遠程電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的研制與應用

宋慶龍　林雪松

【摘要】針對大慶油田現(xiàn)場用電計量手段落后，無遠程監(jiān)控設施，研制此遠程電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，指導電力運行，確保供電安全可靠。

【關鍵詞】遠程電能質量；現(xiàn)場監(jiān)測；遠程監(jiān)控

前言

目前大慶油田臨時用電依靠電網(wǎng)供電，電能計量手段傳統(tǒng)落后，只能對電流、電壓等常規(guī)指標進行現(xiàn)場監(jiān)測，臨時用電計量不準確，在高壓供電系統(tǒng)中采用手工抄表，比較危險，時效性差。且僅能完成用電量計量，對臨時電網(wǎng)的無功功率、諧波、電壓不平衡度等電能質量指標還沒有一套有效的系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，臨時電能質量監(jiān)測基本處于空白狀態(tài)。尤其不能實現(xiàn)遠程監(jiān)測，不能及時發(fā)現(xiàn)供電質量問題，不能做到電力故障原因回查，從而嚴重影響電氣設備的使用壽命。所以研究遠程電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。

一、研制目的

在充分考慮野外臨時用電工況的情況下，以當代先進的互聯(lián)網(wǎng)技術、通信技術和信息技術為手段，建立電能質量指標在線實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、分析一體化軟件平臺，形成科學化的臨時電能質量監(jiān)測管理模式，為臨時電能質量的事中控制提供決策依據(jù)，為臨時電能質量的事后分析提供手段。

具體目標是：1）實現(xiàn)臨時電能指標在線實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、分析一體化平臺；2）以臨時電能質量一體化平臺為手段，建立適應臨時用電的科學化的電能質量監(jiān)測管理模式。3）以臨時用電突出的的鉆井隊為試驗對象，檢驗指標運行情況，以完善監(jiān)測系統(tǒng)。

二、工作原理

一種全局同步分布式電能質量現(xiàn)場記錄儀。采用實時多任務操作系統(tǒng)，內(nèi)部使用大容量的FAT32格式的SD卡記錄存儲電能質量參數(shù)。實現(xiàn)現(xiàn)場多點電能質量參數(shù)的記錄存儲，實時性好，所有電表均在全網(wǎng)同步。

現(xiàn)場電能質量測量儀的工作流程如圖：

1、本系統(tǒng)采用簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議，服務器通過接收GPS信號定期訪問服務器提供的時間服務獲得準確的時間信息，達到網(wǎng)絡時間同步的目的。

2、采用大容量SD卡，支持最大64GB空間，可存儲三相電流、電壓，有功、無功、視在功率，電度；擴展電能質量功能包括：電壓、電流波形、總諧波、三相不平衡度，等電能質量參數(shù)，存儲數(shù)據(jù)默認速率為2s（可調(diào)）。

三、技術指標

完成如下電能質量指標監(jiān)測：

1）主要電能質量指標

三相電流、電壓、有功、無功功率、功率因數(shù)、電度、電流波形、總諧波、三相不平衡。

2）現(xiàn)場采集儀表（電表）技術標準

（1）電表能夠適應野外環(huán)境、低溫/高溫環(huán)境（+60℃— -40℃）；

（2）測量精度達到0.5級以上。

3）電能質量監(jiān)測軟件系統(tǒng)要求和指標

（1）以監(jiān)測點現(xiàn)場為基本采集單元，每個用電現(xiàn)場能夠配置多路采集點；

（2）每一路采集點數(shù)據(jù)能夠在現(xiàn)場存儲和讀??；

（3）局域網(wǎng)用戶能夠根據(jù)需要實時顯示任意監(jiān)測點電流、電壓等基本波形圖、歷史電能質量指標數(shù)據(jù)，可進行對比分析；

（4）局域網(wǎng)用戶能夠隨時查看任意監(jiān)測節(jié)點的電力維護人員能夠在現(xiàn)場通過筆記本計算機讀取電表中的數(shù)據(jù)，并能在現(xiàn)場進行查看、分析；

該系統(tǒng)具以下優(yōu)點：

（1）實時性：所有記錄儀能完成全網(wǎng)同步，所有數(shù)據(jù)帶有唯一時間戳。

（2）掉電續(xù)傳：如遇意外斷電，來電時仍從斷電時刻SD卡對應物理地址寫數(shù)據(jù)。

（3）在實時多任務操作系統(tǒng)下自啟動看門狗，可防止MCU死機。

（4）PC端有有線、無線、離線三種方式讀取電能質量參數(shù)數(shù)據(jù)。

（5）簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議與無線網(wǎng)周期完成同步，周期默認為1小時。

四、應用效果

系統(tǒng)研制完成后，現(xiàn)場監(jiān)測儀表（電表）在鉆井二公司15146、15551、15148隊進行了不同批次的安裝和現(xiàn)場測試，并與CA8335手持測試儀表進行了現(xiàn)場測試對比，對比結果一致。

遠程電能質量在線監(jiān)測系統(tǒng)，進行了無線的數(shù)據(jù)傳輸測試和軟件系統(tǒng)的集成測試，現(xiàn)場數(shù)據(jù)與軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致。

目前，系統(tǒng)在已15146、15551、15148等7個試點隊正常應用。

系統(tǒng)使用后：

（1）電力管理者能夠在后臺實時查看現(xiàn)場電能質量情況，能夠減少管理者現(xiàn)場檢測、維護頻次，從而降低成本，保證高效、安全用電。

（2）通過實時監(jiān)測現(xiàn)場的電能質量情況，發(fā)現(xiàn)用電異常，及時進行現(xiàn)場整改與控制，避免電力事故發(fā)生，保護電氣設備，實現(xiàn)事前預測與控制。

（3）電力事故發(fā)生后，通過分析能夠有效查找問題，提出合理解決方案，提高電力故障檢測效率。

（4）能夠在后臺掌握每一監(jiān)測點的電力消耗（電度）情況，減少現(xiàn)場抄表工作量，降低成本。

（5）能夠根據(jù)電能歷史數(shù)據(jù)，進行分點、分區(qū)塊等電力事件、事故、能耗等全面綜合統(tǒng)計分析，提升電能綜合管理水平。

結論

通過此項目實現(xiàn)了下創(chuàng)新：

（1）基于軟件與互聯(lián)網(wǎng)技術研究提出了遠程現(xiàn)場電能質量管理業(yè)務模式，并配套實現(xiàn)了適應野外環(huán)境的電能質量管理軟件平臺；

（2）設計實現(xiàn)了符合野外移動環(huán)境下的現(xiàn)場電能質量監(jiān)測儀表（電表），解決了通過遠程控制現(xiàn)場電表的安裝配置問題；

（3）研究并提出了基于野外業(yè)務特征的無線環(huán)境下大數(shù)據(jù)量電能數(shù)據(jù)的傳輸與控制方案；

（4）實現(xiàn)了電能質量參數(shù)高精度采集與分析；

（5）提出了大規(guī)模電能質量監(jiān)控網(wǎng)絡節(jié)點覆蓋可擴展結構；

（6）提出并實現(xiàn)了全網(wǎng)現(xiàn)場電表的統(tǒng)一時鐘校準方案。

本項目完成后，能夠作為獨立的系統(tǒng)，在國內(nèi)、國外移動電力設備的使用單位推廣應用。

參考文獻

[1]孫麗君.常用電工儀表與測量技術問答.機械工業(yè)出版社，2006-6