劉攸堅，王 鵬，傅子明

（廣東電網有限責任公司佛山供電局 廣東 佛山528000）

電能計量裝置運行安保及監(jiān)控系統(tǒng)的設計

劉攸堅，王 鵬，傅子明

（廣東電網有限責任公司佛山供電局 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、設備老化等等，針對以上問題，本課題將設計一種可以檢測監(jiān)控環(huán)境變化、防止人為破壞作出預警措施的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了實現(xiàn)電能計量裝置在線監(jiān)測的現(xiàn)場技術改造的具體方法，實現(xiàn)了電能計量裝置運行的安保和監(jiān)控功能，具備很好的使用價值。

設備老化；預警；安保；在線監(jiān)測；技術改造

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

本研究建設的電能計量裝置運行安保及監(jiān)控系統(tǒng)，是一套能夠實現(xiàn)對現(xiàn)場計量裝置防竊電監(jiān)控、現(xiàn)場鉛封信息管理、電房人員進出、現(xiàn)場視頻和圖像信息采集與處理、異常信息報警與存儲、可視化現(xiàn)場運維管理[2-3]；能夠增強保護現(xiàn)場計量裝置的數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)對非法竊電行為的監(jiān)控、報警、事后追溯，增強現(xiàn)場作業(yè)運維的遠程管理能力。

1 現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性

目前國內對這方面的研究都是針對某一單獨需求進行的，譬如門禁技術的研究、防竊電技術的研究、現(xiàn)場視頻監(jiān)控技術的研究。但對計量裝置運行安保及現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，包含本項目技術特點（電房人員進出、柜門聯(lián)動、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)場校驗方式，現(xiàn)場運行的電能表按照用戶負荷的大小來劃分，確定周期性地現(xiàn)場校驗，其缺點是現(xiàn)場校驗的周期長，且難以實時的監(jiān)測電能表實際（變化的）負荷時電能表誤差情況，對于電能表工作中發(fā)生的故障不能及時的發(fā)現(xiàn)，造成計量不準確；

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

3）不能實時地跟蹤和校驗電壓二次回路的壓降；

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

5）雖然當前一牲屯能表具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和遠程通信等功能[4-6]，但傳輸?shù)囊话阒皇请娔鼙碇惺孪葍Υ娴臄?shù)掘，無法完成對電能表、互感器、二次回路的現(xiàn)場運行情況進行實時監(jiān)控。

2 本系統(tǒng)設計的理論基礎

本系統(tǒng)采用當今最先進的數(shù)字電子技術、識別技術、無線通信技術以及網絡技術，把智能識別、計算機網絡管理、數(shù)字監(jiān)控集于一體。其中電能表檢定裝置組成結構圖和典型的電能計量裝置如圖1所示。

圖1 電能表結構圖

2.1 計量柜上下門互鎖機構及IC卡密碼鎖

安裝在用戶現(xiàn)場的電能計量柜一般由上下兩部分組成，上部安裝負控、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]。為了保證計量信息的安全，計量柜門都要安裝數(shù)個鉛封并加貼封條，防止對計量柜內的計量儀表和線路做非法改動。

目前所使用的計量柜都有上下兩個門，無聯(lián)動機構，柜門關閉后分別采用傳統(tǒng)的機械鉛封加封，并在上下門之間加貼封條。每次在現(xiàn)場進行施工后，都必須重新進行加鉛封、貼封條等工作[8-9]。由于傳統(tǒng)的鉛封加封工藝很簡單，經常發(fā)生不法之徒私拆鉛封，更改計量柜接線或儀表，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產損失。

1）實現(xiàn)雙門聯(lián)動，只有打開上門，下門才能打開；

2）在上門適當位置安裝IC卡密碼鎖，每把鎖配置3張獨立的IC卡，持卡人可通過刷卡（密碼、指紋）等方式進行開鎖，每個人的開鎖時間、工號均會被自動記錄并上傳到計量裝置現(xiàn)場安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)中，智能IC卡電能表的總體結構圖如圖2所示。

圖2 智能IC電能表檢定裝置組成結構圖

2.2 現(xiàn)場監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理

1）在異常開啟柜門時，通過密碼鎖的觸發(fā)，在計量柜門開啟瞬間啟動監(jiān)控攝像機進行拍照、針孔攝像機進行視頻監(jiān)控。

2）監(jiān)控信號處理模塊獲取監(jiān)控和采集設備的信息，并對其進行分析處理，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）自動記錄計量柜門非法開啟和關閉時計量裝置運行參數(shù)信息，例如客戶檔案信息、電能表底度等，發(fā)送到后臺主站并產生告警[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）存儲并管理監(jiān)控攝像機視頻文件，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）采集設備可對電子鉛封信息進行讀取，然后通過與終端的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)后臺對現(xiàn)場鉛封狀態(tài)的管理。

2.3 計量裝置安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)

管理中心系統(tǒng)軟件采用SQL后臺數(shù)據(jù)庫，通過現(xiàn)有自動化平臺接口后通過現(xiàn)有GPRS無線網絡與各監(jiān)測點保持實時連接[11]，實時采集各監(jiān)控點環(huán)境變量數(shù)據(jù)，并實時反饋各點工作狀態(tài)。是集門禁管理、防盜報警、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)采集處理裝置設置為一個計量點，將各種信號（除圖片及視頻）以任務數(shù)據(jù)或告警的方式上送給主站；圖片、視頻則存儲在本地采集裝置中，如有需要也可通過與終端的通訊[12]，利用終端通訊協(xié)議上送到電能計量運行安保及監(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行信號處理并對其它單元進行控制，按電能表電路的標準，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)有的通信網絡和主站之間進行通信，此模塊的設計必須當作一只電能表進行設計，報警信息映射為各種電量信息，作為采集終端的一個計量點而使用。

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

③監(jiān)控攝像機：當柜門打開時開始啟動，監(jiān)控并記錄在計量柜內的所有操做，柜門關閉時，監(jiān)控停止；當柜門開啟瞬間針孔攝像機記錄開門者的圖像信息。

④雷達感應開關：雷達感應開關在采集設備內部，外觀上無法發(fā)現(xiàn)，當人員通過門或窗戶進入電房時，在最遠10米范圍內，雷達無死角自動感應，避免門禁方式被破壞或繞過門禁的方式進入電房。

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

⑥IC卡密碼鎖：IC卡識讀及門鎖開啟。

⑦負控配變采集終端：現(xiàn)有的采集終端，將監(jiān)控信號處理模塊設置為一個計量點，按既定的采集方案及采集周期進行信號采集。

⑧計量柜現(xiàn)場安保及監(jiān)控管理系統(tǒng)：系統(tǒng)應用軟件和計量營銷系統(tǒng)通過網絡（TCP/IP）相連，接收來自計量營銷系統(tǒng)有關監(jiān)控信號處理模塊這個計量點的所有電量信息，然后對這些電量信息進行反映射，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)運行時參數(shù)，通過對這些參數(shù)進行調整可以對系統(tǒng)的運行模式進行調整[13-14]。與此同時，為了能夠對系統(tǒng)的運行過程進行合理的數(shù)據(jù)權限控制，系統(tǒng)對參與管理操作的相關單位、工作人員進行了分類整理，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限。

2）基礎數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)在運行過程中會從安裝部署在配電室的相關傳感設備中可以獲得電氣設備信息、傳感設備信息、視頻監(jiān)控信息以及系統(tǒng)在運行過程中的相關控制參數(shù)信息等方面。所以系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)管理功能結構模塊即是提供了對這些監(jiān)控數(shù)據(jù)的相關管理操作功能接口。

3）視頻監(jiān)控

目前，在佛山市的配電室網絡中均安裝了攝像頭，用來對配電室進行監(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備以及采集得到的視頻文件進行相關管理的功能接口。

4）測溫管理

系統(tǒng)的測溫管理功能模塊可實現(xiàn)對配電室中的各個電氣設備的運行溫度進行實時監(jiān)控，確保電氣設備在安全的溫度范圍內運行，當發(fā)生溫度異常時能夠自動進行異常報警，并對報警信息進行存儲和管理操作[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部環(huán)境的溫度和濕度值進行實時檢測，并在溫度指標或濕度指標超出預定的安全范圍時自動進行異常報警，同時將異常報警信息進行存儲和管理。

6）電能計量表檢定裝置試驗

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），測量結果應滿足相應準確度設計要求。

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

③標準偏差估計值的測定。通過設置功率因數(shù)λ=cos φ=1，對系統(tǒng)進行相對誤差測試，代入公式（1）可以計算標準偏差。

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 論

通過電能計量裝置運行安全及監(jiān)控系統(tǒng)的設計，可實現(xiàn)對計量裝置現(xiàn)場運維情況實時監(jiān)控、現(xiàn)場計量柜異常開啟自動報警、能夠及時有效地防治現(xiàn)場竊電和實現(xiàn)現(xiàn)場運維可視化管理，它能方便內部工作人員出入，杜絕無關人員隨意進出，并能實現(xiàn)巡檢巡查監(jiān)督工作；同時可以接入多種探測設備，實現(xiàn)防區(qū)聯(lián)動報警功能，并能實現(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

廣東電網公司科技項目（030600KK52140076）

劉攸堅（1981—），男，廣東三水人，助理工程師。研究方向：計量自動化終端運行故障診斷、終端通訊技術等。