電能量采集系統(tǒng)在水電廠的應(yīng)用探討

燕 來，何家寧

（1國家電投集團(tuán)江西羅灣水電廠，江西 宜春330600；2.安康水電聯(lián)合實業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 安康725000）

目前，電力系統(tǒng)的控制與管理正逐步走向智能化、集約化的道路。電廠作為一個發(fā)電企業(yè)，其經(jīng)濟(jì)效益好壞完全由上網(wǎng)電量體現(xiàn)，而傳統(tǒng)電能計量方式是人工定期抄表獲得發(fā)電量、上網(wǎng)電量等電能數(shù)據(jù)，并通過人工計算得出變損、廠用電等重要生產(chǎn)指標(biāo)，這無疑給員工帶來了巨大的工作壓力，同時抄表時間差也給核算帶來誤差，而及時準(zhǔn)確的統(tǒng)計相關(guān)電能數(shù)據(jù)并與電網(wǎng)公司進(jìn)行結(jié)算對電廠來說至關(guān)重要。電能量采集系統(tǒng)作為提供電廠上網(wǎng)、下網(wǎng)和關(guān)口點電能量的計量，分時段存儲、采集和處理，為結(jié)算和分析提供基本數(shù)據(jù)等功能的管理分析系統(tǒng)，能充分解決這些問題，并且能通過數(shù)據(jù)分析找到降低廠用電及變耗的方法。對目前正在推進(jìn)“遠(yuǎn)程集控，少人值守”，的電廠來說更有助于提高管理水平，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

電能采集系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、分部系統(tǒng)和通信模塊3部分組成（圖1）。

1.1 主站系統(tǒng)

（1）硬件部分。我廠的電量采集系統(tǒng)主站由采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理終端、WEB服務(wù)器、安全網(wǎng)關(guān)組成。

圖1 電能量采集系統(tǒng)圖

1）采集服務(wù)器是系統(tǒng)的主要組成部分，主要是獲取分站系統(tǒng)傳輸過來的數(shù)據(jù)并與電站時鐘系統(tǒng)對時，保證實時數(shù)據(jù)的及時與準(zhǔn)確。

2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要作用是對采集服務(wù)器的數(shù)據(jù)按照需要寫入并保存在數(shù)據(jù)庫中，以備管理終端隨時查詢調(diào)用歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)。

3）管理終端主要是通過對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的歷史與實時數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，輸出相關(guān)分析報表。

4）WEB服務(wù)器是把內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出到外網(wǎng)中，以便外網(wǎng)能方便的獲得相關(guān)報表數(shù)據(jù)或調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

5）安全網(wǎng)關(guān)主要是保障內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)與外網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全，杜絕外部入侵到內(nèi)網(wǎng)。數(shù)據(jù)經(jīng)簡單的處理后傳輸給服務(wù)器，通過前置機(jī)可以直接查。

（2）軟件部分。采用了DCOM、Java、J2EE進(jìn)行編寫，支持Unix、Linux、Windows等主流操作系統(tǒng)，并根據(jù)需要采用B/S或C/S模式。數(shù)據(jù)庫普遍采用商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，支持oracle/Sybase/sql server/access，充分保證系統(tǒng)容量和計算能力。

1.2 分站部分

分站由采集終端設(shè)備及表計組成。

（1）采集終端設(shè)備，采集終端設(shè)備采用IEC870-5-102規(guī)約、CDT規(guī)約與主站通信，并支持接口規(guī)范的任何主站（圖2）。支持接入主流表計，具有以下主要功能：

1）電能量采集功能：通過RS485口，采集電能表的各種類型電能數(shù)據(jù)、總最大需量及總最大需量發(fā)生時間、瞬時量數(shù)據(jù)、失壓數(shù)據(jù)、斷相數(shù)據(jù)、考核數(shù)據(jù)（僅限東方電能表）、電表狀態(tài)字（僅限東方電能表）等。

2）歷史數(shù)據(jù)儲存功能：長久保存采集的各項數(shù)據(jù)及采集器自身生成的各項數(shù)據(jù)。

3）時鐘及校時功能：主站對鐘、當(dāng)?shù)鼐S護(hù)對時、異常記錄性能：自身運行工況記錄（開關(guān)機(jī)時間等）、通信異常記錄、參數(shù)修改記錄、參數(shù)錯誤記錄、電能量數(shù)據(jù)錯誤記錄，所有異常記錄均可向主站傳輸。

4）通信功能：滿足DLT-645多功能電能表通信規(guī)約。

圖2 電能量采集終端工作原理

（2）表計，由5塊智能表組成關(guān)口表，用于核算上網(wǎng)電量，3塊智能表用于統(tǒng)計機(jī)組發(fā)電量，2塊智能表用于變損、2塊用于廠用電計量。表計都具有精確地分時計量三相正反向有功電能、四象限無功電能以及需量；精密實時測量三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等；監(jiān)測并記錄失壓、失流、斷相等事件。

2 主站系統(tǒng)處理軟件功能

羅灣水電廠采用的是東方電子的DF6100軟件系統(tǒng)，具有開放的數(shù)據(jù)庫，方便各系統(tǒng)的訪問，友善的人機(jī)界面，目前實現(xiàn)以下功能：

（1）采用樹型結(jié)構(gòu)管理和構(gòu)造電廠設(shè)備，并能對定時采集方案、通道、電能量采集終端、計量點和信息體地址等參數(shù)進(jìn)行實時維護(hù)。

（2）完成換表日志、旁路事件、人工追補(bǔ)電量、置入電量及表碼修改等引起的電量計算，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性。

（3）實現(xiàn)計量點原始數(shù)據(jù)、計量點電量、考核對象電量和線損（不平衡）分析數(shù)據(jù)瀏覽與分析，并通過表格和圖形（曲線、棒圖、餅圖）顯示以供其管理部門瀏覽查詢。

（4）對水電廠用電率、變損率、發(fā)電耗水率等指標(biāo)進(jìn)行分析。

（5）可以針對水電廠自身的需求設(shè)置自定義報表。

3 目前使用情況

3.1 提高了工作效率

自動抄表系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的人工抄表，節(jié)約大量人力成本且系統(tǒng)的實施適應(yīng)目前“遠(yuǎn)程集控、少人值守”的趨勢，在值班人員減少的情況下保證了工作正常執(zhí)行，提高了工作效率，消除了因視線環(huán)境等因素造成的人工抄表漏抄、誤算、估算等現(xiàn)象。

3.2 提高了企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平

通過計算機(jī)對采集數(shù)據(jù)的分析處理，能實時的給相關(guān)人員提供所需要的計算數(shù)據(jù)，通過日報表能及時發(fā)現(xiàn)異動數(shù)據(jù)。有助于管理者及時發(fā)現(xiàn)問題并分析原因，并對線路及設(shè)備隱患及時處理，減少電量損失。利用機(jī)組發(fā)電和電廠上網(wǎng)電量進(jìn)行綜合比較分析，從而實現(xiàn)電廠變損的準(zhǔn)實時統(tǒng)計和分析，為提高電廠發(fā)電效率減低損耗提供重要技術(shù)支撐。

3.3 需要改進(jìn)的地方

由于經(jīng)費限制，羅灣水電廠電能量采集系統(tǒng)配置較為簡單，只部署了單數(shù)據(jù)服務(wù)器及單網(wǎng)絡(luò)，這種配置存在著可靠性不高的情況，最佳方案是采用主備2臺數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺采集服務(wù)器，采用主備雙網(wǎng)系統(tǒng)，避免單機(jī)故障影響系統(tǒng)運行。

4 運行中出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）機(jī)組表無數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)象：查詢機(jī)組表實時數(shù)據(jù)不變，報表中機(jī)組數(shù)據(jù)也不改變。

分析：由于機(jī)組表是用光纖與電能量采集終端連接，需通過485光電模塊轉(zhuǎn)換，檢查發(fā)現(xiàn)模塊工作不正常。

處理：替換485光電模塊，數(shù)據(jù)正常。

（2）通信不正常，時通時斷

現(xiàn)象：采集器數(shù)據(jù)不完整或主站終端報表數(shù)據(jù)不全或錯誤。

分析1：網(wǎng)絡(luò)電纜布線不合理。

處理：RS485網(wǎng)絡(luò)電纜必須使用雙絞線，且用一條雙絞線電纜作總線，將各個節(jié)點串接起來，從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短，信號通道單一連續(xù)。

分析2：線路阻抗不匹配。

處理：短距離線路可以不考慮阻抗，但如果長距離則必須匹配相應(yīng)線路阻抗。

分析3：現(xiàn)場的電磁干擾嚴(yán)重，造成一些區(qū)域電磁信號強(qiáng)，由于收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，嚴(yán)重的電磁干擾會產(chǎn)生共模干擾，造成此范圍內(nèi)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)工作不正常。影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。

如圖3所示，當(dāng)發(fā)送驅(qū)動器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送驅(qū)動器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個系統(tǒng)具有各自獨立的接地系統(tǒng)，存在著地電位差VGPD。那么，接收器輸入端的共模電壓VCM就會達(dá)到VCM=VOS+VGPD，超出正常工作范圍。

處理：RS485通信設(shè)備之間也需要共地，以屏蔽外界電磁干擾。

圖3 共模干擾原理圖

（3）數(shù)據(jù)庫不正常。

現(xiàn)象：System.Data.SqlClient.SqlException: 在建立與服務(wù)器的連接時出錯。

分析：由于電腦死機(jī)強(qiáng)制啟動，懷疑SQL服務(wù)沒啟動。

處理：啟動SQL Server配置管理器。

展開SQL Server 2005網(wǎng)絡(luò)配置。

選擇“MSSQLSERVER協(xié)議”；

右鍵單擊 TCP/IP，并選擇“啟用”；

選擇“SQL Server 2005服務(wù)”；

右鍵單擊SQL Server (MSSQLSERVER)，并選擇“重新啟動”。

（4）新?lián)Q的表無數(shù)據(jù)。

現(xiàn)象：無法獲取到新表數(shù)據(jù)，查看通信狀態(tài)為斷。

分析：電能量采集終端中根據(jù)電能表地址訪問電能表，只有地址有且正確才能通信正常。

處理：把表上的地址準(zhǔn)確輸入到電能量采集終端。

5 結(jié)束語

羅灣水電廠電能量采集系統(tǒng)改造后投入運行已有1年多，目前使用情況表明，該系統(tǒng)具備有良好的人機(jī)界面、功能全面、運行人員使用簡單，能滿足羅灣水電廠“無人值班（少人值守）”的要求。電能量采集系統(tǒng)的成功改造，使羅灣水電廠管理與決策能力得到進(jìn)一步提高。