10kv及以下載波抄表技術方案的選擇應用

胡正奎

集抄管理是當前提高用電管理的一種新興技術，它不但可以節省電力企業人力物力和財力，提高勞動效率，還可以提高工作質量，更重要地是推進了電能計量管理智能化的發展進程，為電力需求側管理的發展奠定了基礎。 根據通訊方式的不同，目前低壓電力集抄系統有多種方案可供選擇。根據智能電網發展方向和階梯電價即將推行的趨勢。本文認為在中低壓電網中采用無線集抄和電力載波結合的方式更經濟和實用。其外部運行環境為：穩定的GPRS、GSM或CDMA通訊源；電力用戶均實行“一戶一表”和集中裝表；環境溫度-25℃～+55℃；環境濕度小于85%。

一、系統構成

集中抄表系統主要包括載波電能表、集中器、通訊網絡、管理計算機及管理軟件等構成。集中器下行以電力載波方式與載波電能表進行通訊，集中器定時讀取電能數據并自動存儲。上行利用GPRS、GSM或CDMA網絡與上位管理計算機通訊。管理計算機與集中器通訊獲取各電表的數據，并進行綜合處理。

1.主要配置、功能及規格。①集中器。載波集中器是遠程抄表系統的重要組成部分，它作為抄表系統的中心環節，連接上位中央管理系統和下位多個載波電表或采集終端，負責抄表過程的控制以及抄表數據的接收、存貯與傳送。載波型集中器通過GPRS、GSM或CDMA網絡與上位計算機通訊，接受來自上位計算機的指令，與載波管理軟件交換數據、接收指令，并上傳抄表數據。下行以220V電力載波通訊方式對所管理的電表進行通訊，進行實時抄表、凍結抄表以及繼電器操作。

集中器按照管理計算機的設置，定時啟動抄表程序，讀取電表、與各采集終端連接的各個電表或附表的當前累計數據并進行保存。集中器為每塊電表保存基本數據。集中器支持點抄操作，即操作員可以在管理計算機一側通過管理軟件界面，直接選擇某塊電表，讀取其當前表底數據，獲得人工臨時抄表數據，并可以此進行故障檢查。一臺電表集中器可以管理同一臺變壓器下的單相、三相電表，每臺集中器最多可以管理1000臺電表。分管不同臺變的多個集中器可以同時連接到同一個節能管理系統中。在同一個網絡中，可以連接多臺集中器同時工作，構成大型自動化抄表網絡。集中器根據系統數據的有關約束信息，如果在直接抄讀數據無正確響應時，將自動搜索中繼路徑，搜索成功后將保存路徑，并通過中繼路徑抄表；自動中繼對表或終端的約束包括其相序、所在分支線路編號、是否在同一表箱內、是否為同一個多表模塊。集中器時鐘芯片具有電池保護，可以根據設置的凍結日期自動對所管理的電表進行表底數據凍結保存，作為每月結算日的表底依據。

一個集中器管理的電表，通訊地址應唯一；集中器月凍結表底數據的時間跨度為一次巡抄的時間。上位機通過管理軟件可直接與集中器進行通訊，集中器在接收到上位機發送的合法命令后，數據發送和數據接收指示燈同時閃亮一次，表示接收命令正確并同時進行相應的操作。

不論集中器正處于何種狀態，都會優先響應上位機的通訊和執行上位機發送的命令。當集中器與上位機通訊結束并執行完上位機發送的命令后，重新返回與上位機通訊前的狀態，集中器只有在進行了正確的數據庫設置下載和電表下載后，才能保證抄表工作的正確。因此下載數據庫時，要保證電表數據設置正確。如果發生數據庫修改，應及時更新集中器數據庫，保證上位管理數據庫與集中器數據庫的一致性。集中器具有點抄功能，根據上位機指令點抄電表數據、控制繼電器狀態；如在通訊過程中掉線時，管理軟件將自動進行重新撥號操作。

②單相電子式載波電能表。電能計量由專用計量芯片的計量單元完成。由載波微處理器構成電能計量、載波通訊接口、顯示驅動、繼電器控制的主控部分。其工作原理見圖1所示。

主要功能：a.電能計量功能。計量芯片精確計量正、反向有功電能功能，反向電能按正向電能累計，有效杜絕反向接線竊電。電能計量線性好、動態工作范圍寬。斷電后，所有存儲數據不丟失，能保持10年以上。

b.電力載波通訊功能。用于電能表參數設置及電表底碼的設置、抄讀；可進行電能表繼電器的操作；通信速率：同步通訊，500bps；通信距離：500m（每兩個接點之間）；具有4級載波中繼功能、擴展通訊距離。

c.電能脈沖輸出功能。有功電能量脈沖輸出，用于校表、采集電能量；無源隔離型輸出端口。

d.斷電控制功能。具有載波遠程斷電、送電功能。

③三相電子式載波電能表

主要功能：a.計量功能。計量芯片精確計量正、反向有功電能功能，反向電能按正向電能累計，有效杜絕反向接線竊電。反向指示，反向LED點亮時為電能反向狀態。電能計量線性好、動態工作范圍寬。斷電后，所有存儲數據不丟失，能保持10年以上。

b.電力載波通訊功能。通信速率：同步通訊，500bps；編程內容包括電能表地址、標準轉數及電表底碼；可進行電能表繼電器的通、斷操作；自動抄表系統可以抄讀當前底碼、標準轉數；通信距離：500m（每兩個接點之間）；具有4級載波中繼功能、擴展通訊距離。

c.電能脈沖輸出功能。有功電能量脈沖輸出，用于校表、采集電能量；無源隔離型輸出端口。

二、通過集抄實現功能

系統所有數據匯總和功能實現可以通過中心處理系統主要由中心處理工作站以及相應機構來完成。中心處理系統作為整個系統的最終組成部分，根據采集回來的數據進行分析整理，為電力管理提供多項服務。主要功能為：

1.遠程抄表。集抄管理中心實現定時實時遠程抄表，保證結算電能表的及時和準確，與電力營銷網相連后可隨時進行電費收取、票據打印、報表統計等操作。

2.電費回收。集抄管理系統可利用采集終端的信息發布功能，向用戶發送相應催費信息，增加電費催收的途徑；可利用負荷控制功能，對違反電力法和不按時履行繳納電費義務的，限制用戶繼續用電。集抄管理系統還可通過預付費電能表提供預售電控制功能，從而增加了電費回收的力度。

3.電能計量及用電秩序管理功能。集抄管理系統實現對用戶端電能計量裝置運行狀況的在線監測，為電能計量及用電秩序管理提供了技術平臺。集抄終端通過數據接口，連續（循環）將電能表數據傳送至中心處理系統，實時在線監測電能計量裝置的運行狀況，對掉電、斷相、失流、逆相序、編程計數、時鐘偏差等異常工況自動報警，同時記錄事件和相關數據；為用電異常分析提供依據，開展負荷跟蹤對比等綜合數據監測分析功能。

三、系統優越性

1.安全性。本系統網絡分為兩大部分：即下行載波通訊網絡、上行通訊網絡。載波網絡由低壓電力線承載，通過低壓電力線以載波方式在電表和集中器之間傳送數據。電力線載波現在采用了工頻傳輸方式，即50Hz工頻信號經過零點技術，再加上采用獨特的電壓變化跟蹤技術，以及獨特的算法，可以消除各種強干擾電器對電力線產生的干擾，具有抗干擾強，糾錯能力更強，性能穩定，誤碼率低等特點。同時，由于采集器本身帶有中繼功能，通過中繼抄表距離可以達到2000～3000m。通過這些技術的應用可以保證100的抄表成功率。

2.經濟性高，實用性強。上行通訊網絡用于集中器與管理計算機之間進行通訊，采用GPRS、GSM或CDMA網通訊網絡通過交換機接入管理計算機系統。從集中器傳回供電部門利用了現在比較成熟的移動網絡，通過GPRS/GSM方式把數據上傳。對移動信號較弱的地方，不同網絡之間可任意切換，保證信號穩定性和快速性。不影響載波的使用，并且借鑒了負控的做法建立了集抄的主站。有了主站以后可以更方便的進行數據的維護和管理，并且可以通過主站對系統遠程召喚和表計設置。這樣除了設備故障，一般的維護都可以在遠端進行。 每月通過主站與營銷系統的接口把數據導入營銷系統進行電費結算。為了保證營銷系統安全性，數據不是直接寫入營銷系統，而是先放到一個中間表。集抄用戶只能訪問中間表，數據確認后由營銷系統負責從中間表取數據。

3.可擴展性。系統中集中器與表計通訊采用先進的載波通訊技術，穩定可靠。當計量點增加時，相應地增加表計的數量即可完成自動抄表系統的擴展，不涉及重新布線，擴展成本低。

4.經濟性。通訊網絡的建立，應按照現場實際情況進行配置，也可充分利用現有通訊網絡，節省投資。第1環節，從電表到采集器采用表計485口通訊，由于可以從表計485口直接把表計讀數取出，可以保證采集的數據與表計絕對一致。而數據采集直接尋找表地址，使得換表后可以自動檢索到新表進行資料更新，各表數據線可采用串聯的方式，布線更加簡便。

四、經濟效益分析

1.提高企業線損分析能力。集抄系統提供了即時抄表、定時抄表和凍結抄表等功能，凍結抄表就是專門為線損分析設計的，可以保證抄表時間的一致性。這樣低壓臺區的線損分析就十分精確的，而且系統還提供了異常報警功能。因此集抄系統應用在“高線損臺區”分析和反竊電工作中會十分有效。

2.降低成本，提高工作效率。進行自動抄表系統的建設，可以有效減少員工的抄表收費時間，達到減人增效效果。同時可減少車輛及其他費用的支出；對用電設備的不明損壞或者誤差問題；或者漏抄、錯抄、估抄等。而電力稽查人員又不是時時刻刻的去現場，不能早發現這些直接會導致電能量減少的事件；而自動抄表系統可以有效實現實時在線監測行為，可以有效減少這類問題；提高了用電稽查的效率，提高了經濟效益。運行自動抄表系統可以有效減少抄表的距離，可以有效提高抄表人員的工作效率，降低工作量。同時對減少了抄、核、收各個環節人為因素，對于杜絕人情電、關系電、權利電及規范電工行為方面意義重大。

3.減少違規行為，規范客戶的用電行為。日常用電過程中，時常會出現偷電或收電費難的問題，出現這類問題時，用電稽查人員常常很難處理。如果運行自動抄表系統，可以實行實時監測用戶的用電行為，如果有異常用電行為或用電事故，主站會自動以短信的形式發送給責任人，這樣責任人第一時間可以知道用戶的用電情況；可以有效防止用戶違章用電行為，達到一種威懾的效果。

4.提高電能數據的抄收及時性和準確性。自動抄表可以實現準備時間自動上報數據的功能，而電費結算和線損分析對抄表的結算日電量又很重視。自動抄表可以準確實現這些功能。有效的提高了抄表的時效性、準確性。

5.提高了用電管理的管理先進性能力。運行自動抄表系統是將電能計量數據自動采集、傳輸和處理的系統。它克服了傳統人工抄表模式的低效率和不確定性，能夠體現管理的效率和經濟發展情況；過去都是人工抄表，人工計算、人工稽查，信息采集管理系統可以有效提高管理的技術手段，可以降低員工的日常勞動強度，可以為員工提升系統抄表方面的知識技能；提高了員工的自身競爭能力；從而提高了電業局整體人員的素質。提高用電管理的先進性，推動了電能管理現代化進程。

隨著計算機技術、通訊技術、網絡技術和微電子技術的飛速發展，對集中抄表技術水平、集中抄表的投資成本、抄表的效率、可靠性和準確度、管理體制提出了更高的要求。電能計量集中抄表技術發展較快，在選用產品時，應選用較為成熟的產品，避免重復投資，從而使電能計量集抄技術真正成為企業降低成本，提高經濟效益和管理水平的有效手段。

（作者單位：陜西漢陰縣供電分公司）