臺區現場電能計量診斷分析儀研制

熊德智，劉雪飛，陳向群，李建新，吳志勇

（1.國網湖南省電力公司計量中心，長沙 410004；2.國網黑龍江省電力有限公司技能培訓中心牡丹江分部，牡丹江 157000；3.鄭州萬特電氣股份有限公司，鄭州 450000）

目前，在國際上存在多種用電信息采集技術，現階段國網低壓用戶采集主要采用的是電力線載波通信方式，由于不同廠家的載波模塊的路由技術、調制方式不一致，低壓用戶總體采集成功率并不高。而影響載波通信成功率的主要因素為同頻干擾和串擾。供電線路過長或載波干擾嚴重，載波模塊無法將數據送至集中器，需要安裝中繼放大器進行通訊，但在現代化的大型住宅小區，實行集中供電、統一管理，同時使用7～8個甚至更多個變壓器，而安裝的集中器使用同一載波模塊，同頻率載波信號通過變壓器，以高壓電力線為媒介在各個臺區間串擾，導致臺區抄表失敗[1-6]。該問題通過查找串擾源并選擇阻波器的方法可以解決，但查找串擾源成了問題的關鍵。

隨著國家電網公司電力用戶用電信息采集系統建設的全面推進和深入發展，對主站的抄讀成功率要求越來越高，臺區抄表成功率成了評價臺區是否達到實用化的一個重要指標，臺區間的串擾信號是影響臺區抄表成功率的主要因素，用戶通過主站設置集中器不同時段抄表參數，以及加大實驗室對集中器性能的檢測手段，但對現場影響臺區抄表成功率的這種串擾源快速查找卻沒有較好的方法[7-10]。

基于上述問題，研制一款集串擾源快速檢測、故障表快速定位、臺區線損現場分析于一身的臺區計量診斷分析儀顯得尤為重要。

1 系統設計

1.1 設計方案

臺區計量診斷分析儀，內部安裝有適合該臺區的集中器載波模塊，現場抄讀時，需要從臺區總表上A/B/C/N端取三相電壓供電，通過總表的電力線與臺區居民電能表進行載波通訊，實現數據采集工作。對臺區總表是通過RS485方式實現數據采集。載波通訊時要把總表旁邊的臺區集中器斷電，防止臺區集中器載波抄表時干擾該系統正常工作。設計方案如圖1所示。

圖1 設計方案Fig.1 Design scheme

1.2 設計原理

臺區計量診斷分析儀設計原理如圖2所示。

圖2 設計原理Fig.2 Design principle

便攜式現場操作終端（筆記本電腦）裝有測試軟件，通過WiFi與臺區計量診斷分析儀主機連接。WiFi模塊是主機與現場操作終端的連接通道，同時通過兩路RS232分別與MCU控制電路和集中器I型載波模塊進行通信。電壓輸入端子為臺區計量診斷分析儀與測試臺區載波電壓的連接端子，同時為儀器本身提供工作電源。直流供電模塊為寬范圍電源輸入AC/DC模塊，適應不同的電壓幅值，將交流電壓轉換為直流供電，為儀器電路提供電源。MCU控制電路采用STM32030芯片，接收現場操作終端測試軟件的指令，控制儀器配置的4個集中器I型載波模塊的通道切換，通過RS485接口讀取總表電能數據。集中器I型載波模塊（四選一）可根據不同現場用的載波通訊類型，在操作終端測試軟件的控制下，切換到相應的載波通道，抄讀到的載波表電能數據通過WiFi模塊的RS232通訊口上傳到操作終端進行數據處理和分析。

2 軟件設計

2.1 軟件架構

本系統采用模塊化、分層、面向對象的設計方法，編譯工具采用Delphi7.0。軟件架構如圖3所示。

圖3 軟件架構Fig.3 Software architecture diagram

數據分析軟件模塊主要分為通訊服務模塊、數據分析模塊和數據管理模塊。通訊服務模塊主要包括規約解析模塊和RSCOMM通訊模塊，負責通訊端口的參數設置及通訊命令的處理，主要將規約解析模塊解析的命令寫入對應端口，同時將規約解析模塊解析后的數據，通知應用程序。規約解析模塊負責對收發數據按照載波通訊協議（DL/T645-2007）進行翻譯，然后傳遞給通訊服務模塊。RSCOMM通訊模塊負責數據鏈路的維護，直接和設備連接。數據分析模塊主要供主程序調用，根據主程序傳遞的參數分析數據，返回分析結果。數據管理主要通過數據存儲模塊完成，數據存儲模塊直接和數據庫聯系，負責數據庫的維護。數據管理主要包括人員登錄、用戶管理、字典維護、臺區表數據生成（聯網、文件導入）、查詢打印。

2.2 程序流程設計

臺區表掃描程序流程如圖4所示?，F場操作終端開啟掃描程序，設置好需要掃描的表計檔案數據項，將數據掃描命令通過臺區計量診斷分析儀，采用載波通信的方式下發到臺區集中器，臺區集中器接收掃描命令，通過集中器載波模塊的路由功能，搜索臺區電能表，并將掃描到的數據項通過載波通道上傳給現場操作終端，現場操作終端將獲取的數據與數據庫中臺區檔案數據進行比對，并判斷數據庫中是否存在該數據，如果存在則更新數據，如果不存在則插入數據。然后按照數據比對結果，將數據項顯示不同顏色，從而區分該臺區檔案信息是否正確，并對多抄或少抄到的電能表信息進行提示。

數據分析程序流程如圖5所示。主程序啟動后，首先制定抄讀方案，通過載波通訊方式，對臺區內電能表逐個進行數據抄讀，主要包括實時、凍結、參變量、事件等數據，現場操作終端即時對抄讀的數據進行比較分析，判斷是否為異常數據，如果為異常數據，則對異常數據進行分級判斷（嚴重異常、異常、輕微異常），并通過不同的顏色顯示來提示用戶，如果為正常數據，則返回抄讀下一個電能表數據。該流程還可以對發現異常的臺區電能表，通過營銷檔案比對的方式，確定其安裝位置。

線損測量程序流程如圖6所示。程序啟動后，首先抄讀臺區總表上N次的凍結數據及凍結時刻，數據抄讀結束后，自動找出相同的凍結時刻，并分別抄讀分表起始時刻和終止時刻的凍結電量，依據線損計算公式，可選擇性地計算出臺區的日線損和月線損等。

圖4 臺區表掃描程序流程Fig.4 Scan program flow chart of transformer power supply range

圖5 數據分析程序流程Fig.5 Data analysis program flow chart

圖6 線損測量程序流程Fig.6 Line loss measurement program flow chart

3 主要功能實現

臺區計量診斷分析儀實物如圖7所示。該設備主要用于現場檢查臺區內電能表的運行狀況、快速發現異常情況，為用電檢查和排查臺區間串擾源提供技術支持。

臺區表掃描功能在導入臺區表檔案信息時，支持2種方式：臺帳導入Excel文件、通過掃描自動獲取表地址。掃描臺區內電能表地址信息時，臺帳中有該表而未掃描到，以藍色背景提示；臺帳中沒有該表，而掃描到了，以紅色背景提示。臺區表掃描界面如圖8所示。

圖8 臺區表掃描界面Fig.8 Scanning interface of transformer power supply range

數據抄讀功能數據抄讀界面主要分為3個部分：操作區、表信息區、分析區。操作區包括數據抄讀方案選擇、載波通訊模塊切換。表信息區是從臺區表掃描中導出的電能表信息，包括用戶編號和通訊地址信息。分析區主要是對抄讀的數據進行實時分析，對異常數據進行分級提示，紅色表示嚴重異常數據，黃色表示異常數據、綠色表示輕微異常數據。數據抄讀界面如圖9所示。

圖9 數據抄讀界面Fig.9 Data read interface

現場線損測量功能設備與總表通過RS485通訊，與分表通過載波方式通信，分表抄讀總表和分表上N次的凍結時刻和凍結電量，抄讀結束后，軟件自動找到分表和總表相同的凍結時刻，按照設定要求計算臺區的日線損或月線損。線損測量界面如圖10所示。

4 結語

圖10 線損測量界面Fig.10 Line loss measurement interface

針對臺區現場電能計量故障診斷技術手段的不足，系統分析了臺區現場各類主要電能計量故障，研制了一種集串擾源快速檢測、故障表快速定位、臺區線損現場分析功能于一身的臺區計量診斷分析儀；提出了臺區計量診斷分析儀的設計方案，詳細介紹了設計原理及其實現方式，采用了模塊化、分層、面向對象的設計方法，對臺區表掃描程序流程、數據分析程序流程、線損測量程序流程分別進行了設計和實現；該設備填補了國內臺區現場計量故障診斷領域的技術和管理空白，有效解決了臺區現場計量診斷分析的難題，能給現場運維人員提供強大的技術支持，具有很強的實用價值和廣闊的應用前景。

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