大學工程學院。