關口電能表遠程在線檢測與抄表系統的設計

馮雷 韓靚

（中國電子科技集團公司第二十七研究所，河南 鄭州，450047）

引言

電能表作為電能計量的專用儀表，在電力系統中的發電、供電和用電的各個環節得到了廣泛應用。特別作為關口的電能表，它的計量準確程度和運行狀況是供電部門和用戶兩方面都很關心的問題。按照國家電力行業規程要求，使用中的電能表也需要定期檢測。因此，為順應電力企業發展和管理方面的需要，特別是順應我國無人值守變電站快速建設與發展的需要，我們研制開發了關口電能表遠程在線檢測與抄表系統。

該系統可廣泛應用于電力系統網、省及地（市）、縣各級供電企業和發電企業的發電廠和變電站（以下簡稱廠站端），實現對廠站端計量回路中關口電能表的遠程自動在線檢測與抄表，同時可將其它電網運行參數采集和遠程傳送。

1 系統組成及其功能實現

1.1 系統硬件組成及其工作過程

系統工作原理框圖，如圖1所示

圖1 系統工作原理框圖

從圖1系統工作原理框圖來看，系統顯示的基本配置為：多路轉換器完成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。將現場接入的電流、電壓和脈沖信號進行分組，我們定義為：在m個CT回路中，每個回路的兩進兩出電流，即Iami入和Iamo出、Icmi入和Icmo出，稱為一路電流；按照n個電壓等級的不同，某一等級的三相三線制電壓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出的電能脈沖Mm(m=1,2···)稱為一路脈沖；把同時選中的某1路電壓、1路電流和1路脈沖稱為1組信號。由控制板從m組信號中切換出一組信號進入標準電能表，再由標準電能表測量出被測電能表的運行誤差和關口電能表的其它電參數。最后將測量結果通過遠程通信通道送往主站計算機，再由主站計算機進行處理、運算，完成系統各種功能。

1.2 系統組成及功能實現

（1）標準電能表：精度等級優于0.05級。本部分主要完成以下功能：a.實時在線檢測每只運行中的三相電能表誤差;b.查三相三線有功電能表的錯誤接線種類;c.實時在線測量CT、PT二次計量回路中的其它電參數;d.帶有多種通信接口。

（2）轉換單元：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的多路選一控制選擇功能，然后將某一組被選中的檢測信號向標準表單元進行傳送。

（3）監控單元：包括一臺嵌入式工控機及應用軟件。主要通過其自身帶有的多通信接口實現與標準表部分的數據傳輸、存儲及其與主站系統的遠程通信。

(4)遠程通信：可以是GSM/GPRS無線信道,也可以是光纖信道或PSTN信道。該部分是聯通分站裝置和主站系統而進行數據傳輸的通道和媒介。

(5)主站微機系統：主要由一臺帶有遠程通信接口的高性能微機和一套遠程檢測應用軟件等部分組成。主要實現以下功能：

a.數據處理、瀏覽及查詢

對抄收的關口電能表的檢測數據進行處理，可瀏覽查看。并按電力部門標準格式打印輸出。

b.誤差統計及分析

分別對每只電能表的誤差進行統計及分析，生成誤差曲線圖并顯示。

2 系統遠程檢測方案設計

本系統在地域和功能上分為主站、分站兩部分。兩部分通過遠程通信信道既相互聯系，又相互作用，構成一系統整體。

2.1 電能表檢測原理設計

運行于發電廠、變電站的電能表多為電子式三相多功能電能表，本設計將上述三相電能表作為被測表，分站檢測裝置（含標準電能表單元）作為三相電能表的檢測標準設備。分站檢測裝置對三相電能表進行檢測時，采用精度高、可靠性好的電能比較法。此法對檢測有功電能表計量誤差和無功電能表計量誤差都適用。在被檢電能表轉N轉后，分站檢測裝置中的工控機單元可從標準表單元的RS232通訊口中讀出實測電能值。由于每次檢測中標準表僅發出一次電能值(電能表轉N轉后)，所以工控機將把整個檢測過程中實時檢測電能值的出現與否可作為一次檢測結束的標志。

2.2 多路切換原理設計

本系統是用一臺標準的分站檢測裝置分別同多個被檢測的電能表比對，得出每個電能表的相對誤差。因此這就需要設計出多路切換控制電路，來完成多路三相電能表的電壓、電流輸出信號經“多路選一”后向分站檢測裝置標準表單元的傳送。為了滿足“在電壓切換時保證各回路間電壓不短路，在電流切換時保證各電流回路不開路”的有關規程中的安全要求，本設計著重對安全性設計作為重點進行了論證和考慮，并設計出相應保護電路以確保該項指標的實現。

a)電流切換原理設計

圖2 電流切換原理

為了確保電流切換時不開路，將每只三相三線電能表的電流信號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經電阻鉗位后可作為標準表的電流信號輸入，且確保它即使開路也是安全的，因為此時向標準表輸入的信號為低幅值（小于8V）的電壓信號，所以不用繼電器切換，用模擬電子開關切換即可滿足要求，于是該系統的體積得以減小，可靠性也得以提高。電流切換原理如圖2所示。

b)電壓切換原理設計

由于現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禁短路的。因此，分站裝置對各路三相電能表及其所在的二次計量回路進行電壓切換時，必須準確無誤地切換至所選三相電能表的相應電壓回路。一般情況下，電壓回路電流很小（小于1A），選用切換繼電器時其觸點電流大于1A就足以滿足要求了。設計時應特別將繼電器連接設計為一種互鎖方式，即任何一個或幾個繼電器由于某種原因而產生誤動作時，也不會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300V左右，所以在峰值點實施電壓切換時，繼電器觸點常有電弧產生，既影響繼電器壽命，又會產生干擾信號，最終會影響系統穩定性，此時采取“滅弧”措施就顯得尤為必要。所以，設計時采用了零電壓切換方法，有效地預防了繼電器觸點產生電弧的可能性。

c)電能脈沖切換原理設計

電能脈沖切換原理示意圖，如圖3所示。

圖3 脈沖信號切換原理示意圖

電能脈沖代表電能表對電能的累計情況，每只電能表因電網負荷大小變化的不同，電能脈沖輸出的頻率也不同。多功能電能表脈沖是經光電隔離后輸出，每一個電能脈沖可能夾帶前、后沿抖動產生干擾信號，必須將它濾除，否則會嚴重影響測量精度。目前有很多成熟的去抖動電路和濾波電路（如RC、施密特電路等），可有效的改善電能脈沖信號的質量，使其滿足技術指標要求。目前現場運行的多功能電能表，由于其有功測試端口和無功測試端口兩種脈沖輸出接口已兼而有之，且同時有脈沖輸出，因此本方案將電能脈沖的總路數設計為：m×2=2m路，這樣既縮小了系統體積，也降低了系統成本。于是脈沖選擇時，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制成TTL電平就可直接連接于多路數據選擇器接口。此外，由于電流切換時，選擇的是8選1電子開關，系統控制信號有：三路片選信號和三路地址信號，因此，脈沖選擇時為使輸入的電流信號和脈沖信號能同時選中某一三相電能表，則要求脈沖信號切換的布局、片選和地址應確保和電流信號的切換相一致，如圖3所示。

2.3 被檢測電能表誤差曲線的統計

被檢測電能表誤差曲線的統計可分為按負荷率統計和按日期統計兩種。按負荷率統計可得到被檢測電能表在不同負荷點上的誤差大小情況，并可清楚地反映出電能表精度是否在某負載范圍內符合規定要求。按日期統計可得到被檢測電能表在某一時期內的誤差走勢情況，按日期統計誤差曲線圖如圖4所示。

2.4 檢測結果的輸出

系統對每一只被檢測電能表都有檢測結果生成。檢測結果以電力部門標準格式顯示并進行打印輸出。檢測結果如表1所示。

圖4 按日期統計誤差曲線圖

表1 電能表在線檢測結果（標準格式）

3 抄表模塊

系統抄表模塊的硬件組成主要由分站系統工控機和其內部的485通訊板卡組成,系統和每個被抄讀電能表的485通訊口連接。系統軟件完成各種抄表功能，可以實現。采用MS SQL Server 7.0/2000大型數據庫平臺，數據庫容量大，能夠滿足地區級的供電部門使用。支持部頒DL/T 645-1997多功能電能表通信規約，并可以根據用戶使用的電能表類型，不斷擴展通訊協議庫。按照大用戶關口表內部數據的用途和分類，將電能表數據分為：電能量（累積量）、最大需量、瞬時量、凍結量、負荷曲線數據。抄錄電表內部保存的各種事件記錄以及事件累計記錄。提供抄表計劃任務功能，可以即時或定時對選定的電表進行自動連接和抄錄。將抄表數據記錄導出到文本文件中，作為其它用電MIS系統的數據輸入。

4 綜述

本系統是針對電力部門廠、站端無人值守的需求而設計開發的，真正實現了不去現場作業即可實施遠程檢測之目的，是目前為我國電力用戶傾力奉獻出的新型產品。因此，隨著我國未來電力事業的迅速發展，以及新型無人值守變電站建設速度的加快，該系統的研制成功必將大大提高我國電力部門關口電能表遠程在線管理的現代化水平，具有較強的推廣應用價值。

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