王偉紅張麗紅

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心，杭州 310014；2.國網(wǎng)臺州供電公司，浙江 臺州 318000）

一種電能計量裝置及遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

王偉紅1張麗紅2

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心，杭州 310014；2.國網(wǎng)臺州供電公司，浙江 臺州 318000）

針對國家電網(wǎng)公司對國網(wǎng)智能電表自動化檢驗的需求，本文介紹了一種全新的電能計量裝置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)可對已投入使用的電能計量設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測、故障判斷和記錄分析，它是集信號、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)庫管理、現(xiàn)場電能表誤差自動校驗、二次回路狀態(tài)監(jiān)測、報警、通信于一體的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)可靠性好，功能強(qiáng)，具備較高的競爭力，對用電大戶和各變電站都有很好的應(yīng)用價值。

電能計量；在線監(jiān)測；故障判斷；自動校驗；數(shù)據(jù)庫管理

目前使用的電能表檢測設(shè)備，功能比較多，顯示內(nèi)容也較豐富，但一般都只能在電能表生產(chǎn)廠站進(jìn)行本地檢測，是電能表出廠前的檢測設(shè)備。而對于已安裝在用戶端使用的電能表，要對其進(jìn)行檢測，目前用的是現(xiàn)場校驗儀，也是種本地檢測設(shè)備。對于已經(jīng)安裝好并投入運(yùn)行的PT、CT和電能表，目前還沒有一種可對其進(jìn)行全方位在線測試的設(shè)備，對電能表的維護(hù)，還停留在出了故障、報修、上門檢測、維修或更換的階段，費(fèi)時費(fèi)力。本設(shè)計的電能計量裝置及遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)，可對已投入使用的電能計量設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程在線測試、故障判斷、記錄分析，實現(xiàn)電能表的統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)分析和遙控測試，省時省力，大大提高了電能表的管理和維護(hù)。

1 設(shè)計方案

本在線監(jiān)測系統(tǒng)采用類似多通道標(biāo)準(zhǔn)表方案，每個電流二次回路串接一個采樣 CT進(jìn)行采樣，可保證二次回路不會開路；多段電壓母線和采樣 CT的二次信號通過繼電器切換可選擇接入標(biāo)準(zhǔn)表的電量采集單元進(jìn)行輪流測試；本系統(tǒng)主要由本地采集單元和后臺主站管理單元兩部分組成，如圖 1所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)

2 功能模塊

2.1 后臺主站管理單元

后臺主站管理單元作為遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)主站控制中心，對安裝在各個廠站的本地采集單元的監(jiān)測數(shù)據(jù)、測試參數(shù)及遙控測試進(jìn)行統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)分析；同時還可以為其他管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，其具備以下主要功能。

1）遠(yuǎn)程遙控功能

（1）實現(xiàn)廠站本地采集單元的遠(yuǎn)程遙控測試，判斷用電狀況和電能計量設(shè)備的運(yùn)行狀況。

（2）實現(xiàn)廠站本地采集單元的測試參數(shù)設(shè)置、讀取和修改等。

（3）可實現(xiàn)對運(yùn)行中各廠站本地采集單元內(nèi)的測試記錄的下載和存儲。

2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

（1）具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，可以根據(jù)時間查詢歷史數(shù)據(jù)，并可以電子表格的形式導(dǎo)出數(shù)據(jù)，自動生成各種統(tǒng)計報表。

（2）能夠顯示、查詢系統(tǒng)的各項歷史報警信息和內(nèi)容。

（3）具備趨勢圖繪制功能。

3）異常信息報警功能

對各種異常情況進(jìn)行主動上報，并及時通知運(yùn)維人員。

4）數(shù)據(jù)共享功能

可按照給定的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的共享。

2.2 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)

本地采集單元與后臺主站管理單元可采用RSR232串行通信、GSM無線通信、電話網(wǎng)絡(luò)通信和以太網(wǎng)通信等多種通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)

2.3 本地采集單元

在線監(jiān)測系統(tǒng)的本地采集單元是實現(xiàn)對廠站的各個接入監(jiān)測的電能計量點的校驗信號采集、信息抄讀、分析處理和存儲的就地安裝單元，如圖3所示。

圖3 本地采集單元

1）主控單元：采用工控電腦和液晶顯示方式，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤；可手動操作，也可由后臺主站軟件控制電量采集模塊、PT和CT切換模塊以及電能脈沖切換模塊實現(xiàn)各種功能測試；上行可采用RS232/以太網(wǎng)/GSM和CDMA無線通信/PSTN電話網(wǎng)絡(luò)通信；下行采用485總線方式通信。

2）電能脈沖采集切換單元：對多個回路的被測電能表輸入脈沖進(jìn)行切換，切換邏輯與電流回路CT切換邏輯一致。

3）多通道多功能標(biāo)準(zhǔn)電能表：主要包括電量采集模塊、PT和CT切換模塊3部分組成；各功能模塊采用插卡方式安裝，方便擴(kuò)展。

（1）電量采集模塊：①具有當(dāng)前回路電壓、電流、功率、相位、功率因數(shù)和頻率等各種電量采集功能，有無功電能脈沖可同時輸出，也可通過切換選擇輸出；②可對在線運(yùn)行中電能表進(jìn)行電能誤差測試，具備三路被檢表脈沖輸入接口，可實現(xiàn)三路脈沖同時檢測功能，提高檢測效率；③可在線測試PT二次回路的壓降；④可在線測試CT二次回路的負(fù)荷。

（2）CT切換單元

采用插卡方式安裝，每個單元可安裝6組18路采樣CT，并可對采樣CT二次回路進(jìn)行切換；保證CT不會開路；最多可實現(xiàn)4個CT切換單元進(jìn)行級聯(lián)。采用3回路電流切換為例進(jìn)行說明，如圖4所示。

圖4 CT切換單元

CT切換單元每一個組電流回路安裝一個采樣CT，通過系統(tǒng)端子排與相應(yīng)的被測電流回路相連形成一個完整的回路，當(dāng)需要檢測第一回路的電流時，CT切換單元通過通道切換繼電器將采樣信號（電流切換輸出信號）切換到相應(yīng)采樣 CT的二次側(cè)，并將采樣信號輸入到電量采集模塊進(jìn)行測量；無論電流切換單元采樣CT二次側(cè)如何切換，采樣CT的一次側(cè)都不會開路，從而可以避免因 CT開路造成安全隱患。作為多通道多功能標(biāo)準(zhǔn)電能表一部分，當(dāng)需要送檢時，可以先短接在線監(jiān)測系統(tǒng)端子排中的J1、J2和 J3（如圖 4所示），再拆下標(biāo)準(zhǔn)表也可保證電流回路不會開路。

（3）PT切換單元

采用插卡方式安裝，可實現(xiàn)最多四段母線PT切換。

3 主要功能

1）可測量并顯示電壓、電流、功率因數(shù)、相角、頻率、有功功率、無功功率及視在功率等電力瞬時參數(shù)；并及時對被監(jiān)測線路的異常情況提供顯示、聲音及遠(yuǎn)程報警。

2）可對電能表有功和無功電能誤差進(jìn)行校驗，具備主副表同時測試功能。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)寬電壓、電流信號直接輸入，系統(tǒng)具備電壓、電流量程自動切換功能。

4）具備電壓、電流的向量圖測量和顯示功能，可方便判斷現(xiàn)場接線情況。

5）具有電壓、電流波形顯示功能，并可對電壓、電流信號進(jìn)行諧波分析，并采用柱狀圖顯示。

6）具備4段母線PT和最多24組CT切換功能，可對PT的二次回路壓降和CT二次回路實際負(fù)荷進(jìn)行在線監(jiān)測，更準(zhǔn)確的判斷二次回路的運(yùn)行狀況。

7）通過本地鍵盤輸入或在通信接口（本地或遠(yuǎn)程）設(shè)置各類參數(shù)，如：校驗脈沖常數(shù)、測量圈數(shù)、接線方式、接入PT和CT的信息、測量內(nèi)容、能制定測試任務(wù)功能，實現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程啟動任意回路的各個監(jiān)測功能測試。

8）所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以手動或自動保存，方便本地和遠(yuǎn)程PC進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。

9）具備本地和遠(yuǎn)程報警功能：系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自身異常和被監(jiān)測回路異常時均能發(fā)出報警信息。

10）系統(tǒng)可提供的報警信息包括：線路失壓、失流，電能表超差，PT二次回路壓降超限，CT及其二次回路運(yùn)行異常并做出定性分析和提示，系統(tǒng)自身異常等。

11）系統(tǒng)支持多種通信方式，包括：RSR232串行通信、GSM無線通信、CDMA無線通信、PSTN電話網(wǎng)絡(luò)通信、INTERNET/LAN網(wǎng)絡(luò)通信。

12）后臺管理軟件功能。

（1）漢化界面，具備用戶管理功能，能根據(jù)不同的權(quán)限對現(xiàn)場終端設(shè)備進(jìn)行可設(shè)定的不同操作。

（2）具備遠(yuǎn)程手動遙控測試功能；具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載、現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的各種設(shè)置參數(shù)的下載、修改、上傳功能。

（3）具備數(shù)據(jù)庫文檔，可以根據(jù)時間查詢歷史測試數(shù)據(jù)，并以電子表格的形式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（4）具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，能夠形成電能表誤差數(shù)據(jù)報表、PT二次壓降報表、CT二次導(dǎo)納測量報表、CT二次負(fù)荷、PT二次負(fù)荷報表、現(xiàn)場電力參數(shù)報表等各類報表。

（5）具備數(shù)據(jù)分析功能，能夠進(jìn)行報警值設(shè)定，能夠形成電表誤差、PT二次回路壓降、CT及其二次回路導(dǎo)納變化等參數(shù)變化趨勢圖。

（6）能夠顯示、查詢系統(tǒng)的各項歷史報警信息內(nèi)容。

（7）同一臺現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備可允許多臺后臺 PC在不同時間段內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，但同一時間只有一臺能建立連接；同時同一后臺 PC可不同時間段內(nèi)對多臺現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。

（8）能對計量設(shè)備綜合誤差在線統(tǒng)計和分析。

（9）具備Web發(fā)布功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的Web資源共享。

4 實驗結(jié)果

該系統(tǒng)通過實際操作和各種功能測試驗證，測試數(shù)據(jù)和測試功能完全滿足JG 597—2005《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》、JJG 596—2012《電子式電能表檢定規(guī)程》、DL/T 645—2007《多功能電能表通信規(guī)約》等要求，可實現(xiàn)對計量設(shè)備全面的在線監(jiān)測。實時在線監(jiān)測各線路的負(fù)荷情況和電能表的誤差情況，可對電能表的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度進(jìn)行在線評估?？蓪崿F(xiàn)PT二次回路壓降和負(fù)荷、CT二次回路負(fù)荷及電能計量裝置運(yùn)行工況的在線監(jiān)測，更準(zhǔn)確的判斷二次回路的運(yùn)行狀況。試驗結(jié)果分別見表1和表2。

表1 實驗結(jié)果1

表2 實驗結(jié)果2

（續(xù)）

5 結(jié)論

本系統(tǒng)兼容本地測試和遠(yuǎn)程監(jiān)控實現(xiàn)對計量設(shè)備全面的在線監(jiān)測，有效地解決了人工現(xiàn)場檢定和故障處理周期長等問題，同時具備現(xiàn)場校驗儀的功能，支持多種通信方式。目前該類產(chǎn)品已在多個廠家和省計量中心實現(xiàn)應(yīng)用。

[1]趙靜.電能計量裝置在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)[J].云南電力技術(shù),2011,39(6): 30-32.

[2]楊峻,賈楠,祁延壽.電能計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測系統(tǒng)在青海電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].青海電力,2011,30(2): 28-32.

[3]韋玉祥.PT二次回路壓降對電能計量裝置產(chǎn)生影響的原因及應(yīng)對措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(22): 144-145.

[4]龔慶武,龍志君,劉韜文,等.基于 ANN的補(bǔ)償電流互感器飽和對傳變電流影響的算法[J].電力系統(tǒng)自動化,2001,25(12): 34-36.

[5]JJG 597—2005.交流電能表檢定裝置[S].

[6]JJG 596—2012.電子式交流電能表[S].

[7]Q/GDW 356—2009.三相智能電能表型式規(guī)范[S].

[8]胡廣書.數(shù)字信號處理——理論,算法與實現(xiàn),48[M].3版.北京: 清華大學(xué)出版社,2012: 56-59.

[9]電能計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國電子商務(wù),2010(11): 42-43.

[10]李輝,張愛民.電能計量裝置中電壓電流互感器誤差在線補(bǔ)償方法的討論[J].西北電力技術(shù),2002,30(3): 47-49.

Electric Energy Measuring Device and Remote on-line Monitoring System Design

Wang Weihong1Zhang Lihong2
(1.State Grid Electric Power Corporation Training Centre,Hangzhou 310014; 2.State Grid Taizhou Power Supply Corporation,Taizhou,Zhejiang 318000)

In view of the state grid company of the smart meter automation test requirement,this paper introduce a new remote on-line monitoring system for electric energy metering device.This monitoring system can be on-line monitoring for the electric energy metering device,fault judgment and document analysis,it is set a signal,data acquisition and processing,database management,field watt-hour meter error automatic calibration,secondary loop condition monitoring,alarm,communication in one remote monitoring system.The monitoring system for good reliability,strong function,have higher competitiveness,for power users and the substation has the very good application value.

electric energy measurement; on-line monitoring; fault judgment; automatic calibration; database management

王偉紅（1970-），男，工學(xué)碩士，高級工程師，主要研究方向為電力營銷。