變電站電能量采集裝置應用分析

白勇智，胡迪軍

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007;2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007)

近年來新建變電站數量快速增長，舊變電站依次擴建、擴容，電能表使用數量急劇增長。電能表的抄表工作量也隨之增加，傳統的人工抄表方式已不能滿足現有抄表工作的需要。估抄、漏抄和錯抄現象時有發生，不僅直接影響了電力企業的經濟效益，也造成了電力客戶與電力企業的糾紛事件。電力企業迫切需要能夠實現集采集、存儲、遠傳電能表數據于一體的電力設備裝置。在湖南電網省網關口電能計量采集系統 (以下簡稱關口計量系統)的建設過程中，電能量采集裝置的研制經歷了起步、較大規模建設和電信息采集系統建設幾個階段，經科技人員的研發、測試，實現采集、存儲、遠傳電能表數據的電能量采集裝置的現代化。

1 關口計量系統

關口計量系統由主站系統、電能量采集裝置、多功能電能表和通信網絡組成，電能量采集裝置處于關口計量系統位置，如圖1。

電能量采集裝置在關口計量系統中發揮了重要作用，促進了計量管理、線損管理、大用戶管理的營銷管理系統的融合，實現了多供少損，提高了電網的科技含量和自動化水平。

其實效性主要體現在:

1)實現了計量、線損管理的流程化、制度化。

2)實現了線損管理科學化。從變電站各級母線到各主變壓器，從各站到各線路的線損，都能達到每天一平衡、每天一計算的效果，以協助第1時間發現問題，及時處理問題，真正達到在線分析的及時性，使線損管理有據可依。

3)實現了電能表讀數自動化。借助于關口計量系統，電力公司不再需要每月派人到各變電站抄表，電能數據以廠站終端上傳電能數據為準，采用同一時間凍結電能表底碼數據方式，極大節約了抄表工作耗費的人力物力，確保了抄表工作的準確性、可靠性及時間的一致性。

圖1 關口計量系統

2 變電站電能量采集裝置

2.1 工作原理

目前，各廠家電能量采集裝置外觀略有不同，但原理方案圖基本一致，工作原理主要包括硬件和軟件2部分，具體工作原理如圖2，3。

2.1.1 硬件工作原理

圖2 硬件工作原理圖

各個廠家都采用國際流行的32位嵌入式ARM系列處理器作為電能量采集裝置的CPU，具有抗干擾能力強、速度快、寬溫度工作范圍等優點。電能量采集裝置硬件采用模塊化設計方案，可以方便地插拔各個模塊，方便組裝生產、查故障、維修，包括電源模塊、CPU模塊、RS485模塊、ETH以太網模塊、RS232模塊、液晶顯示模塊、GPRS/CDMA模塊、CS電流環模塊、PULSE脈沖模塊、電力載波MODEM模塊等。

2.1.2 軟件工作原理

圖3 軟件工作原理圖

軟件方面，各個廠家采用的嵌入式操作系統有所不同，常用的操作系統有:Linux、VvWorks、uClinux、pSOS、Symbian、eCos等等。

電能量采集裝置采用高速嵌入式處理器并運行嵌入式操作系統，能夠實現本地液晶操作、下行功能、上行功能。本地液晶操作:在安裝調試時，可以通過液晶按鍵操作查看表計通訊的情況、數據采集情況等。下行功能:在RS485通訊方式下，電能量采集裝置按照采集方案不停地采集多能電表的數據，并按存儲方案定時存儲在終端內。上行功能:一方面在RS485通訊、232通訊、網絡通訊方式下，電能量采集裝置按照設置方案與變電站監測后臺通訊，并傳輸數據;另一方面在網絡通訊、電話、GPSR/CDMA、專線等通訊方式下，電能量采集裝置按照方案與1個或多個遠方關口計量系統傳輸數據。

2.2 采集裝置分類

實際應用中，電能量采集裝置結構上大致相同，主要有機架式電能量采集裝置和壁掛式電能量采集裝置2種。

2.2.1 壁掛式電能量采集裝置

壁掛式電能量采集裝置即表型電能量采集裝置，其特點是安裝簡單，無需組屏，但其硬件不易擴充。

壁掛式電能量采集裝置主要面向35 kV及以上變電站、大中型電廠、中小型電站、高耗能企業的電能量數據采集，適用于各級電網中有電能計量計費要求、接表數量較多、型號多樣、遠傳輸通道復雜等場合。

2.2.2 插箱式電能量采集裝置

插箱式電能量采集裝置有標準5U、標準3U兩種，便于安裝在計量采集機柜內，適合適用于組屏運行，其采用插箱式結構，電氣板件模塊化設計，各個插件功能相對獨立，各個插件的供電電氣隔離，脈沖/遙信電源獨立。可以現實板件的自由插拔、自由識別，便于板件擴充。

插箱式電能量采集裝置主要面向網調、省調、發電側等高端市場需求，適合于110 kV及以上變電站、發電廠、鋼鐵廠、油田等大型企業，接表數量較多、采集要求高、遠傳通道復雜多樣、需要與多個主站通訊等場合。

目前，湖南省一級關口變電站電能量采集裝置全部采用插箱式電能量采集裝置。國網湖南省電力公司電力科學研究院為了解決貴州省玉屏縣大龍變電站至湖南省懷化公坪變電站220 kV大公線跨網(國家電網與南方電網)線路，投運15年以來關口電量一直是人工抄表、實時數據不能遠距離傳輸的問題，2012年8月在貴州省玉屏縣大龍變電站220 kV大公線間隔安裝了某公司DF6201插箱式電能量采集裝置，利用原國家電力公司微波通道(國家電網與南方電網的調度數據網不能互通，若采用公用通信網每年需繳納費用)，成功實現了跨網 (國網與南網)關口電量實時數據遠距離傳輸。投運一年來，從南網貴州省玉屏縣220 kV大龍變電站至國網湖南省電力公司關口電能計量系統主站，關口電量數據遠傳工作正常，既解決了大公線15年來跨網的關口電量實時數據不能遠距離傳輸的技術難題，又節約了通信成本。

3 數字化智能變電站電能量采集裝置

智能電能量采集裝置是一種新型、智能裝置，其在RS845、光纖通訊方式下，利用2007版645規約、IEC61850通訊規約，可以與數字化電能表、合并單元一體化進行通訊，并按照預定方案進行數據采集、存儲，在網絡、光纖等方式下與遠方智能主站通訊進行數據傳輸。

智能電能量采集裝置主要面向新建智能變電站、數字化變電站、常規變電站智能化改造站、智能電廠、智能水電站以及新能源站等需要滿足支持IEC61850標準的電能量數據采集場合。

4 未來發展設想

未來幾十年內，在關口計量系統的框架結構中，將保持電能表+變電站采集裝置+遠方主站的模式。同時其在未來數字化智能變電站的發展中也會繼續沿用這一采集模式，不斷豐富其功能，更好地服務于電力企業自動化系統建設。

現在規模化應用的變電站電能量采集裝置是專有硬件，功能專一、職責清晰，應當與實時生產系統隔離，必須符合安全分區規范，當系統某單一功能出現故障時，不得影響其他設備運行。因此，在電能量采集裝置使用過程中應具備2種以上通道，以便于出現故障時，啟用備用通道解決問題，避免影響計量計費系統的正常運行。

現有的變電站采集裝置在安全性、可靠性、標準支持性以及成熟度上都占有顯著優勢，將應用于數字化變電站。目前，IEC61850規約族協議僅僅應用于變電站內的協議規范，并沒有延伸到變電站外圍設備。智能電能量采集裝置安裝于站內，為各級部門提供服務，其部門范圍仍然是電力調度中心和營銷管理部，大的趨勢不會發生變化。隨著時間推移，相關IEC61850協議將更好地應用于數字化變電站，并將得到進一步修改、完善，形成明確規約規范，智能變電站采集裝置也將得到更高級的應用，更好服務于未來的電能量采集系統。

5 結束語

電能量采集裝置在關口計量系統中發揮著相當重要的作用，它不僅能實現遠方電量數據自動采集，而且能夠更好地實現計量異常在線監測、電量的實時監測、分析統計，為線損管理分析工作提供科學、可靠的依據，提高用戶電費結算的準確性。隨著越來越多的新技術、新方法應用于電能量采集裝置，電能量采集裝置功能將日趨增強，引領計量計費全自動化時代的到來。

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