馮雷 韓靚

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州，450047）

引言

電能表作為電能計(jì)量的專用儀表，在電力系統(tǒng)中的發(fā)電、供電和用電的各個(gè)環(huán)節(jié)得到了廣泛應(yīng)用。特別作為關(guān)口的電能表，它的計(jì)量準(zhǔn)確程度和運(yùn)行狀況是供電部門和用戶兩方面都很關(guān)心的問題。按照國家電力行業(yè)規(guī)程要求，使用中的電能表也需要定期檢測(cè)。因此，為順應(yīng)電力企業(yè)發(fā)展和管理方面的需要，特別是順應(yīng)我國無人值守變電站快速建設(shè)與發(fā)展的需要，我們研制開發(fā)了關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線檢測(cè)與抄表系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)網(wǎng)、省及地（市）、縣各級(jí)供電企業(yè)和發(fā)電企業(yè)的發(fā)電廠和變電站（以下簡稱廠站端），實(shí)現(xiàn)對(duì)廠站端計(jì)量回路中關(guān)口電能表的遠(yuǎn)程自動(dòng)在線檢測(cè)與抄表，同時(shí)可將其它電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)采集和遠(yuǎn)程傳送。

1 系統(tǒng)組成及其功能實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)硬件組成及其工作過程

系統(tǒng)工作原理框圖，如圖1所示

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

從圖1系統(tǒng)工作原理框圖來看，系統(tǒng)顯示的基本配置為：多路轉(zhuǎn)換器完成m路(m=1,2···)三相電流、n路(n=1,2···)三相電壓、m 路電能脈沖的“多路選一”

切換。將現(xiàn)場接入的電流、電壓和脈沖信號(hào)進(jìn)行分組，我們定義為：在m個(gè)CT回路中，每個(gè)回路的兩進(jìn)兩出電流，即Iami入和Iamo出、Icmi入和Icmo出，稱為一路電流；按照n個(gè)電壓等級(jí)的不同，某一等級(jí)的三相三線制電壓Uan、Ubn、Ucn，稱為一路電壓；在m只三相電能中，某一只三相電能表發(fā)出的電能脈沖Mm(m=1,2···)稱為一路脈沖；把同時(shí)選中的某1路電壓、1路電流和1路脈沖稱為1組信號(hào)。由控制板從m組信號(hào)中切換出一組信號(hào)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)電能表，再由標(biāo)準(zhǔn)電能表測(cè)量出被測(cè)電能表的運(yùn)行誤差和關(guān)口電能表的其它電參數(shù)。最后將測(cè)量結(jié)果通過遠(yuǎn)程通信通道送往主站計(jì)算機(jī)，再由主站計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、運(yùn)算，完成系統(tǒng)各種功能。

1.2 系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn)

（1）標(biāo)準(zhǔn)電能表：精度等級(jí)優(yōu)于0.05級(jí)。本部分主要完成以下功能：a.實(shí)時(shí)在線檢測(cè)每只運(yùn)行中的三相電能表誤差;b.查三相三線有功電能表的錯(cuò)誤接線種類;c.實(shí)時(shí)在線測(cè)量CT、PT二次計(jì)量回路中的其它電參數(shù);d.帶有多種通信接口。

（2）轉(zhuǎn)換單元：包括電流切換模塊、電壓切換模塊、電能脈沖切換模塊以及控制模塊。該部分主要完成信號(hào)的多路選一控制選擇功能，然后將某一組被選中的檢測(cè)信號(hào)向標(biāo)準(zhǔn)表單元進(jìn)行傳送。

（3）監(jiān)控單元：包括一臺(tái)嵌入式工控機(jī)及應(yīng)用軟件。主要通過其自身帶有的多通信接口實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)表部分的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)及其與主站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信。

(4)遠(yuǎn)程通信：可以是GSM/GPRS無線信道,也可以是光纖信道或PSTN信道。該部分是聯(lián)通分站裝置和主站系統(tǒng)而進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ篮兔浇椤?/p>

(5)主站微機(jī)系統(tǒng)：主要由一臺(tái)帶有遠(yuǎn)程通信接口的高性能微機(jī)和一套遠(yuǎn)程檢測(cè)應(yīng)用軟件等部分組成。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

a.數(shù)據(jù)處理、瀏覽及查詢

對(duì)抄收的關(guān)口電能表的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可瀏覽查看。并按電力部門標(biāo)準(zhǔn)格式打印輸出。

b.誤差統(tǒng)計(jì)及分析

分別對(duì)每只電能表的誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，生成誤差曲線圖并顯示。

2 系統(tǒng)遠(yuǎn)程檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在地域和功能上分為主站、分站兩部分。兩部分通過遠(yuǎn)程通信信道既相互聯(lián)系，又相互作用，構(gòu)成一系統(tǒng)整體。

2.1 電能表檢測(cè)原理設(shè)計(jì)

運(yùn)行于發(fā)電廠、變電站的電能表多為電子式三相多功能電能表，本設(shè)計(jì)將上述三相電能表作為被測(cè)表，分站檢測(cè)裝置（含標(biāo)準(zhǔn)電能表單元）作為三相電能表的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。分站檢測(cè)裝置對(duì)三相電能表進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用精度高、可靠性好的電能比較法。此法對(duì)檢測(cè)有功電能表計(jì)量誤差和無功電能表計(jì)量誤差都適用。在被檢電能表轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)后，分站檢測(cè)裝置中的工控機(jī)單元可從標(biāo)準(zhǔn)表單元的RS232通訊口中讀出實(shí)測(cè)電能值。由于每次檢測(cè)中標(biāo)準(zhǔn)表僅發(fā)出一次電能值(電能表轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)后)，所以工控機(jī)將把整個(gè)檢測(cè)過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)電能值的出現(xiàn)與否可作為一次檢測(cè)結(jié)束的標(biāo)志。

2.2 多路切換原理設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的分站檢測(cè)裝置分別同多個(gè)被檢測(cè)的電能表比對(duì)，得出每個(gè)電能表的相對(duì)誤差。因此這就需要設(shè)計(jì)出多路切換控制電路，來完成多路三相電能表的電壓、電流輸出信號(hào)經(jīng)“多路選一”后向分站檢測(cè)裝置標(biāo)準(zhǔn)表單元的傳送。為了滿足“在電壓切換時(shí)保證各回路間電壓不短路，在電流切換時(shí)保證各電流回路不開路”的有關(guān)規(guī)程中的安全要求，本設(shè)計(jì)著重對(duì)安全性設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)進(jìn)行了論證和考慮，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)保護(hù)電路以確保該項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

a)電流切換原理設(shè)計(jì)

圖2 電流切換原理

為了確保電流切換時(shí)不開路，將每只三相三線電能表的電流信號(hào)都接入一組電流互感器，此組電流互感器中每一只互感器的二次側(cè)經(jīng)電阻鉗位后可作為標(biāo)準(zhǔn)表的電流信號(hào)輸入，且確保它即使開路也是安全的，因?yàn)榇藭r(shí)向標(biāo)準(zhǔn)表輸入的信號(hào)為低幅值（小于8V）的電壓信號(hào)，所以不用繼電器切換，用模擬電子開關(guān)切換即可滿足要求，于是該系統(tǒng)的體積得以減小，可靠性也得以提高。電流切換原理如圖2所示。

b)電壓切換原理設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)場安裝的三相電能表通過電壓互感器接入不同的二次回路中，而且又因各回路的電壓相別不同，所以各電壓回路間是嚴(yán)禁短路的。因此，分站裝置對(duì)各路三相電能表及其所在的二次計(jì)量回路進(jìn)行電壓切換時(shí)，必須準(zhǔn)確無誤地切換至所選三相電能表的相應(yīng)電壓回路。一般情況下，電壓回路電流很?。ㄐ∮?A），選用切換繼電器時(shí)其觸點(diǎn)電流大于1A就足以滿足要求了。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別將繼電器連接設(shè)計(jì)為一種互鎖方式，即任何一個(gè)或幾個(gè)繼電器由于某種原因而產(chǎn)生誤動(dòng)作時(shí)，也不會(huì)使不同電壓回路間短路，這樣就確保了電壓回路的安全切換。此外，由于電壓回路為工頻交流電，電壓峰值可達(dá)300V左右，所以在峰值點(diǎn)實(shí)施電壓切換時(shí)，繼電器觸點(diǎn)常有電弧產(chǎn)生，既影響繼電器壽命，又會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)，最終會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，此時(shí)采取“滅弧”措施就顯得尤為必要。所以，設(shè)計(jì)時(shí)采用了零電壓切換方法，有效地預(yù)防了繼電器觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧的可能性。

c)電能脈沖切換原理設(shè)計(jì)

電能脈沖切換原理示意圖，如圖3所示。

圖3 脈沖信號(hào)切換原理示意圖

電能脈沖代表電能表對(duì)電能的累計(jì)情況，每只電能表因電網(wǎng)負(fù)荷大小變化的不同，電能脈沖輸出的頻率也不同。多功能電能表脈沖是經(jīng)光電隔離后輸出，每一個(gè)電能脈沖可能夾帶前、后沿抖動(dòng)產(chǎn)生干擾信號(hào)，必須將它濾除，否則會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。目前有很多成熟的去抖動(dòng)電路和濾波電路（如RC、施密特電路等），可有效的改善電能脈沖信號(hào)的質(zhì)量，使其滿足技術(shù)指標(biāo)要求。目前現(xiàn)場運(yùn)行的多功能電能表，由于其有功測(cè)試端口和無功測(cè)試端口兩種脈沖輸出接口已兼而有之，且同時(shí)有脈沖輸出，因此本方案將電能脈沖的總路數(shù)設(shè)計(jì)為：m×2=2m路，這樣既縮小了系統(tǒng)體積，也降低了系統(tǒng)成本。于是脈沖選擇時(shí)，就可以分別選擇電能表的有功脈沖和無功脈沖。將光電隔離的輸出端調(diào)制成TTL電平就可直接連接于多路數(shù)據(jù)選擇器接口。此外，由于電流切換時(shí)，選擇的是8選1電子開關(guān)，系統(tǒng)控制信號(hào)有：三路片選信號(hào)和三路地址信號(hào)，因此，脈沖選擇時(shí)為使輸入的電流信號(hào)和脈沖信號(hào)能同時(shí)選中某一三相電能表，則要求脈沖信號(hào)切換的布局、片選和地址應(yīng)確保和電流信號(hào)的切換相一致，如圖3所示。

2.3 被檢測(cè)電能表誤差曲線的統(tǒng)計(jì)

被檢測(cè)電能表誤差曲線的統(tǒng)計(jì)可分為按負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)和按日期統(tǒng)計(jì)兩種。按負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)可得到被檢測(cè)電能表在不同負(fù)荷點(diǎn)上的誤差大小情況，并可清楚地反映出電能表精度是否在某負(fù)載范圍內(nèi)符合規(guī)定要求。按日期統(tǒng)計(jì)可得到被檢測(cè)電能表在某一時(shí)期內(nèi)的誤差走勢(shì)情況，按日期統(tǒng)計(jì)誤差曲線圖如圖4所示。

2.4 檢測(cè)結(jié)果的輸出

系統(tǒng)對(duì)每一只被檢測(cè)電能表都有檢測(cè)結(jié)果生成。檢測(cè)結(jié)果以電力部門標(biāo)準(zhǔn)格式顯示并進(jìn)行打印輸出。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

圖4 按日期統(tǒng)計(jì)誤差曲線圖

表1 電能表在線檢測(cè)結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)格式）

3 抄表模塊

系統(tǒng)抄表模塊的硬件組成主要由分站系統(tǒng)工控機(jī)和其內(nèi)部的485通訊板卡組成,系統(tǒng)和每個(gè)被抄讀電能表的485通訊口連接。系統(tǒng)軟件完成各種抄表功能，可以實(shí)現(xiàn)。采用MS SQL Server 7.0/2000大型數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫容量大，能夠滿足地區(qū)級(jí)的供電部門使用。支持部頒DL/T 645-1997多功能電能表通信規(guī)約，并可以根據(jù)用戶使用的電能表類型，不斷擴(kuò)展通訊協(xié)議庫。按照大用戶關(guān)口表內(nèi)部數(shù)據(jù)的用途和分類，將電能表數(shù)據(jù)分為：電能量（累積量）、最大需量、瞬時(shí)量、凍結(jié)量、負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)。抄錄電表內(nèi)部保存的各種事件記錄以及事件累計(jì)記錄。提供抄表計(jì)劃任務(wù)功能，可以即時(shí)或定時(shí)對(duì)選定的電表進(jìn)行自動(dòng)連接和抄錄。將抄表數(shù)據(jù)記錄導(dǎo)出到文本文件中，作為其它用電MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入。

4 綜述

本系統(tǒng)是針對(duì)電力部門廠、站端無人值守的需求而設(shè)計(jì)開發(fā)的，真正實(shí)現(xiàn)了不去現(xiàn)場作業(yè)即可實(shí)施遠(yuǎn)程檢測(cè)之目的，是目前為我國電力用戶傾力奉獻(xiàn)出的新型產(chǎn)品。因此，隨著我國未來電力事業(yè)的迅速發(fā)展，以及新型無人值守變電站建設(shè)速度的加快，該系統(tǒng)的研制成功必將大大提高我國電力部門關(guān)口電能表遠(yuǎn)程在線管理的現(xiàn)代化水平，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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