住宅戶表數據采集系統研究

李久福/左美洋/武　忠

(1.山東同圓設計集團有限公司，山東 濟南 250101; 2.國網山東省電力公司濟南供電公司，山東 濟南 250012)

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住宅戶表數據采集系統研究

李久福1/左美洋2/武忠2

(1.山東同圓設計集團有限公司，山東 濟南 250101; 2.國網山東省電力公司濟南供電公司，山東 濟南 250012)

0　概述

戶表數據采集系統是對民用建筑中居民用戶的用電信息進行采集、處理和監控的系統。該系統可以實現每個家庭用戶用電量的自動采集、電能質量監測、用電分析和管理、分布式能源監控、智能建筑用電設備的信息交互等功能。在社會經濟與科技飛速發展的今天，該系統的應用對未來的智能建筑、智能家居與智能用電設備發展有著重要作用，該系統的普及與應用對戶表設計與施工提出了更高的要求，因此，有必要對戶表數據采集系統的結構、通訊、工程實施等進行詳細研究，以便優化提升戶表工程設計水平。

歐美一些發達國家早在上世紀七十至八十年代就對遠距離抄表進行了研究，并稱其為自動化抄表系統。該系統不但能實現遠程抄表等基本功能,還能夠實現電網公司與電力用戶之間的雙向信息交互。隨著智能電網概念的提出，各國紛紛展開智能電網的建設規劃,而作為智能用電系統之一的戶表數據采集系統,自動化抄表系統將勢必成為重要建設項目之一。各個設備制造商為適應該套采集系統紛紛研制推出系統需要的智能電能表與采集終端，伴隨著市場競爭的日益激烈，該類設備在住宅項目配電工程中的設計與優化配置也隨之出現了新的挑戰。

1　戶表數據采集系統結構

戶表數據采集系統按結構可分為三層網絡結構。

第一層為用戶終端，由民用建筑居民用戶所使用的智能電能表組成，負責記錄電力用戶所用的電量等基本用電信息；第二層是采集設備，如采集器或者集中器，連接用戶電能表與上層主站，并可根據主站的命令定時或實時采集用戶電能表存儲的數據，并將采集到的數據傳送至主站層；第三層為主站層，也稱控制中心。它是整個系統的最上層，通過通信網絡實現對戶表數據采集系統各部分的控制與管理[1]。其結構如圖1所示。

圖1　戶表數據采集系統結構圖

戶表數據采集系統方案的設計以居民住宅小區配變臺區為單元，實現所有臺區下電力用戶的用電信息采集。

2　戶表數據采集系統通信方式

戶表數據采集系統中的通信方式有遠程信道和本地信道兩種。

遠程信道用于完成主站系統和現場終端之間的數據傳輸，常用通信方式有光纖專網、GPRS/CDMA、無線公網、230MHz無線專網、中壓電力線載波等。

本地信道用于現場終端到智能表的通信連接,民用建筑電力用戶可采用低壓電力線載波、微功率無線網絡、RS485通信方式連接戶表數據采集終端和智能電能表[2]。RS485總線通信是目前國內應用最多的一種戶表數據采集系統的通信方式，其特點是少結點、短距離、可規范布線。圖2和圖3分別為民用多層和高層建筑中RS485通訊方式的布局示意圖，是目前民用建筑中使用最多的戶表數據采集系統的通訊方式和布局。

圖2　多層建筑中RS485通訊方式

圖3　高層建筑中RS485通訊方式

3　戶表數據采集系統工程方案選擇

戶表數據采集系統工程方案即現場實現方式，一般有如下三種技術模式：

模式1：主站-GPRS/CDMA、有線電話網、光纖-集中器-微功率無線或低壓電力線載波-采集器-RS485總線-智能電能表。

模式2：主站-GPRS/CDMA、有線電話網、光纖-集中器-RS485總線-智能電能表。

模式3：主站-GPRS/CDMA-帶GPRS/CDMA模塊的電能表。

在為民用建筑中的多層、小高層、高層樓房選擇設計方案時，結合當前電網系統和設備狀況，建議選擇模式2。

3.1既有建筑改造設計方案選擇

對既有民用建筑進行升級改造設計時，低壓戶表數據采集系統中電表箱之間的RS485總線可以沿墻套管敷設或地下埋管敷設，沿墻敷設管徑≥16mm，地下埋管敷設管徑≥20mm。若電表箱內無線通信信號滿足通訊要求，安裝集中器后無線通信信號不滿足通訊要求，可協調通信公司加裝信號放大器或將集中器移至樓道門或窗附近掛箱安裝，如果集中器、采集器接表超過64塊，則每個采集設備RS485口接表需盡量均衡。

1)安裝在樓道內1～2層的電表箱，若電能表總數不超過120只，信號強度滿足通信要求，可在每棟樓安裝一個集中器，集中器安裝在中單元表箱內，且盡量保證集中器3個RS485口接表數量相等。如果電能表數量>120只，需適當增加集中器數量。

2)小高層、高層樓房中，表箱可分層集中安裝或地下集中安裝，若每個單元超過64只電能表，需安裝一個集中器。

3)小區內沿街門市的單相表、低壓三相表可通過RS485總線接到鄰近的集中器。

4)小區內物業用電，電能表安裝在高壓配電室內或箱變內，通過RS485線接在臺區終端下。

3.2新建居民小區設計方案選擇

對于新建居民住宅小區而言，在進行戶表數據采集系統設計時，表箱間RS485通道采用套管敷設模式，并將RS485線、信號線通道預埋到墻內或地下。一棟樓內相鄰兩表箱間至少設計一個RS485線通道，安裝在地下(或半地下)的表箱設計通過RS485線或信號引出線管，將集中器或信號線引出；孤立建筑表箱和就近表箱間設計一路RS485線通道，且通道管徑≥20mm；所有設計線路敷設后線徑截面積不得超過管截面積的40%。RS485線管預埋到表箱右方RS485接線孔處，信號線管預埋到表箱右下方進線口處。集中器安裝位置和個數可參照前文3.1章節。

3.3戶表間通信電纜敷設

根據施工現場情況，電表間通信電纜應合理冗余并正確排放。要求相鄰電表之間電纜長度以表間距+200mm為宜；在與電能表通信口連接處，其通信線端頭絕緣層剝線長度以10mm為宜，保證可靠連接并防止通信線金屬部分外露。位于總線中間的RS485接口處應采取冷壓接或其他有效措施，確保通信級聯可靠。表箱內如有線槽，通信電纜布線需入槽[3]；如無線槽，相鄰電表之間使用≥2個線卡或扎帶橫平豎直地固定通信電纜，不得凌空飛線。電表間通信電纜敷設示意圖見圖4。

圖4　電表間通信電纜敷設示意圖

對共用同一級抄終端的多個表箱，其表箱間應布設級聯電纜，電纜中間應無接頭。電纜選用雙芯屏蔽電纜(2×0.75mm2或2×1.0mm2)，通信線應分色標識。

同一單元內表箱間與表箱外的通信電纜敷設一般應緊貼墻面安裝PVC明管，管卡固定間距宜≤500mm，拐角兩側應增加管卡固定，對于嵌入式表箱可開墻埋設PVC管，埋設后的墻面應恢復原貌。電纜屏蔽層宜在靠近終端一側可靠接地。同一單元內表箱間通信電纜敷設示意圖見圖5。

圖5　同一單元內表箱間通信電纜敷設示意圖

跨單元的通信電纜敷設，根據現場情況，可穿管、線槽、鋼索、地溝敷設，電纜敷設長度宜≤500m，使用鋼索架空敷設時與地面的最小距離宜≥2.7m，通信電纜與絕緣電纜線路的距離應≥0.1m，與其他弱電線路之間應設置有效的分隔措施，管卡固定間距宜≤500mm[4]。相鄰單元表箱間通信電纜敷設示意圖見圖6。

圖6　相鄰單元表箱間通信電纜敷設示意圖

穿樓層的通信電纜敷設，可根據現場情況穿管、管道井敷設，與絕緣電力線路的距離宜≥0.1m，與其他弱電線路之間應設置有效的分隔措施，管卡固定間距宜≤500mm。

3.4低壓集抄終端安裝

低壓集中器應安裝在GPRS信號強、易于取電、方便布線和維護檢查的位置，應避開煙道出風口。民用建筑中多采用模式2描述的兩層結構模式集中器。這種模式中，當電表箱內有空表位時，宜將集中器安裝在表箱內；當電能表箱無空表位時，宜加裝專用終端箱。集抄終端箱安裝示意圖見圖7。

圖7　集抄終端箱安裝示意圖

采用兩層結構模式的集中器，有3路抄表RS485接口，當所接電能表數量較多時，應充分利用3路RS485接口，合理分布每路RS485接口接帶電能表數量，使每路RS485接口接帶的電能表數量相對均衡，每路RS485接口應加標號區分，集中器應盡量居中安裝以方便現場布線。集抄終端安裝位置示意圖見圖8。

圖8　集抄終端安裝位置示意圖

4　結束語

戶表數據采集系統的結構、工程方案和通信信道的建設布局對系統的實現有著重要的作用，對戶表工程設計的理解有著很大幫助，本文通過對工程中實際應用的介紹，希望為住宅建筑的設計人員在戶表設計施工方面提供參考。

[1]段其昌,董平.無線抄表系統中的網絡數據傳輸和信息交互分析[J].自動化技術與應用,2009,28(2):62.

[2]霍章.電力通信幾種主要傳輸方式的應用分析[J].電力系統通信,2006,27(164):61-63.

[3]楊宏業,張躍,呂芳.自動抄表系統中通信方案的現狀與展望[J].電測與儀表,2001,38(428):8-11.

[4]郭恩磊,徐建政.遠程自動抄表系統中的現代通信技術[J].電力系統通信,2007,28(181):56-60.

Study of Residential Electricity Meter Data Acquisition System

Li Jiufu/Zuo Meiyang/Wu Zhong

為了給民用建筑配電工程的戶表設計、施工提供參考，對應用于居民“一戶一表”工程的戶表數據采集系統進行了研究，介紹了該系統的結構、通訊方式以及工程方案選擇方法，建議民用建筑中多采用模式2描述的兩層結構模式，電表間通信電纜應合理冗余并正確排放，集中器安裝位置應盡量居中布置以便現場布線。

民用建筑“一戶一表”工程戶表數據采集系統通訊電纜

In order to provide the reference for civil building engineering design,meter data acquisition system of one family one meter project is studied.Its structure,communication methods and engineering scheme selection methods are introduced in detail.And it advise that two-layer structure called mode 2 is applied widely in civil buildings and communication cable between meters should be reasonable redundancy and properly placed.Concentrator installation position should be placed in the middle.

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