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電網遠程無線數據采集系統
      智能電能計量系統主要由智能電能表、互感器、高速通信網絡、信息分析處理中心以及與之配套的管理系統組成,運用現代數字通信技術、計算機軟硬件技術、電能計量等新技術,形成一個以數字信號傳輸、高度信息化、操控智能化的開放式計量系統,具有無線數據采集、遠程抄表、用電異常信息報警、電能質量監測、線損分析和負荷監控管理等無線傳輸功能。
 

    案例背景

    智能電能計量系統主要由智能電能表、互感器、高速通信網絡、信息分析處理中心以及與之配套的管理系統組成,運用現代數字通信技術、計算機軟硬件技術、電能計量等新技術,形成一個以數字信號傳輸、高度信息化、操控智能化的開放式計量系統,具有無線數據采集、遠程抄表、用電異常信息報警、電能質量監測、線損分析和負荷監控管理等無線傳輸功能。供、用電雙方都能通過這套系統隨時了解用電情況,利用“峰平谷”的階梯電價,制定、安排合理的用電方案,控制故障停電率,降低線路損耗,達到技術節能、增加經濟效益的目的。   

    根據國家電網智能化建設的規劃,在未來10年里,將全面進行電網智能化改進工作。目前我們的工作還處于智能化的初級階段,現階段以如何利用現有的輸配線路對電能計量裝置進行合理改進;如何構建一個雙向、互動的智能計量系統;如何實現各類軟件應用和管理功能;如何提高電能計量裝置的防竊性、安全性和遠程控制能力為工作重點。其中最重要的是全面更換智能電表,智能電表擔負著數據終端采集器的任務,可以記錄實時用電情況,直接利用現有電壓輸電線路,以 GPRS 為主要通信載體,通過多種通信方式實現系統主站和現場終端之間的數據通信,實現大范圍的集中管理。該文介紹了現階段電網改進工作中,智能電能計量系統的組成和功能特點、如何運行和維護及可能出現的問題。  
    智能電能計量系統的組成

    智能計量裝置的組成:智能計量裝置是  “智能電網”中的重要組成部分,為實現“智能電網”信息化、互動化、自動化、堅強化和智能化,提供強有力的測量、控制方面的數據支撐。由智能電表、互感器、二次回路接線組成。主要有如下三種計量方式,其結構原理見圖1。

    高供高計:經高壓電壓互感器、高壓電流互感器計量,倍率=電壓互感器變比×電流互感器變比;高供低計:經專用配電變壓器的用戶,只經低壓電流互感器計量,倍率=電流互感器變比;低供低計:接電流互感器按變比計算。

     

     電網遠程無線監控系統

     

    電網遠程無線監控系統

                    圖1  智能計量裝置結構原理圖(以三相四線高供高計為例)

    智能電表:作為智能電網的終端采集器——智能電能表,應選擇能進行GPRS 無線信息傳輸的功能完善的能實現供電公司與用戶進行雙向通信的高精度智能電表。 

    互感器:由于現階段經濟條件及技術的限制,目前還不能全面更換新型的智能互感器,檢查現有的傳統互感器,如果能滿足計量要求的給以保留。 

    二次回路接線:在不更換現有線路的情況下檢查二次回路接線是否滿足計量的要求,如果不滿足計量要求應進行更換。 
    智能電能計量裝置的綜合誤差 

    應用綜合誤差的概念合理選配計量裝置中的TA、TV、智能電能表,使它們合成的綜合誤差最小,達到提高計量準確性的目的。智能電能計量裝置的綜合誤差可以用下式表示:d h b,γ =  Yb+Yh+Yd;式中Yb——智能電能表的相對誤差;Yh——互感器合成誤差;Yd ——電壓互感器二次導線壓降引起的誤差。 

    在實際的計量裝置中,除了智能電能表的誤差 Yb可以在負荷點下將其誤差調至誤差最小,其他的計量置誤差均與實際二次回路的運行參數有關。 

    根據電流、電壓互感器的誤差,合理組合配對,使互感器合成誤差盡可能小。配對原則是盡可能配用電流互感器和電壓互感器的比差符號相反,大小相等,角差符號相同,大小相等。這樣,互感器的合成誤差基本可以忽略,只需根據互感器二次壓降誤差配合電能表本身誤差作調整,便可最大限度降低計量裝置綜合誤差。 

    智能電能計量裝置的全封閉管理 

    加強對智能計量的裝置全封閉管理,杜絕無關人員的觸動,保證用電的安全性、準確性。對于變電站計量的專柜專線用戶,可采用對整個計量設施全封閉;對計量點設在用戶處且計量方式為高供低計的用戶,可改為高供高計的計量方式,將其計量裝置從戶內移至戶外并安裝在電線桿上;對低供低計帶TA的用戶的計量裝置可采取在計量裝置前一次進行全封閉;對直通用戶可采取在表計前對線路等進行全封閉處理。 

    智能電能計量裝置現場校驗及驗收 

    更換智能電表后應檢查接線是否正確、牢靠,按要求進行封閉,做好送電的準備工作;送電后檢查GPRS無線通訊是否正常,確認接線是否正確,現場校驗計量裝置的綜合誤差并做好原始記錄工作;經校驗合格的電能計量裝置由驗收人員及時實施封印,并由運行人員或客戶對鉛封的完好簽字認可;把電流、電壓互感器合成誤差、電壓互感器二次回路壓降誤差、現場校驗的綜合誤差通過計算形成數據表,在以后每次的周期校驗時,都可以對照各項數據配合電能表進行調整,使計量綜合誤差達到最??;按規程規定做好電能表、互感器、周期檢驗和輪換工作;出具現場校準證書并妥善保管。 
    遠程智能監控軟件系統 

    系統管理軟件以通訊為基礎,以數據庫為核心,提供數據處理、查詢、統計、報表、備份等功能;采用分層的開發設計模式(前置機通訊層、數據處理層、應用分析層), 靈活支持不同客戶的要求。它包括廠站遙測系統、大客戶負荷管理系統、配變計量、監測系統和低壓集抄系統等多個子系統,有特殊格式報表, 權限控制等;持客戶原有的管理系統,可與其它管理軟件接口,提供數據接口和通訊接口,具有網絡通訊功能,可隨時查詢有關信息。 

    系統通道 

    為了實現設備之間的信息交換,構建一個雙向、互動的模式,采用兩級通道完成該功能。第一級通道——終端采集器/ 集中器與主站之間的遠程通道,智能電能表所采集的數字化計量信息將通過高速通信網絡上傳至主站信息分析處理中心,數據經分析整理后,再通過通信網絡傳送給供電公司相關管理部門和用電客戶,終端至主站的通信部分采用模塊化設計,當需要更改遠程通道時,不需要更換集中器設備,只需更換通信模塊。第二級通道——終端采集器/集中器與采集器的本地通道,本地通道網絡中通信部分也是采用模塊化設計,具有通用的編程接口和電氣物理接口。在采集器、智能電能表中,可根據所選通信方式不同裝配對應的標準通訊模塊。目前本地通道組網主要采用:RS485 、短距離無線方式或者混合方式。 

    主站管理系統 

    主站管理系統具有的大信息流量和高速信息處理能力,極大地提高了電能計量裝置運行監測水平,將實現電能計量裝置運行的全程實時監控,有效防止竊電行為、破壞計量設備行為的發生。對隨時發生的計量設備故障和運行安全隱患可即時上傳計量參數、故障現象等信息,方便計量人員及時準確的判斷和處理設備故障和事故隱患。大幅提升計量人員的故障處理能力,降低計量設備故障率,提高電能計量可靠性和安全性。 
    智能電能計量系統的主要功能特點 

    電能計量功能:能分時段計量正、反向有功電能,并存儲當前及1~12月數據;計量有功總電量、無功總電量,并存儲當前及上月數據;分時計量最大需量并存儲;可編程4 種費率,12 個時段,支持階梯電價。
    顯示功能:普通用戶,能通過查看與智能電表相連的計算機及電能信息顯示屏或登錄網站等方式,方便、安全、快捷地獲知詳細的用電信息,促使用戶合理利用電能,參與負荷調節,享受個性化的信息服務。 

    通訊功能(讀取功能): 

    • 具有遠方 GPRS/CDMA/GSM、本地 RS232 、本地紅外、本地 RS485 多種通訊方式,可同時多方通訊而互不干擾。 

    • 通過無線 GPRS/CDMA/GSM網絡與遠方主站進行通信,支持永遠在線及短信激活的工作模式。 

    • RS485 抄表接口可實現對用戶側計量用智能電能表以 RS485 通訊的方式遠程抄表。 

    負荷預測和控制功能 

    大用戶可以向供電公司上傳用戶近期的用電計劃,供電企業可以合理安排用戶計劃用電的容量、時間和各用戶計劃用電的順序,以提高負荷預測的準確度,當負荷超過預先設定的上限時,系統會通過提供的跳閘端口實行跳閘動作,在跳閘前打開報警裝置,并做相應的事件記錄。 

    事件記錄功能 

    具有失壓、全失壓、斷相、失流、全失流、過壓、欠壓、過流、電壓合格率、停來電、編程校時、遙控跳閘、功控跳閘、電控跳閘、剩余電量不足、預付費等事件的記錄功能。 
    智能電能計量系統的運行及維護、數據巡查、采集 

    (1)  巡查通訊功能:當前無線通訊網絡信號強度,通訊工作正常。 

    (2)  巡查、采集電量:提供有功、無功總電量及各費率電量。 

    (3)  巡查、采集電流、電壓值:實時測量各項電壓、電流及功率。 

    (4)  巡查異常記錄:失壓、斷相、失流、過壓、欠壓、過流、電壓合格率等記錄。 

    (5)  巡查負荷控制:當負荷超過預先設定的上限時,電表會報警并通過提供的跳閘端口實行跳閘動作。 

    (6)  必要時還可巡查:三相平衡對稱情況、母線電量平衡情況、線損網損數據、諧波監測數據等信息。

    數據補抄 

    實現對表計缺數查詢與數據補抄。通過對日、月凍結數據缺數查詢,進行按采集進度、按固定時間兩種方式進行數據補抄。 

    計量裝置周期校準 

    在DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》中已明確規定:對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類電能計量裝置, 應按整個裝置的綜合誤差進行考核,計量裝置應按規程要求校準。 

    工作狀況監測 

    (1)終端運行工況監測:主要監測采集成功率、數據完整率  、采集進度查詢、終端在線的情況確保系   統工作正常。 

    (2)操作監測:系統自動記錄操作員的各種重要操作(參數下發、控制下發、增刪終端、增刪電表、增刪交采、終端采集方案等)的時間、內容、結果等信息,并能在值班日志內自動顯示或對歷史日志進行自定義查詢。 

    終端管理 

    系統可增加與修改計量點檔案、終端檔案、終端配置參數、終端運行參數、終端運行狀態;系統可以對終端各類參數進行遠程配置與修改,可對上線終端的所有參數進行隨時召測;系統可以遠程向終端下發參數、硬件復位命令,使終端參數自動復位或重啟。 

    智能電能計量系統應用效果 

    簡化賬務結算 

    用戶獲得更加準確、及時的能耗信息和賬務信息,自覺參與負荷調節,能準確、實時進行費用結算,簡化了過去賬務處理上的復雜流程。 

    優化分布式能源配置 

    供電企業通過智能電能計量系統對配電系統實時監測、控制和調節,掌握分布式電源與電網運行的相互影響,優化分布式能源配置,從而達到將電能以最經濟與最安全的輸配電方式輸送給終端用戶,提高電網運營的可靠性和能源利用效率。 

    提高負荷預測、線損預測的準確率 

    獲得更加準確的負載和網損信息,從而避免電力設備過負載和電能質量惡化,減少電網備用容量,提高電網經濟效益。 

    實現遠程控制 

    系統在解除保電狀態下,可以通過直接遙控終端用戶,實現遠方拉合閘;  或預先設置功率定值、電量定值、月購電量等分別實現功率控制、月電量控制、購電量控制。  遙控功能是配電運行管理系統中的一個重要組成部分,通過終端實現對用戶被控開關的控制。 

    提供故障分析依據 

    實現異常狀態的在線分析,動態跟蹤和自動控制,提高供電可靠性,實現電網元器件、智能電能表以及用戶設備的監測、預防、維護。當故障發生后可以通過查詢異常用電記錄,為故障分析提供可靠的實時數據。 

    計量損失估算 

    在計量點發生故障時,通過將大量測量數據進行整合,可估算故障期間的電量,提高計量的準確性。 

    全面智能化管理 

    系統能采集更多的電網實時運行數據(電壓、電流和功率等),對用電設備的狀態、能耗進行智能監測與控制,從而掌握更加詳細的用戶負荷情況,自動編制和優化有序用電方案,自動實施,過程跟蹤,自動監測和效果評估,達到需求側智能化管理。 
    可能出現的差錯及有待解決的問題 

    1、電能計量裝置發生故障及差錯的重點是互感器變比差錯、電能表與互感器接線差錯、倍率差錯、電流互感器開路或匝間短路,電壓互感器斷熔絲或二次回路接觸不良,雷擊或過負荷燒表、燒互感器等。 

    2、無線數據傳輸存在著在建筑物對無線電信號的反射、吸收等作用下信號傳輸不穩定的問題,另外智能電表安裝位置、空間抗擾等也對其穩定工作有較大影響,因此要考慮架設天線和安置電能表的位置。 

    3、計量人員的技術素質和管理能力需要相應提高,要能夠勝任智能電能計量系統的操作、使用、維護和檢定工作。人員培訓急需進行。 

    我國于 2010 年中制定并公布了“智能電網”的發展計劃和建設時間表,規劃了在未來10 年里,一個高度智能化、信息化的“智能電網”已呼之欲出。作為“智能電網”中的重要一環 —— 智能電能計量系統,也將在這電力大變革中任重道遠。如何應用先進的光電子技術和光纖傳感技術實現高電壓、大電流的測量,如何提高測量準確度,如何將智能電能計量系統從部分智能化轉向全面智能化逐步推進將是我們未來工作的發展方向。

     

     

 
 
 
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