10kv及以下載波抄表技術方案的選擇應用

胡正奎

集抄管理是當前提高用電管理的一種新興技術，它不但可以節(jié)省電力企業(yè)人力物力和財力，提高勞動效率，還可以提高工作質量，更重要地是推進了電能計量管理智能化的發(fā)展進程，為電力需求側管理的發(fā)展奠定了基礎。 根據(jù)通訊方式的不同，目前低壓電力集抄系統(tǒng)有多種方案可供選擇。根據(jù)智能電網(wǎng)發(fā)展方向和階梯電價即將推行的趨勢。本文認為在中低壓電網(wǎng)中采用無線集抄和電力載波結合的方式更經(jīng)濟和實用。其外部運行環(huán)境為：穩(wěn)定的GPRS、GSM或CDMA通訊源；電力用戶均實行“一戶一表”和集中裝表；環(huán)境溫度-25℃～+55℃；環(huán)境濕度小于85%。

一、系統(tǒng)構成

集中抄表系統(tǒng)主要包括載波電能表、集中器、通訊網(wǎng)絡、管理計算機及管理軟件等構成。集中器下行以電力載波方式與載波電能表進行通訊，集中器定時讀取電能數(shù)據(jù)并自動存儲。上行利用GPRS、GSM或CDMA網(wǎng)絡與上位管理計算機通訊。管理計算機與集中器通訊獲取各電表的數(shù)據(jù)，并進行綜合處理。

1.主要配置、功能及規(guī)格。①集中器。載波集中器是遠程抄表系統(tǒng)的重要組成部分，它作為抄表系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，連接上位中央管理系統(tǒng)和下位多個載波電表或采集終端，負責抄表過程的控制以及抄表數(shù)據(jù)的接收、存貯與傳送。載波型集中器通過GPRS、GSM或CDMA網(wǎng)絡與上位計算機通訊，接受來自上位計算機的指令，與載波管理軟件交換數(shù)據(jù)、接收指令，并上傳抄表數(shù)據(jù)。下行以220V電力載波通訊方式對所管理的電表進行通訊，進行實時抄表、凍結抄表以及繼電器操作。

集中器按照管理計算機的設置，定時啟動抄表程序，讀取電表、與各采集終端連接的各個電表或附表的當前累計數(shù)據(jù)并進行保存。集中器為每塊電表保存基本數(shù)據(jù)。集中器支持點抄操作，即操作員可以在管理計算機一側通過管理軟件界面，直接選擇某塊電表，讀取其當前表底數(shù)據(jù)，獲得人工臨時抄表數(shù)據(jù)，并可以此進行故障檢查。一臺電表集中器可以管理同一臺變壓器下的單相、三相電表，每臺集中器最多可以管理1000臺電表。分管不同臺變的多個集中器可以同時連接到同一個節(jié)能管理系統(tǒng)中。在同一個網(wǎng)絡中，可以連接多臺集中器同時工作，構成大型自動化抄表網(wǎng)絡。集中器根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有關約束信息，如果在直接抄讀數(shù)據(jù)無正確響應時，將自動搜索中繼路徑，搜索成功后將保存路徑，并通過中繼路徑抄表；自動中繼對表或終端的約束包括其相序、所在分支線路編號、是否在同一表箱內(nèi)、是否為同一個多表模塊。集中器時鐘芯片具有電池保護，可以根據(jù)設置的凍結日期自動對所管理的電表進行表底數(shù)據(jù)凍結保存，作為每月結算日的表底依據(jù)。

一個集中器管理的電表，通訊地址應唯一；集中器月凍結表底數(shù)據(jù)的時間跨度為一次巡抄的時間。上位機通過管理軟件可直接與集中器進行通訊，集中器在接收到上位機發(fā)送的合法命令后，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收指示燈同時閃亮一次，表示接收命令正確并同時進行相應的操作。

不論集中器正處于何種狀態(tài)，都會優(yōu)先響應上位機的通訊和執(zhí)行上位機發(fā)送的命令。當集中器與上位機通訊結束并執(zhí)行完上位機發(fā)送的命令后，重新返回與上位機通訊前的狀態(tài)，集中器只有在進行了正確的數(shù)據(jù)庫設置下載和電表下載后，才能保證抄表工作的正確。因此下載數(shù)據(jù)庫時，要保證電表數(shù)據(jù)設置正確。如果發(fā)生數(shù)據(jù)庫修改，應及時更新集中器數(shù)據(jù)庫，保證上位管理數(shù)據(jù)庫與集中器數(shù)據(jù)庫的一致性。集中器具有點抄功能，根據(jù)上位機指令點抄電表數(shù)據(jù)、控制繼電器狀態(tài)；如在通訊過程中掉線時，管理軟件將自動進行重新?lián)芴柌僮鳌?/p>

②單相電子式載波電能表。電能計量由專用計量芯片的計量單元完成。由載波微處理器構成電能計量、載波通訊接口、顯示驅動、繼電器控制的主控部分。其工作原理見圖1所示。

主要功能：a.電能計量功能。計量芯片精確計量正、反向有功電能功能，反向電能按正向電能累計，有效杜絕反向接線竊電。電能計量線性好、動態(tài)工作范圍寬。斷電后，所有存儲數(shù)據(jù)不丟失，能保持10年以上。

b.電力載波通訊功能。用于電能表參數(shù)設置及電表底碼的設置、抄讀；可進行電能表繼電器的操作；通信速率：同步通訊，500bps；通信距離：500m（每兩個接點之間）；具有4級載波中繼功能、擴展通訊距離。

c.電能脈沖輸出功能。有功電能量脈沖輸出，用于校表、采集電能量；無源隔離型輸出端口。

d.斷電控制功能。具有載波遠程斷電、送電功能。

③三相電子式載波電能表

主要功能：a.計量功能。計量芯片精確計量正、反向有功電能功能，反向電能按正向電能累計，有效杜絕反向接線竊電。反向指示，反向LED點亮時為電能反向狀態(tài)。電能計量線性好、動態(tài)工作范圍寬。斷電后，所有存儲數(shù)據(jù)不丟失，能保持10年以上。

b.電力載波通訊功能。通信速率：同步通訊，500bps；編程內(nèi)容包括電能表地址、標準轉數(shù)及電表底碼；可進行電能表繼電器的通、斷操作；自動抄表系統(tǒng)可以抄讀當前底碼、標準轉數(shù)；通信距離：500m（每兩個接點之間）；具有4級載波中繼功能、擴展通訊距離。

c.電能脈沖輸出功能。有功電能量脈沖輸出，用于校表、采集電能量；無源隔離型輸出端口。

二、通過集抄實現(xiàn)功能

系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)匯總和功能實現(xiàn)可以通過中心處理系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應機構來完成。中心處理系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的最終組成部分，根據(jù)采集回來的數(shù)據(jù)進行分析整理，為電力管理提供多項服務。主要功能為：

1.遠程抄表。集抄管理中心實現(xiàn)定時實時遠程抄表，保證結算電能表的及時和準確，與電力營銷網(wǎng)相連后可隨時進行電費收取、票據(jù)打印、報表統(tǒng)計等操作。

2.電費回收。集抄管理系統(tǒng)可利用采集終端的信息發(fā)布功能，向用戶發(fā)送相應催費信息，增加電費催收的途徑；可利用負荷控制功能，對違反電力法和不按時履行繳納電費義務的，限制用戶繼續(xù)用電。集抄管理系統(tǒng)還可通過預付費電能表提供預售電控制功能，從而增加了電費回收的力度。

3.電能計量及用電秩序管理功能。集抄管理系統(tǒng)實現(xiàn)對用戶端電能計量裝置運行狀況的在線監(jiān)測，為電能計量及用電秩序管理提供了技術平臺。集抄終端通過數(shù)據(jù)接口，連續(xù)（循環(huán)）將電能表數(shù)據(jù)傳送至中心處理系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測電能計量裝置的運行狀況，對掉電、斷相、失流、逆相序、編程計數(shù)、時鐘偏差等異常工況自動報警，同時記錄事件和相關數(shù)據(jù)；為用電異常分析提供依據(jù)，開展負荷跟蹤對比等綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測分析功能。

三、系統(tǒng)優(yōu)越性

1.安全性。本系統(tǒng)網(wǎng)絡分為兩大部分：即下行載波通訊網(wǎng)絡、上行通訊網(wǎng)絡。載波網(wǎng)絡由低壓電力線承載，通過低壓電力線以載波方式在電表和集中器之間傳送數(shù)據(jù)。電力線載波現(xiàn)在采用了工頻傳輸方式，即50Hz工頻信號經(jīng)過零點技術，再加上采用獨特的電壓變化跟蹤技術，以及獨特的算法，可以消除各種強干擾電器對電力線產(chǎn)生的干擾，具有抗干擾強，糾錯能力更強，性能穩(wěn)定，誤碼率低等特點。同時，由于采集器本身帶有中繼功能，通過中繼抄表距離可以達到2000～3000m。通過這些技術的應用可以保證100的抄表成功率。

2.經(jīng)濟性高，實用性強。上行通訊網(wǎng)絡用于集中器與管理計算機之間進行通訊，采用GPRS、GSM或CDMA網(wǎng)通訊網(wǎng)絡通過交換機接入管理計算機系統(tǒng)。從集中器傳回供電部門利用了現(xiàn)在比較成熟的移動網(wǎng)絡，通過GPRS/GSM方式把數(shù)據(jù)上傳。對移動信號較弱的地方，不同網(wǎng)絡之間可任意切換，保證信號穩(wěn)定性和快速性。不影響載波的使用，并且借鑒了負控的做法建立了集抄的主站。有了主站以后可以更方便的進行數(shù)據(jù)的維護和管理，并且可以通過主站對系統(tǒng)遠程召喚和表計設置。這樣除了設備故障，一般的維護都可以在遠端進行。 每月通過主站與營銷系統(tǒng)的接口把數(shù)據(jù)導入營銷系統(tǒng)進行電費結算。為了保證營銷系統(tǒng)安全性，數(shù)據(jù)不是直接寫入營銷系統(tǒng)，而是先放到一個中間表。集抄用戶只能訪問中間表，數(shù)據(jù)確認后由營銷系統(tǒng)負責從中間表取數(shù)據(jù)。

3.可擴展性。系統(tǒng)中集中器與表計通訊采用先進的載波通訊技術，穩(wěn)定可靠。當計量點增加時，相應地增加表計的數(shù)量即可完成自動抄表系統(tǒng)的擴展，不涉及重新布線，擴展成本低。

4.經(jīng)濟性。通訊網(wǎng)絡的建立，應按照現(xiàn)場實際情況進行配置，也可充分利用現(xiàn)有通訊網(wǎng)絡，節(jié)省投資。第1環(huán)節(jié)，從電表到采集器采用表計485口通訊，由于可以從表計485口直接把表計讀數(shù)取出，可以保證采集的數(shù)據(jù)與表計絕對一致。而數(shù)據(jù)采集直接尋找表地址，使得換表后可以自動檢索到新表進行資料更新，各表數(shù)據(jù)線可采用串聯(lián)的方式，布線更加簡便。

四、經(jīng)濟效益分析

1.提高企業(yè)線損分析能力。集抄系統(tǒng)提供了即時抄表、定時抄表和凍結抄表等功能，凍結抄表就是專門為線損分析設計的，可以保證抄表時間的一致性。這樣低壓臺區(qū)的線損分析就十分精確的，而且系統(tǒng)還提供了異常報警功能。因此集抄系統(tǒng)應用在“高線損臺區(qū)”分析和反竊電工作中會十分有效。

2.降低成本，提高工作效率。進行自動抄表系統(tǒng)的建設，可以有效減少員工的抄表收費時間，達到減人增效效果。同時可減少車輛及其他費用的支出；對用電設備的不明損壞或者誤差問題；或者漏抄、錯抄、估抄等。而電力稽查人員又不是時時刻刻的去現(xiàn)場，不能早發(fā)現(xiàn)這些直接會導致電能量減少的事件；而自動抄表系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)實時在線監(jiān)測行為，可以有效減少這類問題；提高了用電稽查的效率，提高了經(jīng)濟效益。運行自動抄表系統(tǒng)可以有效減少抄表的距離，可以有效提高抄表人員的工作效率，降低工作量。同時對減少了抄、核、收各個環(huán)節(jié)人為因素，對于杜絕人情電、關系電、權利電及規(guī)范電工行為方面意義重大。

3.減少違規(guī)行為，規(guī)范客戶的用電行為。日常用電過程中，時常會出現(xiàn)偷電或收電費難的問題，出現(xiàn)這類問題時，用電稽查人員常常很難處理。如果運行自動抄表系統(tǒng)，可以實行實時監(jiān)測用戶的用電行為，如果有異常用電行為或用電事故，主站會自動以短信的形式發(fā)送給責任人，這樣責任人第一時間可以知道用戶的用電情況；可以有效防止用戶違章用電行為，達到一種威懾的效果。

4.提高電能數(shù)據(jù)的抄收及時性和準確性。自動抄表可以實現(xiàn)準備時間自動上報數(shù)據(jù)的功能，而電費結算和線損分析對抄表的結算日電量又很重視。自動抄表可以準確實現(xiàn)這些功能。有效的提高了抄表的時效性、準確性。

5.提高了用電管理的管理先進性能力。運行自動抄表系統(tǒng)是將電能計量數(shù)據(jù)自動采集、傳輸和處理的系統(tǒng)。它克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的低效率和不確定性，能夠體現(xiàn)管理的效率和經(jīng)濟發(fā)展情況；過去都是人工抄表，人工計算、人工稽查，信息采集管理系統(tǒng)可以有效提高管理的技術手段，可以降低員工的日常勞動強度，可以為員工提升系統(tǒng)抄表方面的知識技能；提高了員工的自身競爭能力；從而提高了電業(yè)局整體人員的素質。提高用電管理的先進性，推動了電能管理現(xiàn)代化進程。

隨著計算機技術、通訊技術、網(wǎng)絡技術和微電子技術的飛速發(fā)展，對集中抄表技術水平、集中抄表的投資成本、抄表的效率、可靠性和準確度、管理體制提出了更高的要求。電能計量集中抄表技術發(fā)展較快，在選用產(chǎn)品時，應選用較為成熟的產(chǎn)品，避免重復投資，從而使電能計量集抄技術真正成為企業(yè)降低成本，提高經(jīng)濟效益和管理水平的有效手段。

（作者單位：陜西漢陰縣供電分公司）