住宅戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

李久福/左美洋/武　忠

(1.山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101; 2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012)

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住宅戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

李久福1/左美洋2/武忠2

(1.山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101; 2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012)

0　概述

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對(duì)民用建筑中居民用戶的用電信息進(jìn)行采集、處理和監(jiān)控的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)家庭用戶用電量的自動(dòng)采集、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、用電分析和管理、分布式能源監(jiān)控、智能建筑用電設(shè)備的信息交互等功能。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技飛速發(fā)展的今天，該系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)未來(lái)的智能建筑、智能家居與智能用電設(shè)備發(fā)展有著重要作用，該系統(tǒng)的普及與應(yīng)用對(duì)戶表設(shè)計(jì)與施工提出了更高的要求，因此，有必要對(duì)戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、通訊、工程實(shí)施等進(jìn)行詳細(xì)研究，以便優(yōu)化提升戶表工程設(shè)計(jì)水平。

歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)七十至八十年代就對(duì)遠(yuǎn)距離抄表進(jìn)行了研究，并稱其為自動(dòng)化抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表等基本功能,還能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)公司與電力用戶之間的雙向信息交互。隨著智能電網(wǎng)概念的提出，各國(guó)紛紛展開智能電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃,而作為智能用電系統(tǒng)之一的戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),自動(dòng)化抄表系統(tǒng)將勢(shì)必成為重要建設(shè)項(xiàng)目之一。各個(gè)設(shè)備制造商為適應(yīng)該套采集系統(tǒng)紛紛研制推出系統(tǒng)需要的智能電能表與采集終端，伴隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，該類設(shè)備在住宅項(xiàng)目配電工程中的設(shè)計(jì)與優(yōu)化配置也隨之出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。

1　戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

第一層為用戶終端，由民用建筑居民用戶所使用的智能電能表組成，負(fù)責(zé)記錄電力用戶所用的電量等基本用電信息；第二層是采集設(shè)備，如采集器或者集中器，連接用戶電能表與上層主站，并可根據(jù)主站的命令定時(shí)或?qū)崟r(shí)采集用戶電能表存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至主站層；第三層為主站層，也稱控制中心。它是整個(gè)系統(tǒng)的最上層，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部分的控制與管理[1]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)以居民住宅小區(qū)配變臺(tái)區(qū)為單元，實(shí)現(xiàn)所有臺(tái)區(qū)下電力用戶的用電信息采集。

2　戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信方式

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的通信方式有遠(yuǎn)程信道和本地信道兩種。

遠(yuǎn)程信道用于完成主站系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，常用通信方式有光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA、無(wú)線公網(wǎng)、230MHz無(wú)線專網(wǎng)、中壓電力線載波等。

本地信道用于現(xiàn)場(chǎng)終端到智能表的通信連接,民用建筑電力用戶可采用低壓電力線載波、微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、RS485通信方式連接戶表數(shù)據(jù)采集終端和智能電能表[2]。RS485總線通信是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的一種戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信方式，其特點(diǎn)是少結(jié)點(diǎn)、短距離、可規(guī)范布線。圖2和圖3分別為民用多層和高層建筑中RS485通訊方式的布局示意圖，是目前民用建筑中使用最多的戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊方式和布局。

圖2　多層建筑中RS485通訊方式

圖3　高層建筑中RS485通訊方式

3　戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工程方案選擇

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工程方案即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)方式，一般有如下三種技術(shù)模式：

模式1：主站-GPRS/CDMA、有線電話網(wǎng)、光纖-集中器-微功率無(wú)線或低壓電力線載波-采集器-RS485總線-智能電能表。

模式2：主站-GPRS/CDMA、有線電話網(wǎng)、光纖-集中器-RS485總線-智能電能表。

模式3：主站-GPRS/CDMA-帶GPRS/CDMA模塊的電能表。

在為民用建筑中的多層、小高層、高層樓房選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)，結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備狀況，建議選擇模式2。

3.1既有建筑改造設(shè)計(jì)方案選擇

對(duì)既有民用建筑進(jìn)行升級(jí)改造設(shè)計(jì)時(shí)，低壓戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中電表箱之間的RS485總線可以沿墻套管敷設(shè)或地下埋管敷設(shè)，沿墻敷設(shè)管徑≥16mm，地下埋管敷設(shè)管徑≥20mm。若電表箱內(nèi)無(wú)線通信信號(hào)滿足通訊要求，安裝集中器后無(wú)線通信信號(hào)不滿足通訊要求，可協(xié)調(diào)通信公司加裝信號(hào)放大器或?qū)⒓衅饕浦翗堑篱T或窗附近掛箱安裝，如果集中器、采集器接表超過(guò)64塊，則每個(gè)采集設(shè)備RS485口接表需盡量均衡。

1)安裝在樓道內(nèi)1～2層的電表箱，若電能表總數(shù)不超過(guò)120只，信號(hào)強(qiáng)度滿足通信要求，可在每棟樓安裝一個(gè)集中器，集中器安裝在中單元表箱內(nèi)，且盡量保證集中器3個(gè)RS485口接表數(shù)量相等。如果電能表數(shù)量>120只，需適當(dāng)增加集中器數(shù)量。

2)小高層、高層樓房中，表箱可分層集中安裝或地下集中安裝，若每個(gè)單元超過(guò)64只電能表，需安裝一個(gè)集中器。

3)小區(qū)內(nèi)沿街門市的單相表、低壓三相表可通過(guò)RS485總線接到鄰近的集中器。

4)小區(qū)內(nèi)物業(yè)用電，電能表安裝在高壓配電室內(nèi)或箱變內(nèi)，通過(guò)RS485線接在臺(tái)區(qū)終端下。

3.2新建居民小區(qū)設(shè)計(jì)方案選擇

對(duì)于新建居民住宅小區(qū)而言，在進(jìn)行戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，表箱間RS485通道采用套管敷設(shè)模式，并將RS485線、信號(hào)線通道預(yù)埋到墻內(nèi)或地下。一棟樓內(nèi)相鄰兩表箱間至少設(shè)計(jì)一個(gè)RS485線通道，安裝在地下(或半地下)的表箱設(shè)計(jì)通過(guò)RS485線或信號(hào)引出線管，將集中器或信號(hào)線引出；孤立建筑表箱和就近表箱間設(shè)計(jì)一路RS485線通道，且通道管徑≥20mm；所有設(shè)計(jì)線路敷設(shè)后線徑截面積不得超過(guò)管截面積的40%。RS485線管預(yù)埋到表箱右方RS485接線孔處，信號(hào)線管預(yù)埋到表箱右下方進(jìn)線口處。集中器安裝位置和個(gè)數(shù)可參照前文3.1章節(jié)。

3.3戶表間通信電纜敷設(shè)

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，電表間通信電纜應(yīng)合理冗余并正確排放。要求相鄰電表之間電纜長(zhǎng)度以表間距+200mm為宜；在與電能表通信口連接處，其通信線端頭絕緣層剝線長(zhǎng)度以10mm為宜，保證可靠連接并防止通信線金屬部分外露。位于總線中間的RS485接口處應(yīng)采取冷壓接或其他有效措施，確保通信級(jí)聯(lián)可靠。表箱內(nèi)如有線槽，通信電纜布線需入槽[3]；如無(wú)線槽，相鄰電表之間使用≥2個(gè)線卡或扎帶橫平豎直地固定通信電纜，不得凌空飛線。電表間通信電纜敷設(shè)示意圖見圖4。

圖4　電表間通信電纜敷設(shè)示意圖

對(duì)共用同一級(jí)抄終端的多個(gè)表箱，其表箱間應(yīng)布設(shè)級(jí)聯(lián)電纜，電纜中間應(yīng)無(wú)接頭。電纜選用雙芯屏蔽電纜(2×0.75mm2或2×1.0mm2)，通信線應(yīng)分色標(biāo)識(shí)。

同一單元內(nèi)表箱間與表箱外的通信電纜敷設(shè)一般應(yīng)緊貼墻面安裝PVC明管，管卡固定間距宜≤500mm，拐角兩側(cè)應(yīng)增加管卡固定，對(duì)于嵌入式表箱可開墻埋設(shè)PVC管，埋設(shè)后的墻面應(yīng)恢復(fù)原貌。電纜屏蔽層宜在靠近終端一側(cè)可靠接地。同一單元內(nèi)表箱間通信電纜敷設(shè)示意圖見圖5。

圖5　同一單元內(nèi)表箱間通信電纜敷設(shè)示意圖

跨單元的通信電纜敷設(shè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可穿管、線槽、鋼索、地溝敷設(shè)，電纜敷設(shè)長(zhǎng)度宜≤500m，使用鋼索架空敷設(shè)時(shí)與地面的最小距離宜≥2.7m，通信電纜與絕緣電纜線路的距離應(yīng)≥0.1m，與其他弱電線路之間應(yīng)設(shè)置有效的分隔措施，管卡固定間距宜≤500mm[4]。相鄰單元表箱間通信電纜敷設(shè)示意圖見圖6。

圖6　相鄰單元表箱間通信電纜敷設(shè)示意圖

穿樓層的通信電纜敷設(shè)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況穿管、管道井敷設(shè)，與絕緣電力線路的距離宜≥0.1m，與其他弱電線路之間應(yīng)設(shè)置有效的分隔措施，管卡固定間距宜≤500mm。

3.4低壓集抄終端安裝

低壓集中器應(yīng)安裝在GPRS信號(hào)強(qiáng)、易于取電、方便布線和維護(hù)檢查的位置，應(yīng)避開煙道出風(fēng)口。民用建筑中多采用模式2描述的兩層結(jié)構(gòu)模式集中器。這種模式中，當(dāng)電表箱內(nèi)有空表位時(shí)，宜將集中器安裝在表箱內(nèi)；當(dāng)電能表箱無(wú)空表位時(shí)，宜加裝專用終端箱。集抄終端箱安裝示意圖見圖7。

圖7　集抄終端箱安裝示意圖

采用兩層結(jié)構(gòu)模式的集中器，有3路抄表RS485接口，當(dāng)所接電能表數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)充分利用3路RS485接口，合理分布每路RS485接口接帶電能表數(shù)量，使每路RS485接口接帶的電能表數(shù)量相對(duì)均衡，每路RS485接口應(yīng)加標(biāo)號(hào)區(qū)分，集中器應(yīng)盡量居中安裝以方便現(xiàn)場(chǎng)布線。集抄終端安裝位置示意圖見圖8。

圖8　集抄終端安裝位置示意圖

4　結(jié)束語(yǔ)

戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工程方案和通信信道的建設(shè)布局對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有著重要的作用，對(duì)戶表工程設(shè)計(jì)的理解有著很大幫助，本文通過(guò)對(duì)工程中實(shí)際應(yīng)用的介紹，希望為住宅建筑的設(shè)計(jì)人員在戶表設(shè)計(jì)施工方面提供參考。

[1]段其昌,董平.無(wú)線抄表系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和信息交互分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(2):62.

[2]霍章.電力通信幾種主要傳輸方式的應(yīng)用分析[J].電力系統(tǒng)通信,2006,27(164):61-63.

[3]楊宏業(yè),張躍,呂芳.自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望[J].電測(cè)與儀表,2001,38(428):8-11.

[4]郭恩磊,徐建政.遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的現(xiàn)代通信技術(shù)[J].電力系統(tǒng)通信,2007,28(181):56-60.

Study of Residential Electricity Meter Data Acquisition System

Li Jiufu/Zuo Meiyang/Wu Zhong

為了給民用建筑配電工程的戶表設(shè)計(jì)、施工提供參考，對(duì)應(yīng)用于居民“一戶一表”工程的戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了研究，介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、通訊方式以及工程方案選擇方法，建議民用建筑中多采用模式2描述的兩層結(jié)構(gòu)模式，電表間通信電纜應(yīng)合理冗余并正確排放，集中器安裝位置應(yīng)盡量居中布置以便現(xiàn)場(chǎng)布線。

民用建筑“一戶一表”工程戶表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通訊電纜

In order to provide the reference for civil building engineering design,meter data acquisition system of one family one meter project is studied.Its structure,communication methods and engineering scheme selection methods are introduced in detail.And it advise that two-layer structure called mode 2 is applied widely in civil buildings and communication cable between meters should be reasonable redundancy and properly placed.Concentrator installation position should be placed in the middle.

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