一種電能計量裝置及遠程在線監測系統的設計

王偉紅張麗紅

（1.國網浙江省電力公司培訓中心，杭州 310014；2.國網臺州供電公司，浙江 臺州 318000）

一種電能計量裝置及遠程在線監測系統的設計

王偉紅1張麗紅2

（1.國網浙江省電力公司培訓中心，杭州 310014；2.國網臺州供電公司，浙江 臺州 318000）

針對國家電網公司對國網智能電表自動化檢驗的需求，本文介紹了一種全新的電能計量裝置遠程在線監測系統。該監測系統可對已投入使用的電能計量設備進行在線監測、故障判斷和記錄分析，它是集信號、數據采集與處理、數據庫管理、現場電能表誤差自動校驗、二次回路狀態監測、報警、通信于一體的遠程監測系統。該監測系統可靠性好，功能強，具備較高的競爭力，對用電大戶和各變電站都有很好的應用價值。

電能計量；在線監測；故障判斷；自動校驗；數據庫管理

目前使用的電能表檢測設備，功能比較多，顯示內容也較豐富，但一般都只能在電能表生產廠站進行本地檢測，是電能表出廠前的檢測設備。而對于已安裝在用戶端使用的電能表，要對其進行檢測，目前用的是現場校驗儀，也是種本地檢測設備。對于已經安裝好并投入運行的PT、CT和電能表，目前還沒有一種可對其進行全方位在線測試的設備，對電能表的維護，還停留在出了故障、報修、上門檢測、維修或更換的階段，費時費力。本設計的電能計量裝置及遠程在線監測系統，可對已投入使用的電能計量設備進行遠程在線測試、故障判斷、記錄分析，實現電能表的統一管理、數據分析和遙控測試，省時省力，大大提高了電能表的管理和維護。

1 設計方案

本在線監測系統采用類似多通道標準表方案，每個電流二次回路串接一個采樣 CT進行采樣，可保證二次回路不會開路；多段電壓母線和采樣 CT的二次信號通過繼電器切換可選擇接入標準表的電量采集單元進行輪流測試；本系統主要由本地采集單元和后臺主站管理單元兩部分組成，如圖 1所示。

圖1 在線監測系統

2 功能模塊

2.1 后臺主站管理單元

后臺主站管理單元作為遠程在線監測系統主站控制中心，對安裝在各個廠站的本地采集單元的監測數據、測試參數及遙控測試進行統一管理和數據分析；同時還可以為其他管理系統提供數據源，其具備以下主要功能。

1）遠程遙控功能

（1）實現廠站本地采集單元的遠程遙控測試，判斷用電狀況和電能計量設備的運行狀況。

（2）實現廠站本地采集單元的測試參數設置、讀取和修改等。

（3）可實現對運行中各廠站本地采集單元內的測試記錄的下載和存儲。

2）數據統計分析功能

（1）具備數據統計功能，可以根據時間查詢歷史數據，并可以電子表格的形式導出數據，自動生成各種統計報表。

（2）能夠顯示、查詢系統的各項歷史報警信息和內容。

（3）具備趨勢圖繪制功能。

3）異常信息報警功能

對各種異常情況進行主動上報，并及時通知運維人員。

4）數據共享功能

可按照給定的數據格式，實現數據與其他數據管理系統的共享。

2.2 遠程通信網絡

本地采集單元與后臺主站管理單元可采用RSR232串行通信、GSM無線通信、電話網絡通信和以太網通信等多種通信方式進行數據交互，如圖2所示。

圖2 遠程通信網絡

2.3 本地采集單元

在線監測系統的本地采集單元是實現對廠站的各個接入監測的電能計量點的校驗信號采集、信息抄讀、分析處理和存儲的就地安裝單元，如圖3所示。

圖3 本地采集單元

1）主控單元：采用工控電腦和液晶顯示方式，標準鍵盤；可手動操作，也可由后臺主站軟件控制電量采集模塊、PT和CT切換模塊以及電能脈沖切換模塊實現各種功能測試；上行可采用RS232/以太網/GSM和CDMA無線通信/PSTN電話網絡通信；下行采用485總線方式通信。

2）電能脈沖采集切換單元：對多個回路的被測電能表輸入脈沖進行切換，切換邏輯與電流回路CT切換邏輯一致。

3）多通道多功能標準電能表：主要包括電量采集模塊、PT和CT切換模塊3部分組成；各功能模塊采用插卡方式安裝，方便擴展。

（1）電量采集模塊：①具有當前回路電壓、電流、功率、相位、功率因數和頻率等各種電量采集功能，有無功電能脈沖可同時輸出，也可通過切換選擇輸出；②可對在線運行中電能表進行電能誤差測試，具備三路被檢表脈沖輸入接口，可實現三路脈沖同時檢測功能，提高檢測效率；③可在線測試PT二次回路的壓降；④可在線測試CT二次回路的負荷。

（2）CT切換單元

采用插卡方式安裝，每個單元可安裝6組18路采樣CT，并可對采樣CT二次回路進行切換；保證CT不會開路；最多可實現4個CT切換單元進行級聯。采用3回路電流切換為例進行說明，如圖4所示。

圖4 CT切換單元

CT切換單元每一個組電流回路安裝一個采樣CT，通過系統端子排與相應的被測電流回路相連形成一個完整的回路，當需要檢測第一回路的電流時，CT切換單元通過通道切換繼電器將采樣信號（電流切換輸出信號）切換到相應采樣 CT的二次側，并將采樣信號輸入到電量采集模塊進行測量；無論電流切換單元采樣CT二次側如何切換，采樣CT的一次側都不會開路，從而可以避免因 CT開路造成安全隱患。作為多通道多功能標準電能表一部分，當需要送檢時，可以先短接在線監測系統端子排中的J1、J2和 J3（如圖 4所示），再拆下標準表也可保證電流回路不會開路。

（3）PT切換單元

采用插卡方式安裝，可實現最多四段母線PT切換。

3 主要功能

1）可測量并顯示電壓、電流、功率因數、相角、頻率、有功功率、無功功率及視在功率等電力瞬時參數；并及時對被監測線路的異常情況提供顯示、聲音及遠程報警。

2）可對電能表有功和無功電能誤差進行校驗，具備主副表同時測試功能。

3）能夠實現寬電壓、電流信號直接輸入，系統具備電壓、電流量程自動切換功能。

4）具備電壓、電流的向量圖測量和顯示功能，可方便判斷現場接線情況。

5）具有電壓、電流波形顯示功能，并可對電壓、電流信號進行諧波分析，并采用柱狀圖顯示。

6）具備4段母線PT和最多24組CT切換功能，可對PT的二次回路壓降和CT二次回路實際負荷進行在線監測，更準確的判斷二次回路的運行狀況。

7）通過本地鍵盤輸入或在通信接口（本地或遠程）設置各類參數，如：校驗脈沖常數、測量圈數、接線方式、接入PT和CT的信息、測量內容、能制定測試任務功能，實現本地或遠程啟動任意回路的各個監測功能測試。

8）所有監測數據可以手動或自動保存，方便本地和遠程PC進行數據下載。

9）具備本地和遠程報警功能：系統應在發現系統自身異常和被監測回路異常時均能發出報警信息。

10）系統可提供的報警信息包括：線路失壓、失流，電能表超差，PT二次回路壓降超限，CT及其二次回路運行異常并做出定性分析和提示，系統自身異常等。

11）系統支持多種通信方式，包括：RSR232串行通信、GSM無線通信、CDMA無線通信、PSTN電話網絡通信、INTERNET/LAN網絡通信。

12）后臺管理軟件功能。

（1）漢化界面，具備用戶管理功能，能根據不同的權限對現場終端設備進行可設定的不同操作。

（2）具備遠程手動遙控測試功能；具備遠程數據下載、現場監測設備的各種設置參數的下載、修改、上傳功能。

（3）具備數據庫文檔，可以根據時間查詢歷史測試數據，并以電子表格的形式導出數據。

（4）具備數據統計功能，能夠形成電能表誤差數據報表、PT二次壓降報表、CT二次導納測量報表、CT二次負荷、PT二次負荷報表、現場電力參數報表等各類報表。

（5）具備數據分析功能，能夠進行報警值設定，能夠形成電表誤差、PT二次回路壓降、CT及其二次回路導納變化等參數變化趨勢圖。

（6）能夠顯示、查詢系統的各項歷史報警信息內容。

（7）同一臺現場監測設備可允許多臺后臺 PC在不同時間段內對數據進行訪問，但同一時間只有一臺能建立連接；同時同一后臺 PC可不同時間段內對多臺現場監測設備數據進行訪問。

（8）能對計量設備綜合誤差在線統計和分析。

（9）具備Web發布功能，可實現數據庫的Web資源共享。

4 實驗結果

該系統通過實際操作和各種功能測試驗證，測試數據和測試功能完全滿足JG 597—2005《交流電能表檢定裝置檢定規程》、JJG 596—2012《電子式電能表檢定規程》、DL/T 645—2007《多功能電能表通信規約》等要求，可實現對計量設備全面的在線監測。實時在線監測各線路的負荷情況和電能表的誤差情況，可對電能表的準確度和穩定度進行在線評估。可實現PT二次回路壓降和負荷、CT二次回路負荷及電能計量裝置運行工況的在線監測，更準確的判斷二次回路的運行狀況。試驗結果分別見表1和表2。

表1 實驗結果1

表2 實驗結果2

（續）

5 結論

本系統兼容本地測試和遠程監控實現對計量設備全面的在線監測，有效地解決了人工現場檢定和故障處理周期長等問題，同時具備現場校驗儀的功能，支持多種通信方式。目前該類產品已在多個廠家和省計量中心實現應用。

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Electric Energy Measuring Device and Remote on-line Monitoring System Design

Wang Weihong1Zhang Lihong2
(1.State Grid Electric Power Corporation Training Centre,Hangzhou 310014; 2.State Grid Taizhou Power Supply Corporation,Taizhou,Zhejiang 318000)

In view of the state grid company of the smart meter automation test requirement,this paper introduce a new remote on-line monitoring system for electric energy metering device.This monitoring system can be on-line monitoring for the electric energy metering device,fault judgment and document analysis,it is set a signal,data acquisition and processing,database management,field watt-hour meter error automatic calibration,secondary loop condition monitoring,alarm,communication in one remote monitoring system.The monitoring system for good reliability,strong function,have higher competitiveness,for power users and the substation has the very good application value.

electric energy measurement; on-line monitoring; fault judgment; automatic calibration; database management

王偉紅（1970-），男，工學碩士，高級工程師，主要研究方向為電力營銷。