關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測與抄表系統(tǒng)的設(shè)計

馮雷 韓靚

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州，450047）

引言

電能表作為電能計量的專用儀表，在電力系統(tǒng)中的發(fā)電、供電和用電的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛應(yīng)用。特別作為關(guān)口的電能表，它的計量準(zhǔn)確程度和運行狀況是供電部門和用戶兩方面都很關(guān)心的問題。按照國家電力行業(yè)規(guī)程要求，使用中的電能表也需要定期檢測。因此，為順應(yīng)電力企業(yè)發(fā)展和管理方面的需要，特別是順應(yīng)我國無人值守變電站快速建設(shè)與發(fā)展的需要，我們研制開發(fā)了關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測與抄表系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)網(wǎng)、省及地（市）、縣各級供電企業(yè)和發(fā)電企業(yè)的發(fā)電廠和變電站（以下簡稱廠站端），實現(xiàn)對廠站端計量回路中關(guān)口電能表的遠(yuǎn)程自動在線檢測與抄表，同時可將其它電網(wǎng)運行參數(shù)采集和遠(yuǎn)程傳送。

1 系統(tǒng)組成及其功能實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)硬件組成及其工作過程

系統(tǒng)工作原理框圖，如圖1所示

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

從圖1系統(tǒng)工作原理框圖來看，系統(tǒng)顯示的基本配置為：多路轉(zhuǎn)換器完成m路(m=1,2···)三相電流、n路(n=1,2···)三相電壓、m 路電能脈沖的“多路選一”

切換。將現(xiàn)場接入的電流、電壓和脈沖信號進(jìn)行分組，我們定義為：在m個CT回路中，每個回路的兩進(jìn)兩出電流，即Iami入和Iamo出、Icmi入和Icmo出，稱為一路電流；按照n個電壓等級的不同，某一等級的三相三線制電壓Uan、Ubn、Ucn，稱為一路電壓；在m只三相電能中，某一只三相電能表發(fā)出的電能脈沖Mm(m=1,2···)稱為一路脈沖；把同時選中的某1路電壓、1路電流和1路脈沖稱為1組信號。由控制板從m組信號中切換出一組信號進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)電能表，再由標(biāo)準(zhǔn)電能表測量出被測電能表的運行誤差和關(guān)口電能表的其它電參數(shù)。最后將測量結(jié)果通過遠(yuǎn)程通信通道送往主站計算機(jī)，再由主站計算機(jī)進(jìn)行處理、運算，完成系統(tǒng)各種功能。

1.2 系統(tǒng)組成及功能實現(xiàn)

（1）標(biāo)準(zhǔn)電能表：精度等級優(yōu)于0.05級。本部分主要完成以下功能：a.實時在線檢測每只運行中的三相電能表誤差;b.查三相三線有功電能表的錯誤接線種類;c.實時在線測量CT、PT二次計量回路中的其它電參數(shù);d.帶有多種通信接口。

（2）轉(zhuǎn)換單元：包括電流切換模塊、電壓切換模塊、電能脈沖切換模塊以及控制模塊。該部分主要完成信號的多路選一控制選擇功能，然后將某一組被選中的檢測信號向標(biāo)準(zhǔn)表單元進(jìn)行傳送。

（3）監(jiān)控單元：包括一臺嵌入式工控機(jī)及應(yīng)用軟件。主要通過其自身帶有的多通信接口實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)表部分的數(shù)據(jù)傳輸、存儲及其與主站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信。

(4)遠(yuǎn)程通信：可以是GSM/GPRS無線信道,也可以是光纖信道或PSTN信道。該部分是聯(lián)通分站裝置和主站系統(tǒng)而進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ篮兔浇椤?/p>

(5)主站微機(jī)系統(tǒng)：主要由一臺帶有遠(yuǎn)程通信接口的高性能微機(jī)和一套遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用軟件等部分組成。主要實現(xiàn)以下功能：

a.數(shù)據(jù)處理、瀏覽及查詢

對抄收的關(guān)口電能表的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可瀏覽查看。并按電力部門標(biāo)準(zhǔn)格式打印輸出。

b.誤差統(tǒng)計及分析

分別對每只電能表的誤差進(jìn)行統(tǒng)計及分析，生成誤差曲線圖并顯示。

2 系統(tǒng)遠(yuǎn)程檢測方案設(shè)計

本系統(tǒng)在地域和功能上分為主站、分站兩部分。兩部分通過遠(yuǎn)程通信信道既相互聯(lián)系，又相互作用，構(gòu)成一系統(tǒng)整體。

2.1 電能表檢測原理設(shè)計

運行于發(fā)電廠、變電站的電能表多為電子式三相多功能電能表，本設(shè)計將上述三相電能表作為被測表，分站檢測裝置（含標(biāo)準(zhǔn)電能表單元）作為三相電能表的檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。分站檢測裝置對三相電能表進(jìn)行檢測時，采用精度高、可靠性好的電能比較法。此法對檢測有功電能表計量誤差和無功電能表計量誤差都適用。在被檢電能表轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)后，分站檢測裝置中的工控機(jī)單元可從標(biāo)準(zhǔn)表單元的RS232通訊口中讀出實測電能值。由于每次檢測中標(biāo)準(zhǔn)表僅發(fā)出一次電能值(電能表轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)后)，所以工控機(jī)將把整個檢測過程中實時檢測電能值的出現(xiàn)與否可作為一次檢測結(jié)束的標(biāo)志。

2.2 多路切換原理設(shè)計

本系統(tǒng)是用一臺標(biāo)準(zhǔn)的分站檢測裝置分別同多個被檢測的電能表比對，得出每個電能表的相對誤差。因此這就需要設(shè)計出多路切換控制電路，來完成多路三相電能表的電壓、電流輸出信號經(jīng)“多路選一”后向分站檢測裝置標(biāo)準(zhǔn)表單元的傳送。為了滿足“在電壓切換時保證各回路間電壓不短路，在電流切換時保證各電流回路不開路”的有關(guān)規(guī)程中的安全要求，本設(shè)計著重對安全性設(shè)計作為重點進(jìn)行了論證和考慮，并設(shè)計出相應(yīng)保護(hù)電路以確保該項指標(biāo)的實現(xiàn)。

a)電流切換原理設(shè)計

圖2 電流切換原理

為了確保電流切換時不開路，將每只三相三線電能表的電流信號都接入一組電流互感器，此組電流互感器中每一只互感器的二次側(cè)經(jīng)電阻鉗位后可作為標(biāo)準(zhǔn)表的電流信號輸入，且確保它即使開路也是安全的，因為此時向標(biāo)準(zhǔn)表輸入的信號為低幅值（小于8V）的電壓信號，所以不用繼電器切換，用模擬電子開關(guān)切換即可滿足要求，于是該系統(tǒng)的體積得以減小，可靠性也得以提高。電流切換原理如圖2所示。

b)電壓切換原理設(shè)計

由于現(xiàn)場安裝的三相電能表通過電壓互感器接入不同的二次回路中，而且又因各回路的電壓相別不同，所以各電壓回路間是嚴(yán)禁短路的。因此，分站裝置對各路三相電能表及其所在的二次計量回路進(jìn)行電壓切換時，必須準(zhǔn)確無誤地切換至所選三相電能表的相應(yīng)電壓回路。一般情況下，電壓回路電流很?。ㄐ∮?A），選用切換繼電器時其觸點電流大于1A就足以滿足要求了。設(shè)計時應(yīng)特別將繼電器連接設(shè)計為一種互鎖方式，即任何一個或幾個繼電器由于某種原因而產(chǎn)生誤動作時，也不會使不同電壓回路間短路，這樣就確保了電壓回路的安全切換。此外，由于電壓回路為工頻交流電，電壓峰值可達(dá)300V左右，所以在峰值點實施電壓切換時，繼電器觸點常有電弧產(chǎn)生，既影響繼電器壽命，又會產(chǎn)生干擾信號，最終會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，此時采取“滅弧”措施就顯得尤為必要。所以，設(shè)計時采用了零電壓切換方法，有效地預(yù)防了繼電器觸點產(chǎn)生電弧的可能性。

c)電能脈沖切換原理設(shè)計

電能脈沖切換原理示意圖，如圖3所示。

圖3 脈沖信號切換原理示意圖

電能脈沖代表電能表對電能的累計情況，每只電能表因電網(wǎng)負(fù)荷大小變化的不同，電能脈沖輸出的頻率也不同。多功能電能表脈沖是經(jīng)光電隔離后輸出，每一個電能脈沖可能夾帶前、后沿抖動產(chǎn)生干擾信號，必須將它濾除，否則會嚴(yán)重影響測量精度。目前有很多成熟的去抖動電路和濾波電路（如RC、施密特電路等），可有效的改善電能脈沖信號的質(zhì)量，使其滿足技術(shù)指標(biāo)要求。目前現(xiàn)場運行的多功能電能表，由于其有功測試端口和無功測試端口兩種脈沖輸出接口已兼而有之，且同時有脈沖輸出，因此本方案將電能脈沖的總路數(shù)設(shè)計為：m×2=2m路，這樣既縮小了系統(tǒng)體積，也降低了系統(tǒng)成本。于是脈沖選擇時，就可以分別選擇電能表的有功脈沖和無功脈沖。將光電隔離的輸出端調(diào)制成TTL電平就可直接連接于多路數(shù)據(jù)選擇器接口。此外，由于電流切換時，選擇的是8選1電子開關(guān)，系統(tǒng)控制信號有：三路片選信號和三路地址信號，因此，脈沖選擇時為使輸入的電流信號和脈沖信號能同時選中某一三相電能表，則要求脈沖信號切換的布局、片選和地址應(yīng)確保和電流信號的切換相一致，如圖3所示。

2.3 被檢測電能表誤差曲線的統(tǒng)計

被檢測電能表誤差曲線的統(tǒng)計可分為按負(fù)荷率統(tǒng)計和按日期統(tǒng)計兩種。按負(fù)荷率統(tǒng)計可得到被檢測電能表在不同負(fù)荷點上的誤差大小情況，并可清楚地反映出電能表精度是否在某負(fù)載范圍內(nèi)符合規(guī)定要求。按日期統(tǒng)計可得到被檢測電能表在某一時期內(nèi)的誤差走勢情況，按日期統(tǒng)計誤差曲線圖如圖4所示。

2.4 檢測結(jié)果的輸出

系統(tǒng)對每一只被檢測電能表都有檢測結(jié)果生成。檢測結(jié)果以電力部門標(biāo)準(zhǔn)格式顯示并進(jìn)行打印輸出。檢測結(jié)果如表1所示。

圖4 按日期統(tǒng)計誤差曲線圖

表1 電能表在線檢測結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)格式）

3 抄表模塊

系統(tǒng)抄表模塊的硬件組成主要由分站系統(tǒng)工控機(jī)和其內(nèi)部的485通訊板卡組成,系統(tǒng)和每個被抄讀電能表的485通訊口連接。系統(tǒng)軟件完成各種抄表功能，可以實現(xiàn)。采用MS SQL Server 7.0/2000大型數(shù)據(jù)庫平臺，數(shù)據(jù)庫容量大，能夠滿足地區(qū)級的供電部門使用。支持部頒DL/T 645-1997多功能電能表通信規(guī)約，并可以根據(jù)用戶使用的電能表類型，不斷擴(kuò)展通訊協(xié)議庫。按照大用戶關(guān)口表內(nèi)部數(shù)據(jù)的用途和分類，將電能表數(shù)據(jù)分為：電能量（累積量）、最大需量、瞬時量、凍結(jié)量、負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)。抄錄電表內(nèi)部保存的各種事件記錄以及事件累計記錄。提供抄表計劃任務(wù)功能，可以即時或定時對選定的電表進(jìn)行自動連接和抄錄。將抄表數(shù)據(jù)記錄導(dǎo)出到文本文件中，作為其它用電MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入。

4 綜述

本系統(tǒng)是針對電力部門廠、站端無人值守的需求而設(shè)計開發(fā)的，真正實現(xiàn)了不去現(xiàn)場作業(yè)即可實施遠(yuǎn)程檢測之目的，是目前為我國電力用戶傾力奉獻(xiàn)出的新型產(chǎn)品。因此，隨著我國未來電力事業(yè)的迅速發(fā)展，以及新型無人值守變電站建設(shè)速度的加快，該系統(tǒng)的研制成功必將大大提高我國電力部門關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線管理的現(xiàn)代化水平，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。

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