臺區(qū)現(xiàn)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(wǎng)湖南省電力公司計量中心，長沙 410004；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司技能培訓(xùn)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(shù)，現(xiàn)階段國網(wǎng)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(shù)、調(diào)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?dāng)_。供電線路過長或載波干擾嚴重，載波模塊無法將數(shù)據(jù)送至集中器，需要安裝中繼放大器進行通訊，但在現(xiàn)代化的大型住宅小區(qū)，實行集中供電、統(tǒng)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(qū)間串?dāng)_，導(dǎo)致臺區(qū)抄表失敗[1-6]。該問題通過查找串?dāng)_源并選擇阻波器的方法可以解決，但查找串?dāng)_源成了問題的關(guān)鍵。

隨著國家電網(wǎng)公司電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的全面推進和深入發(fā)展，對主站的抄讀成功率要求越來越高，臺區(qū)抄表成功率成了評價臺區(qū)是否達到實用化的一個重要指標，臺區(qū)間的串?dāng)_信號是影響臺區(qū)抄表成功率的主要因素，用戶通過主站設(shè)置集中器不同時段抄表參數(shù)，以及加大實驗室對集中器性能的檢測手段，但對現(xiàn)場影響臺區(qū)抄表成功率的這種串?dāng)_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?dāng)_源快速檢測、故障表快速定位、臺區(qū)線損現(xiàn)場分析于一身的臺區(qū)計量診斷分析儀顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計方案

臺區(qū)計量診斷分析儀，內(nèi)部安裝有適合該臺區(qū)的集中器載波模塊，現(xiàn)場抄讀時，需要從臺區(qū)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(qū)居民電能表進行載波通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集工作。對臺區(qū)總表是通過RS485方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。載波通訊時要把總表旁邊的臺區(qū)集中器斷電，防止臺區(qū)集中器載波抄表時干擾該系統(tǒng)正常工作。設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 設(shè)計方案Fig.1 Design scheme

1.2 設(shè)計原理

臺區(qū)計量診斷分析儀設(shè)計原理如圖2所示。

圖2 設(shè)計原理Fig.2 Design principle

便攜式現(xiàn)場操作終端（筆記本電腦）裝有測試軟件，通過WiFi與臺區(qū)計量診斷分析儀主機連接。WiFi模塊是主機與現(xiàn)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(qū)計量診斷分析儀與測試臺區(qū)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(yīng)不同的電壓幅值，將交流電壓轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shù)據(jù)。集中器I型載波模塊（四選一）可根據(jù)不同現(xiàn)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(yīng)的載波通道，抄讀到的載波表電能數(shù)據(jù)通過WiFi模塊的RS232通訊口上傳到操作終端進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)采用模塊化、分層、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，編譯工具采用Delphi7.0。軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件架構(gòu)Fig.3 Software architecture diagram

數(shù)據(jù)分析軟件模塊主要分為通訊服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。通訊服務(wù)模塊主要包括規(guī)約解析模塊和RSCOMM通訊模塊，負責(zé)通訊端口的參數(shù)設(shè)置及通訊命令的處理，主要將規(guī)約解析模塊解析的命令寫入對應(yīng)端口，同時將規(guī)約解析模塊解析后的數(shù)據(jù)，通知應(yīng)用程序。規(guī)約解析模塊負責(zé)對收發(fā)數(shù)據(jù)按照載波通訊協(xié)議（DL/T645-2007）進行翻譯，然后傳遞給通訊服務(wù)模塊。RSCOMM通訊模塊負責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的維護，直接和設(shè)備連接。數(shù)據(jù)分析模塊主要供主程序調(diào)用，根據(jù)主程序傳遞的參數(shù)分析數(shù)據(jù)，返回分析結(jié)果。數(shù)據(jù)管理主要通過數(shù)據(jù)存儲模塊完成，數(shù)據(jù)存儲模塊直接和數(shù)據(jù)庫聯(lián)系，負責(zé)數(shù)據(jù)庫的維護。數(shù)據(jù)管理主要包括人員登錄、用戶管理、字典維護、臺區(qū)表數(shù)據(jù)生成（聯(lián)網(wǎng)、文件導(dǎo)入）、查詢打印。

2.2 程序流程設(shè)計

臺區(qū)表掃描程序流程如圖4所示?，F(xiàn)場操作終端開啟掃描程序，設(shè)置好需要掃描的表計檔案數(shù)據(jù)項，將數(shù)據(jù)掃描命令通過臺區(qū)計量診斷分析儀，采用載波通信的方式下發(fā)到臺區(qū)集中器，臺區(qū)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(qū)電能表，并將掃描到的數(shù)據(jù)項通過載波通道上傳給現(xiàn)場操作終端，現(xiàn)場操作終端將獲取的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中臺區(qū)檔案數(shù)據(jù)進行比對，并判斷數(shù)據(jù)庫中是否存在該數(shù)據(jù)，如果存在則更新數(shù)據(jù)，如果不存在則插入數(shù)據(jù)。然后按照數(shù)據(jù)比對結(jié)果，將數(shù)據(jù)項顯示不同顏色，從而區(qū)分該臺區(qū)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(shù)據(jù)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(qū)內(nèi)電能表逐個進行數(shù)據(jù)抄讀，主要包括實時、凍結(jié)、參變量、事件等數(shù)據(jù)，現(xiàn)場操作終端即時對抄讀的數(shù)據(jù)進行比較分析，判斷是否為異常數(shù)據(jù)，如果為異常數(shù)據(jù)，則對異常數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，則返回抄讀下一個電能表數(shù)據(jù)。該流程還可以對發(fā)現(xiàn)異常的臺區(qū)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(qū)總表上N次的凍結(jié)數(shù)據(jù)及凍結(jié)時刻，數(shù)據(jù)抄讀結(jié)束后，自動找出相同的凍結(jié)時刻，并分別抄讀分表起始時刻和終止時刻的凍結(jié)電量，依據(jù)線損計算公式，可選擇性地計算出臺區(qū)的日線損和月線損等。

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

圖5 數(shù)據(jù)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(xiàn)

臺區(qū)計量診斷分析儀實物如圖7所示。該設(shè)備主要用于現(xiàn)場檢查臺區(qū)內(nèi)電能表的運行狀況、快速發(fā)現(xiàn)異常情況，為用電檢查和排查臺區(qū)間串?dāng)_源提供技術(shù)支持。

臺區(qū)表掃描功能在導(dǎo)入臺區(qū)表檔案信息時，支持2種方式：臺帳導(dǎo)入Excel文件、通過掃描自動獲取表地址。掃描臺區(qū)內(nèi)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(qū)表掃描界面如圖8所示。

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

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

圖9 數(shù)據(jù)抄讀界面Fig.9 Data read interface

現(xiàn)場線損測量功能設(shè)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(jié)時刻和凍結(jié)電量，抄讀結(jié)束后，軟件自動找到分表和總表相同的凍結(jié)時刻，按照設(shè)定要求計算臺區(qū)的日線損或月線損。線損測量界面如圖10所示。

4 結(jié)語

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

針對臺區(qū)現(xiàn)場電能計量故障診斷技術(shù)手段的不足，系統(tǒng)分析了臺區(qū)現(xiàn)場各類主要電能計量故障，研制了一種集串?dāng)_源快速檢測、故障表快速定位、臺區(qū)線損現(xiàn)場分析功能于一身的臺區(qū)計量診斷分析儀；提出了臺區(qū)計量診斷分析儀的設(shè)計方案，詳細介紹了設(shè)計原理及其實現(xiàn)方式，采用了模塊化、分層、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，對臺區(qū)表掃描程序流程、數(shù)據(jù)分析程序流程、線損測量程序流程分別進行了設(shè)計和實現(xiàn)；該設(shè)備填補了國內(nèi)臺區(qū)現(xiàn)場計量故障診斷領(lǐng)域的技術(shù)和管理空白，有效解決了臺區(qū)現(xiàn)場計量診斷分析的難題，能給現(xiàn)場運維人員提供強大的技術(shù)支持，具有很強的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

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