電能計(jì)量裝置運(yùn)行安保及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉攸堅(jiān)，王 鵬，傅子明

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 廣東 佛山528000）

電能計(jì)量裝置運(yùn)行安保及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉攸堅(jiān)，王 鵬，傅子明

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 廣東 佛山528000）

現(xiàn)代的生活離不開電，電力的穩(wěn)定輸送受各種各樣的情況和因素影響，天氣、環(huán)境、人為破壞、設(shè)備老化等等，針對以上問題，本課題將設(shè)計(jì)一種可以檢測監(jiān)控環(huán)境變化、防止人為破壞作出預(yù)警措施的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測的現(xiàn)場技術(shù)改造的具體方法，實(shí)現(xiàn)了電能計(jì)量裝置運(yùn)行的安保和監(jiān)控功能，具備很好的使用價(jià)值。

設(shè)備老化；預(yù)警；安保；在線監(jiān)測；技術(shù)改造

電能計(jì)量裝置運(yùn)行安保及監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電能計(jì)量裝置防竊電安全保護(hù)、異常報(bào)警、以及非法操作行為的監(jiān)控，監(jiān)控信號處理模塊實(shí)現(xiàn)對其他單元的監(jiān)控和采集信息進(jìn)行處理，并通過信號傳輸通道實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的上傳[1]，后臺(tái)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場采集和監(jiān)控設(shè)備的控制，進(jìn)而全方位實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場計(jì)量裝置的安全保護(hù)、異常監(jiān)控和告警。

本研究建設(shè)的電能計(jì)量裝置運(yùn)行安保及監(jiān)控系統(tǒng)，是一套能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場計(jì)量裝置防竊電監(jiān)控、現(xiàn)場鉛封信息管理、電房人員進(jìn)出、現(xiàn)場視頻和圖像信息采集與處理、異常信息報(bào)警與存儲(chǔ)、可視化現(xiàn)場運(yùn)維管理[2-3]；能夠增強(qiáng)保護(hù)現(xiàn)場計(jì)量裝置的數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)對非法竊電行為的監(jiān)控、報(bào)警、事后追溯，增強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)運(yùn)維的遠(yuǎn)程管理能力。

1 現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性

目前國內(nèi)對這方面的研究都是針對某一單獨(dú)需求進(jìn)行的，譬如門禁技術(shù)的研究、防竊電技術(shù)的研究、現(xiàn)場視頻監(jiān)控技術(shù)的研究。但對計(jì)量裝置運(yùn)行安保及現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，包含本項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)（電房人員進(jìn)出、柜門聯(lián)動(dòng)、門禁監(jiān)控與管理、現(xiàn)場圖像及視頻監(jiān)控、利用現(xiàn)有采集終端數(shù)據(jù)上傳通道傳遞現(xiàn)場監(jiān)控信息等）的研究尚屬首次。

現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題：

1）利用傳統(tǒng)的電能表現(xiàn)場校驗(yàn)方式，現(xiàn)場運(yùn)行的電能表按照用戶負(fù)荷的大小來劃分，確定周期性地現(xiàn)場校驗(yàn)，其缺點(diǎn)是現(xiàn)場校驗(yàn)的周期長，且難以實(shí)時(shí)的監(jiān)測電能表實(shí)際（變化的）負(fù)荷時(shí)電能表誤差情況，對于電能表工作中發(fā)生的故障不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，造成計(jì)量不準(zhǔn)確；

2）對失壓、斷相缺乏有效的監(jiān)測手段，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于失壓和斷相所帶來的電能損失；

3）不能實(shí)時(shí)地跟蹤和校驗(yàn)電壓二次回路的壓降；

4）對電流二次冋路發(fā)生的故障不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理；

5）雖然當(dāng)前一牲屯能表具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程通信等功能[4-6]，但傳輸?shù)囊话阒皇请娔鼙碇惺孪葍?chǔ)存的數(shù)掘，無法完成對電能表、互感器、二次回路的現(xiàn)場運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

本系統(tǒng)采用當(dāng)今最先進(jìn)的數(shù)字電子技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、無線通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把智能識(shí)別、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)字監(jiān)控集于一體。其中電能表檢定裝置組成結(jié)構(gòu)圖和典型的電能計(jì)量裝置如圖1所示。

圖1 電能表結(jié)構(gòu)圖

2.1 計(jì)量柜上下門互鎖機(jī)構(gòu)及IC卡密碼鎖

安裝在用戶現(xiàn)場的電能計(jì)量柜一般由上下兩部分組成，上部安裝負(fù)控、配變采集終端及電能表等儀表，下部安裝電壓、電流互感器[7]。為了保證計(jì)量信息的安全，計(jì)量柜門都要安裝數(shù)個(gè)鉛封并加貼封條，防止對計(jì)量柜內(nèi)的計(jì)量儀表和線路做非法改動(dòng)。

目前所使用的計(jì)量柜都有上下兩個(gè)門，無聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，柜門關(guān)閉后分別采用傳統(tǒng)的機(jī)械鉛封加封，并在上下門之間加貼封條。每次在現(xiàn)場進(jìn)行施工后，都必須重新進(jìn)行加鉛封、貼封條等工作[8-9]。由于傳統(tǒng)的鉛封加封工藝很簡單，經(jīng)常發(fā)生不法之徒私拆鉛封，更改計(jì)量柜接線或儀表，然后用仿造鉛封代替原有鉛封的情況出現(xiàn)，給國家造成很大的財(cái)產(chǎn)損失。

1）實(shí)現(xiàn)雙門聯(lián)動(dòng)，只有打開上門，下門才能打開；

2）在上門適當(dāng)位置安裝IC卡密碼鎖，每把鎖配置3張獨(dú)立的IC卡，持卡人可通過刷卡（密碼、指紋）等方式進(jìn)行開鎖，每個(gè)人的開鎖時(shí)間、工號均會(huì)被自動(dòng)記錄并上傳到計(jì)量裝置現(xiàn)場安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)中，智能IC卡電能表的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 智能IC電能表檢定裝置組成結(jié)構(gòu)圖

2.2 現(xiàn)場監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理

1）在異常開啟柜門時(shí)，通過密碼鎖的觸發(fā)，在計(jì)量柜門開啟瞬間啟動(dòng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行拍照、針孔攝像機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

2）監(jiān)控信號處理模塊獲取監(jiān)控和采集設(shè)備的信息，并對其進(jìn)行分析處理，并將所需要傳輸?shù)男畔⒂成錇殡娏啃畔?，通過終端通道上傳到主站。

3）自動(dòng)記錄計(jì)量柜門非法開啟和關(guān)閉時(shí)計(jì)量裝置運(yùn)行參數(shù)信息，例如客戶檔案信息、電能表底度等，發(fā)送到后臺(tái)主站并產(chǎn)生告警[10]。

4）通過RS485通信接口和采集終端建立通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和傳輸。RS485在系統(tǒng)通信圖如圖3所示。

圖3 RS485在系統(tǒng)通信圖

5）存儲(chǔ)并管理監(jiān)控?cái)z像機(jī)視頻文件，可通過USB接口傳送視頻文件，作為現(xiàn)場非法行為的證據(jù)。

6）采集設(shè)備可對電子鉛封信息進(jìn)行讀取，然后通過與終端的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)對現(xiàn)場鉛封狀態(tài)的管理。

2.3 計(jì)量裝置安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)

管理中心系統(tǒng)軟件采用SQL后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，通過現(xiàn)有自動(dòng)化平臺(tái)接口后通過現(xiàn)有GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與各監(jiān)測點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接[11]，實(shí)時(shí)采集各監(jiān)控點(diǎn)環(huán)境變量數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)反饋各點(diǎn)工作狀態(tài)。是集門禁管理、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控及巡更巡檢功能于一體的綜合安防管理系統(tǒng)。

2.4 數(shù)據(jù)通訊通道

利用現(xiàn)有的通訊通道，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理裝置設(shè)置為一個(gè)計(jì)量點(diǎn)，將各種信號（除圖片及視頻）以任務(wù)數(shù)據(jù)或告警的方式上送給主站；圖片、視頻則存儲(chǔ)在本地采集裝置中，如有需要也可通過與終端的通訊[12]，利用終端通訊協(xié)議上送到電能計(jì)量運(yùn)行安保及監(jiān)控系統(tǒng)主站。

3 本系統(tǒng)控制框圖及各部分功能

各模塊功能如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場設(shè)備框圖

①監(jiān)控信號處理模塊：信號采集及處理單元，接收其他單元電路的信號并進(jìn)行信號處理并對其它單元進(jìn)行控制，按電能表電路的標(biāo)準(zhǔn)，采用DL645協(xié)議、利用RS485總線和采集終端之間通信。

為了使用采集終端現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)和主站之間進(jìn)行通信，此模塊的設(shè)計(jì)必須當(dāng)作一只電能表進(jìn)行設(shè)計(jì)，報(bào)警信息映射為各種電量信息，作為采集終端的一個(gè)計(jì)量點(diǎn)而使用。

②門節(jié)點(diǎn)傳感器：一組開關(guān)量采集電路，每一只開關(guān)可以被定義為一定的含義。譬如開關(guān)1檢測柜門打開狀態(tài)、開關(guān)2檢測某一只接線盒蓋打開狀態(tài)等等。

③監(jiān)控?cái)z像機(jī)：當(dāng)柜門打開時(shí)開始啟動(dòng)，監(jiān)控并記錄在計(jì)量柜內(nèi)的所有操做，柜門關(guān)閉時(shí)，監(jiān)控停止；當(dāng)柜門開啟瞬間針孔攝像機(jī)記錄開門者的圖像信息。

④雷達(dá)感應(yīng)開關(guān)：雷達(dá)感應(yīng)開關(guān)在采集設(shè)備內(nèi)部，外觀上無法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人員通過門或窗戶進(jìn)入電房時(shí)，在最遠(yuǎn)10米范圍內(nèi)，雷達(dá)無死角自動(dòng)感應(yīng)，避免門禁方式被破壞或繞過門禁的方式進(jìn)入電房。

⑤電子鉛封掃描：利用手持掃描設(shè)備掃描電子鉛封，將掃描信息通過紅外傳送給監(jiān)控信號處理模塊進(jìn)行處理，或在監(jiān)控信號處理模塊的采集設(shè)備上增加電子鉛封通訊模塊，直接與電子鉛封進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

⑥IC卡密碼鎖：IC卡識(shí)讀及門鎖開啟。

⑦負(fù)控配變采集終端：現(xiàn)有的采集終端，將監(jiān)控信號處理模塊設(shè)置為一個(gè)計(jì)量點(diǎn)，按既定的采集方案及采集周期進(jìn)行信號采集。

⑧計(jì)量柜現(xiàn)場安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)：系統(tǒng)應(yīng)用軟件和計(jì)量營銷系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)（TCP/IP）相連，接收來自計(jì)量營銷系統(tǒng)有關(guān)監(jiān)控信號處理模塊這個(gè)計(jì)量點(diǎn)的所有電量信息，然后對這些電量信息進(jìn)行反映射，還原成本來的現(xiàn)場監(jiān)控信息。

⑨備用電源系統(tǒng)：在停電狀態(tài)下，為本監(jiān)控系統(tǒng)提供電源，可以提供電能。

1）系統(tǒng)管理

本系統(tǒng)中的配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)中包括了大量的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)參數(shù)，通過對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整可以對系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整[13-14]。與此同時(shí)，為了能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)權(quán)限控制，系統(tǒng)對參與管理操作的相關(guān)單位、工作人員進(jìn)行了分類整理，并按照單位職能以及人員工作崗位的不同為其分配不同的權(quán)限。

2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)從安裝部署在配電室的相關(guān)傳感設(shè)備中可以獲得電氣設(shè)備信息、傳感設(shè)備信息、視頻監(jiān)控信息以及系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的相關(guān)控制參數(shù)信息等方面。所以系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能結(jié)構(gòu)模塊即是提供了對這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的相關(guān)管理操作功能接口。

3）視頻監(jiān)控

目前，在佛山市的配電室網(wǎng)絡(luò)中均安裝了攝像頭，用來對配電室進(jìn)行監(jiān)測，所以系統(tǒng)的視頻監(jiān)控功能模塊主要是為工作人員提供對上述攝像頭設(shè)備以及采集得到的視頻文件進(jìn)行相關(guān)管理的功能接口。

4）測溫管理

系統(tǒng)的測溫管理功能模塊可實(shí)現(xiàn)對配電室中的各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保電氣設(shè)備在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生溫度異常時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行異常報(bào)警，并對報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理操作[15]。

5）溫度濕度監(jiān)控

系統(tǒng)的溫度濕度監(jiān)控模塊的功能模塊是對配電室內(nèi)部環(huán)境的溫度和濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并在溫度指標(biāo)或濕度指標(biāo)超出預(yù)定的安全范圍時(shí)自動(dòng)進(jìn)行異常報(bào)警，同時(shí)將異常報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

6）電能計(jì)量表檢定裝置試驗(yàn)

①誤差測量。在規(guī)定接線方式下測量裝置誤差，可配置出最大、最小電壓測量范圍（量程），測量結(jié)果應(yīng)滿足相應(yīng)準(zhǔn)確度設(shè)計(jì)要求。

②檢查裝置自檢功能。當(dāng)出現(xiàn)傳輸通道連接錯(cuò)誤或通信錯(cuò)誤的情況時(shí)，對應(yīng)的電能表計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)地提供明顯的故障提示信息[16]。

③標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值的測定。通過設(shè)置功率因數(shù)λ=cos φ=1，對系統(tǒng)進(jìn)行相對誤差測試，代入公式（1）可以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。

其中，Ei表示第i次測量的相對誤差，E為各次測量Ei的均值，即為，本系統(tǒng)的 n＞5。

4 結(jié) 論

通過電能計(jì)量裝置運(yùn)行安全及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對計(jì)量裝置現(xiàn)場運(yùn)維情況實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場計(jì)量柜異常開啟自動(dòng)報(bào)警、能夠及時(shí)有效地防治現(xiàn)場竊電和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場運(yùn)維可視化管理，它能方便內(nèi)部工作人員出入，杜絕無關(guān)人員隨意進(jìn)出，并能實(shí)現(xiàn)巡檢巡查監(jiān)督工作；同時(shí)可以接入多種探測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)防區(qū)聯(lián)動(dòng)報(bào)警功能，并能實(shí)現(xiàn)環(huán)境變化的監(jiān)控。

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Design of operation security and monitoring system of electric energy metering device

LIU You-jian，WANG Peng，F(xiàn)U Zi-ming
（Guangdong Power Supply Bureau of Foshan Power Grid Co.，Ltd.，F(xiàn)oshan 528000，China）

Modern life can not be separated from power and the stability of the power delivery is affected by a variety of situations and factors，weather，environment，man-made destruction，aging equipment and so on，in view of the above problems，this topic will design a kind of inspection and monitoring environment change and preventing measures of early warning system of man-made destruction.This system provides the concrete method of the field technology transformation to realize the on-line monitoring of the electric energy metering device，realizes the security and monitoring function of the electric energy metering device，and has the very good use value.

equipment aging； early warning； security； on-line monitoring； technical transformation

TN91

A

1674－6236（2017）16-0150-04

2016-09-10稿件編號：201609111

廣東電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（030600KK52140076）

劉攸堅(jiān)（1981—），男，廣東三水人，助理工程師。研究方向：計(jì)量自動(dòng)化終端運(yùn)行故障診斷、終端通訊技術(shù)等。