變電站電能量采集裝置應(yīng)用分析

白勇智，胡迪軍

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007;2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

近年來(lái)新建變電站數(shù)量快速增長(zhǎng)，舊變電站依次擴(kuò)建、擴(kuò)容，電能表使用數(shù)量急劇增長(zhǎng)。電能表的抄表工作量也隨之增加，傳統(tǒng)的人工抄表方式已不能滿足現(xiàn)有抄表工作的需要。估抄、漏抄和錯(cuò)抄現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不僅直接影響了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也造成了電力客戶與電力企業(yè)的糾紛事件。電力企業(yè)迫切需要能夠?qū)崿F(xiàn)集采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳電能表數(shù)據(jù)于一體的電力設(shè)備裝置。在湖南電網(wǎng)省網(wǎng)關(guān)口電能計(jì)量采集系統(tǒng) (以下簡(jiǎn)稱關(guān)口計(jì)量系統(tǒng))的建設(shè)過(guò)程中，電能量采集裝置的研制經(jīng)歷了起步、較大規(guī)模建設(shè)和電信息采集系統(tǒng)建設(shè)幾個(gè)階段，經(jīng)科技人員的研發(fā)、測(cè)試，實(shí)現(xiàn)采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳電能表數(shù)據(jù)的電能量采集裝置的現(xiàn)代化。

1 關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)

關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、電能量采集裝置、多功能電能表和通信網(wǎng)絡(luò)組成，電能量采集裝置處于關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)位置，如圖1。

電能量采集裝置在關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，促進(jìn)了計(jì)量管理、線損管理、大用戶管理的營(yíng)銷管理系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)了多供少損，提高了電網(wǎng)的科技含量和自動(dòng)化水平。

其實(shí)效性主要體現(xiàn)在:

1)實(shí)現(xiàn)了計(jì)量、線損管理的流程化、制度化。

2)實(shí)現(xiàn)了線損管理科學(xué)化。從變電站各級(jí)母線到各主變壓器，從各站到各線路的線損，都能達(dá)到每天一平衡、每天一計(jì)算的效果，以協(xié)助第1時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理問(wèn)題，真正達(dá)到在線分析的及時(shí)性，使線損管理有據(jù)可依。

3)實(shí)現(xiàn)了電能表讀數(shù)自動(dòng)化。借助于關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)，電力公司不再需要每月派人到各變電站抄表，電能數(shù)據(jù)以廠站終端上傳電能數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，采用同一時(shí)間凍結(jié)電能表底碼數(shù)據(jù)方式，極大節(jié)約了抄表工作耗費(fèi)的人力物力，確保了抄表工作的準(zhǔn)確性、可靠性及時(shí)間的一致性。

圖1 關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)

2 變電站電能量采集裝置

2.1 工作原理

目前，各廠家電能量采集裝置外觀略有不同，但原理方案圖基本一致，工作原理主要包括硬件和軟件2部分，具體工作原理如圖2，3。

2.1.1 硬件工作原理

圖2 硬件工作原理圖

各個(gè)廠家都采用國(guó)際流行的32位嵌入式ARM系列處理器作為電能量采集裝置的CPU，具有抗干擾能力強(qiáng)、速度快、寬溫度工作范圍等優(yōu)點(diǎn)。電能量采集裝置硬件采用模塊化設(shè)計(jì)方案，可以方便地插拔各個(gè)模塊，方便組裝生產(chǎn)、查故障、維修，包括電源模塊、CPU模塊、RS485模塊、ETH以太網(wǎng)模塊、RS232模塊、液晶顯示模塊、GPRS/CDMA模塊、CS電流環(huán)模塊、PULSE脈沖模塊、電力載波MODEM模塊等。

2.1.2 軟件工作原理

圖3 軟件工作原理圖

軟件方面，各個(gè)廠家采用的嵌入式操作系統(tǒng)有所不同，常用的操作系統(tǒng)有:Linux、VvWorks、uClinux、pSOS、Symbian、eCos等等。

電能量采集裝置采用高速嵌入式處理器并運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)本地液晶操作、下行功能、上行功能。本地液晶操作:在安裝調(diào)試時(shí)，可以通過(guò)液晶按鍵操作查看表計(jì)通訊的情況、數(shù)據(jù)采集情況等。下行功能:在RS485通訊方式下，電能量采集裝置按照采集方案不停地采集多能電表的數(shù)據(jù)，并按存儲(chǔ)方案定時(shí)存儲(chǔ)在終端內(nèi)。上行功能:一方面在RS485通訊、232通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊方式下，電能量采集裝置按照設(shè)置方案與變電站監(jiān)測(cè)后臺(tái)通訊，并傳輸數(shù)據(jù);另一方面在網(wǎng)絡(luò)通訊、電話、GPSR/CDMA、專線等通訊方式下，電能量采集裝置按照方案與1個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)方關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。

2.2 采集裝置分類

實(shí)際應(yīng)用中，電能量采集裝置結(jié)構(gòu)上大致相同，主要有機(jī)架式電能量采集裝置和壁掛式電能量采集裝置2種。

2.2.1 壁掛式電能量采集裝置

壁掛式電能量采集裝置即表型電能量采集裝置，其特點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需組屏，但其硬件不易擴(kuò)充。

壁掛式電能量采集裝置主要面向35 kV及以上變電站、大中型電廠、中小型電站、高耗能企業(yè)的電能量數(shù)據(jù)采集，適用于各級(jí)電網(wǎng)中有電能計(jì)量計(jì)費(fèi)要求、接表數(shù)量較多、型號(hào)多樣、遠(yuǎn)傳輸通道復(fù)雜等場(chǎng)合。

2.2.2 插箱式電能量采集裝置

插箱式電能量采集裝置有標(biāo)準(zhǔn)5U、標(biāo)準(zhǔn)3U兩種，便于安裝在計(jì)量采集機(jī)柜內(nèi)，適合適用于組屏運(yùn)行，其采用插箱式結(jié)構(gòu)，電氣板件模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)插件功能相對(duì)獨(dú)立，各個(gè)插件的供電電氣隔離，脈沖/遙信電源獨(dú)立。可以現(xiàn)實(shí)板件的自由插拔、自由識(shí)別，便于板件擴(kuò)充。

插箱式電能量采集裝置主要面向網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、發(fā)電側(cè)等高端市場(chǎng)需求，適合于110 kV及以上變電站、發(fā)電廠、鋼鐵廠、油田等大型企業(yè)，接表數(shù)量較多、采集要求高、遠(yuǎn)傳通道復(fù)雜多樣、需要與多個(gè)主站通訊等場(chǎng)合。

目前，湖南省一級(jí)關(guān)口變電站電能量采集裝置全部采用插箱式電能量采集裝置。國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院為了解決貴州省玉屏縣大龍變電站至湖南省懷化公坪變電站220 kV大公線跨網(wǎng)(國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng))線路，投運(yùn)15年以來(lái)關(guān)口電量一直是人工抄表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，2012年8月在貴州省玉屏縣大龍變電站220 kV大公線間隔安裝了某公司DF6201插箱式電能量采集裝置，利用原國(guó)家電力公司微波通道(國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)不能互通，若采用公用通信網(wǎng)每年需繳納費(fèi)用)，成功實(shí)現(xiàn)了跨網(wǎng) (國(guó)網(wǎng)與南網(wǎng))關(guān)口電量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸。投運(yùn)一年來(lái)，從南網(wǎng)貴州省玉屏縣220 kV大龍變電站至國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司關(guān)口電能計(jì)量系統(tǒng)主站，關(guān)口電量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳工作正常，既解決了大公線15年來(lái)跨網(wǎng)的關(guān)口電量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)難題，又節(jié)約了通信成本。

3 數(shù)字化智能變電站電能量采集裝置

智能電能量采集裝置是一種新型、智能裝置，其在RS845、光纖通訊方式下，利用2007版645規(guī)約、IEC61850通訊規(guī)約，可以與數(shù)字化電能表、合并單元一體化進(jìn)行通訊，并按照預(yù)定方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)、光纖等方式下與遠(yuǎn)方智能主站通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

智能電能量采集裝置主要面向新建智能變電站、數(shù)字化變電站、常規(guī)變電站智能化改造站、智能電廠、智能水電站以及新能源站等需要滿足支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電能量數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合。

4 未來(lái)發(fā)展設(shè)想

未來(lái)幾十年內(nèi)，在關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)中，將保持電能表+變電站采集裝置+遠(yuǎn)方主站的模式。同時(shí)其在未來(lái)數(shù)字化智能變電站的發(fā)展中也會(huì)繼續(xù)沿用這一采集模式，不斷豐富其功能，更好地服務(wù)于電力企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)。

現(xiàn)在規(guī)?；瘧?yīng)用的變電站電能量采集裝置是專有硬件，功能專一、職責(zé)清晰，應(yīng)當(dāng)與實(shí)時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)隔離，必須符合安全分區(qū)規(guī)范，當(dāng)系統(tǒng)某單一功能出現(xiàn)故障時(shí)，不得影響其他設(shè)備運(yùn)行。因此，在電能量采集裝置使用過(guò)程中應(yīng)具備2種以上通道，以便于出現(xiàn)故障時(shí)，啟用備用通道解決問(wèn)題，避免影響計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

現(xiàn)有的變電站采集裝置在安全性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)支持性以及成熟度上都占有顯著優(yōu)勢(shì)，將應(yīng)用于數(shù)字化變電站。目前，IEC61850規(guī)約族協(xié)議僅僅應(yīng)用于變電站內(nèi)的協(xié)議規(guī)范，并沒(méi)有延伸到變電站外圍設(shè)備。智能電能量采集裝置安裝于站內(nèi)，為各級(jí)部門提供服務(wù)，其部門范圍仍然是電力調(diào)度中心和營(yíng)銷管理部，大的趨勢(shì)不會(huì)發(fā)生變化。隨著時(shí)間推移，相關(guān)IEC61850協(xié)議將更好地應(yīng)用于數(shù)字化變電站，并將得到進(jìn)一步修改、完善，形成明確規(guī)約規(guī)范，智能變電站采集裝置也將得到更高級(jí)的應(yīng)用，更好服務(wù)于未來(lái)的電能量采集系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

電能量采集裝置在關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，它不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方電量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，而且能夠更好地實(shí)現(xiàn)計(jì)量異常在線監(jiān)測(cè)、電量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析統(tǒng)計(jì)，為線損管理分析工作提供科學(xué)、可靠的依據(jù)，提高用戶電費(fèi)結(jié)算的準(zhǔn)確性。隨著越來(lái)越多的新技術(shù)、新方法應(yīng)用于電能量采集裝置，電能量采集裝置功能將日趨增強(qiáng)，引領(lǐng)計(jì)量計(jì)費(fèi)全自動(dòng)化時(shí)代的到來(lái)。

〔1〕周瑞萍，張磊，劉錦華，等.遠(yuǎn)方電量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和計(jì)量異常在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)〔J〕.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20(22):107-109.

〔2〕周穎.數(shù)字變電站對(duì)廠站電能采集的影響〔J〕.北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011(7):8-9.

〔3〕熊浩清，楊紅旗，李會(huì)濤.智能變電站發(fā)展前景分析〔J〕.河南電力，2011(3):3-5.

〔4〕張桂珠.大城市變電站的發(fā)展趨勢(shì)〔J〕.中國(guó)電力教育，2011(12):90-91.

〔5〕章堅(jiān)民，蔣世挺，金乃正，等.基于IEC61850的變電站電能量采集終端的建模與實(shí)現(xiàn)〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(11):67-71.