用電異常監控系統總體設計

李　毅

[摘要]線損是供電企業的重要經濟指標，人為竊電是導致線損居高不下的重要因素。利用先進的技術手段，實現用電異常的實時監測和控制，是降低線損、維護用電秩序的根本出路。在初步界定用電異常監控系統作用的基礎上，對系統的總體結構、監控終端的基本要求、監控主站的應用功能等，進行了總體設計。供電企業在進行選型和系統建設時，可資參考。

[關鍵詞]用電異常 監控系統 總體設計

中圖分類號：TM92文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510004－02

一、用電異常監控系統的作用

（一）用電異常及電力損失

用電異常的表象是線損高，售電量損失大，直接影響供電企業的電費收入。2004年，我省某市郊區10KV840線路線損高達53%，郊區鎮低壓線損高達72%，在全省創了紀錄。造成線損過高的原因，包括線路及設備質量、電能表質量、管理漏洞、人為竊電等。2002年－2004年，該郊區供電公司共處罰竊電戶56戶，追收電費25萬元，竊電嚴重的3人被處以行政拘留。

（二）主要竊電方式分析

從電能表的計量原理和電功率（P＝UIcosΦ）可知，電能表能否正確計量，主要決定于電壓、電流、功率因數、安裝和接線的正確性。打破任何一個條件，或改變電表本身的結構，都將導致電能表走字慢、不走字，機械表甚至還會反轉而走字下降，從而達到竊電的目的。

五花八門的竊電方式多達70余種，在計量回路的主要竊電方式有：失壓、欠壓、CT短路、CT開路、分流、斷相、相序錯接、極性錯接、改變表計變比、卡住機械表盤等。

（三）用電異常監控系統的目標

本系統是供電營銷管理計算機信息系統的重要組成部分，通過對用電現場電氣參數的實時監測和分析，發現用電異常現象，判斷異常的屬性和產生異常的原因，以便及時、準確的采取相應措施，減少售電量和電費損失。對于人為竊電來說，準確地記錄竊電時間和所竊電量，為追補電量電費和違約使用電費提供依據[1]。并為關口集抄、營銷自動化等系統提供基礎數據，對營銷業務管理和營銷分析決策起到支持作用。

二、系統總體構成

（一）系統網絡結構

本系統由監控終端、監控主站和通信網絡組成，具有和營銷等其他系統的接口，發現用電異常時，自動通知用電管理或稽查人員，及時趕赴現場進行處理。系統網絡結構如圖1所示。

（二）監控主站軟件平臺

在較大系統中，監控主站應建成一個局域網，小型系統的監控主站也可以是一臺高檔PC計算機。監控主站的軟件平臺應選擇：

網絡操作系統 Windows 2000/2003 Server；

客戶機操作系統 Windows 2000；

數據庫管理系統 Oracle或SQL Server；

應用服務器WEB平臺軟件Microsoft IIS。

（三）遠程通信

1．通信方式

在公用通信網日益發達的今天，企業自建超短波網弊端明顯。GPRS/GSM、CDMA的數據服務和短消息服務，可作為本系統遠程通信網絡的首選，PSTN點對點撥號網絡也能滿足通信要求。

為保證利用公網通信的安全性和可靠性，可采用APN（Access Point Name）專線方式與無線網絡運營商連接，在監控主站設置Radius服務器，設定范圍內的監控終端通過身份認證后，才能和采集服務器進行通信。

2．通信規約

通信規約是監控主站與監控終端之間進行報文交換的協議，報文結構由同步頭、報文頭、報文體、校驗碼四部分組成。只要遵循統一的通信規約，不同廠家生產的監控終端、不同軟件公司開發的主站軟件，都能集成在一個監控系統中運行。

通信規約應在國家有關標準指導下，由省電力公司或以上的主管部門制定。通信規約涉及的內容比較多，本文不細述。

（四）系統總體性能指標[2]

1．系統年可用率≥99.9%；

2．系統故障恢復時間≤2小時；

3．時鐘同步誤差≤3秒；

4．專用信息傳輸誤碼率≤10-4；

5．數據存儲量≥3年；

6．界面操作響應時間≤5秒；

7．信息查詢響應時間≤10秒；

8．可以兼容不同廠家的終端或多廠家終端同時運行；并提供接口，與相關信息系統、監控系統共享數據。

三、監控終端基本要求

（一）功能要求

1．測量功能：通過直接交流采樣，測量用電回路的電氣參數，用以和電能表的計量數值進行比對，以發現計量回路的異常。測量精度要求<±0.5%。

2．抄表功能：通過RS485或RS232接口，抄取計量電表的數值。

3．遠程通信功能：支持GPRS/GSM、CDMA移動網絡、短消息、點對點撥號等遠程通信功能。

4．數據存儲功能：存儲用戶3個月的實時數據、曲線數據、日數據和月數據。

5．遠程設置功能：接受監控主站的信息，對終端的運行方式、工作參數、通訊協議、時鐘對時等進行遠程設置。

6．數據壓縮功能：與主站通信時，具備批量數據壓縮傳輸功能，壓縮率不低于50%。

7．異常報警功能：出現用電異常情況時，本地報警和記錄的同時，將報警狀態、性質、時間等自動發往監控主站。

8．維護與自檢功能：本地修改設備參數，對運行狀態和故障信息進行自檢，出現死機時能自動復位，無線掉網后能自動恢復。

（二）性能要求

1．微處理器和通信模塊應采用工業級產品，存儲容量不小于16MB。

2．平均無故障工作時間（MTBF）≥20000小時。

3．三相交流供電，在三相三線供電時斷一相電壓，三相四線供電時斷二相電壓的條件下，終端仍能正常工作。

4．具有直流備用電源，失去交流電源時，至少保證能給整機供電10分鐘。外部電源停電后，數據不丟失。

5．具有較好的絕緣、耐壓、抗干擾、電磁兼容性能。

四、監控主站應用功能

監控主站為局域網時，既可以采用C/S工作方式，也可采用B/S工作方式。應用功能結構如圖2所示。

（一）數據采集

系統采集的數據來源于用戶電能表的計量數據和監控終端測量的二次回路數據，通過兩種數據的對比和分析，判斷用電狀態。

數據采集的內容包括：1．電壓、電流、有功功率、無功功率瞬時值；2．正、反向有功、無功的總、峰、平、谷、尖峰電量值；3．電壓、功率因數、諧波、頻率等電能質量值；4．計量裝置、開關等工況參數值；5．用電異常、運行異常等事件紀錄；6．其他相關設備提供的數據。

數據采集方式包括：1．定時巡測；2．隨機召測；3．事件響應。

（二）用電異常報警

用電異常類型包括：欠壓、失壓、失電、斷相、逆相序、數值越限、無功過補償、過負荷、電表走慢、電表停走、電量示度下降、通訊異常、表箱門開等。

異常報警方式包括：1．圖形報警；2．文字報警；3．短消息、Email遠程報警。

（三）負荷管理與控制

自動記錄最大負荷，隨時召測瞬時負荷，提供每小時的負荷曲線；根據錯峰用戶計劃，制定相應的負荷數據采集策略；根據錯峰管理需要及大客戶用電計劃，生成用電計劃考核曲線表。必要時，實施本地或遠程負荷控制。

（四）供電質量管理

定時或隨機采集瞬時電壓、功率因數、諧波、頻率等供電質量指標，提供每小時的變化曲線，計算各指標的合格率；定時或隨機采集停電起、止時間，并進行統計。

（五）營銷管理支持

1．抄表管理

每日定時遠程抄錄電能表度值，保證與結算用電能表數據的一致；完整抄錄客戶用電量，滿足電量電費計算的需要。

2．線損管理

計算任意時段的線路損耗，同時完成線路側平衡計算[3]。根據設定的線路允許的線損率和可疑表判別標準，自動查找數據可疑的表名及其位置，并設置可疑標志。

3．付費售電

采用付費售電管理模式，和用戶簽訂分次付款和付費售電協議，減少欠費對供電企業造成的經營風險，減少和用電戶的糾紛。

根據付款數額計算剩余電量，剩余電量達到設定的余額時，通過短信自動通知用戶交費，必要時進行停電處理。

（六）營銷決策支持

1．數據統計與分析

按規定的不同時段、區段、類別，進行極值分析、三相不平衡率分析、線損分析、供電可靠性分析、供電質量分析、計量裝置故障分析、分時電量動態統計分析、客戶和行業用電變化趨勢分析、線路負荷分析等。

統計分析結果，可以采用表格、曲線、圖形等方式表現。

2．報表管理

應具備專用和通用（如Excel）的電子制表功能，可方便的建立和修改報表的格式和內容，報表應可方便的進行打印。

報表內容應包括：原始數據報表、大用戶電量統計報表、電量分析比對報表、線損報表、失壓記錄報表、報警信息報表、用戶自行定義的其它報表等

（七）系統管理

1．系統具備對時功能，保證終端和主站、系統和標準時間的誤差不大于3秒。

2．分層管理：適應地市公司及下屬縣區公司對大客戶分層分級管理的需要，系統應支持檔案數據、業務數據分層分級的授權維護和管理功能。

3．信息發布：采用Web服務器網頁方式發布經過過濾和審批的信息，以短信方式向用電稽查人員發送報警信息，以短信方式向用電客戶發送負荷、錯峰等信息。

4．系統應具備用戶和權限、系統資源、系統配置等管理功能。

5．系統應具備操作日志、數據合理性檢驗、數據自動或人工備份和恢復等安全管理功能。

五、結束語

降低線損是供電企業實現集約型管理的重要內容，本系統正是降低線損、提高供電質量、提高營銷管理水平的有力支持工具。

本文對用電異常監控系統的總體結構、主要功能和性能，進行了規劃性的總體設計，未涉及到技術實現的細節，地、縣供電公司在該系統規劃和建設時有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]呂振勇主編，電力營銷法律法規知識[185].北京：中國電力出版社，2002.

[2]國網公司：電力負荷管理系統通用技術條件[3].北京：國網公司生產營銷[2004].183號文.

[3]吳安官、倪保珊，電力系統線損[251].北京：中國電力出版社，1996.

作者簡介：

李毅，男，山西大學工程學院。