電能量采集系統在水電廠的應用探討

燕 來，何家寧

（1國家電投集團江西羅灣水電廠，江西 宜春330600；2.安康水電聯合實業有限責任公司，陜西 安康725000）

目前，電力系統的控制與管理正逐步走向智能化、集約化的道路。電廠作為一個發電企業，其經濟效益好壞完全由上網電量體現，而傳統電能計量方式是人工定期抄表獲得發電量、上網電量等電能數據，并通過人工計算得出變損、廠用電等重要生產指標，這無疑給員工帶來了巨大的工作壓力，同時抄表時間差也給核算帶來誤差，而及時準確的統計相關電能數據并與電網公司進行結算對電廠來說至關重要。電能量采集系統作為提供電廠上網、下網和關口點電能量的計量，分時段存儲、采集和處理，為結算和分析提供基本數據等功能的管理分析系統，能充分解決這些問題，并且能通過數據分析找到降低廠用電及變耗的方法。對目前正在推進“遠程集控，少人值守”，的電廠來說更有助于提高管理水平，增加企業經濟效益。

1 系統結構與配置

電能采集系統由主站系統、分部系統和通信模塊3部分組成（圖1）。

1.1 主站系統

（1）硬件部分。我廠的電量采集系統主站由采集服務器、數據庫服務器、管理終端、WEB服務器、安全網關組成。

圖1 電能量采集系統圖

1）采集服務器是系統的主要組成部分，主要是獲取分站系統傳輸過來的數據并與電站時鐘系統對時，保證實時數據的及時與準確。

2）數據庫服務器主要作用是對采集服務器的數據按照需要寫入并保存在數據庫中，以備管理終端隨時查詢調用歷史數據與實時數據。

3）管理終端主要是通過對數據庫服務器的歷史與實時數據進行相關處理，輸出相關分析報表。

4）WEB服務器是把內部數據輸出到外網中，以便外網能方便的獲得相關報表數據或調用相關數據庫數據。

5）安全網關主要是保障內網數據與外網數據的安全，杜絕外部入侵到內網。數據經簡單的處理后傳輸給服務器，通過前置機可以直接查。

（2）軟件部分。采用了DCOM、Java、J2EE進行編寫，支持Unix、Linux、Windows等主流操作系統，并根據需要采用B/S或C/S模式。數據庫普遍采用商用數據庫管理系統，支持oracle/Sybase/sql server/access，充分保證系統容量和計算能力。

1.2 分站部分

分站由采集終端設備及表計組成。

（1）采集終端設備，采集終端設備采用IEC870-5-102規約、CDT規約與主站通信，并支持接口規范的任何主站（圖2）。支持接入主流表計，具有以下主要功能：

1）電能量采集功能：通過RS485口，采集電能表的各種類型電能數據、總最大需量及總最大需量發生時間、瞬時量數據、失壓數據、斷相數據、考核數據（僅限東方電能表）、電表狀態字（僅限東方電能表）等。

2）歷史數據儲存功能：長久保存采集的各項數據及采集器自身生成的各項數據。

3）時鐘及校時功能：主站對鐘、當地維護對時、異常記錄性能：自身運行工況記錄（開關機時間等）、通信異常記錄、參數修改記錄、參數錯誤記錄、電能量數據錯誤記錄，所有異常記錄均可向主站傳輸。

4）通信功能：滿足DLT-645多功能電能表通信規約。

圖2 電能量采集終端工作原理

（2）表計，由5塊智能表組成關口表，用于核算上網電量，3塊智能表用于統計機組發電量，2塊智能表用于變損、2塊用于廠用電計量。表計都具有精確地分時計量三相正反向有功電能、四象限無功電能以及需量；精密實時測量三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等；監測并記錄失壓、失流、斷相等事件。

2 主站系統處理軟件功能

羅灣水電廠采用的是東方電子的DF6100軟件系統，具有開放的數據庫，方便各系統的訪問，友善的人機界面，目前實現以下功能：

（1）采用樹型結構管理和構造電廠設備，并能對定時采集方案、通道、電能量采集終端、計量點和信息體地址等參數進行實時維護。

（2）完成換表日志、旁路事件、人工追補電量、置入電量及表碼修改等引起的電量計算，實現數據一致性。

（3）實現計量點原始數據、計量點電量、考核對象電量和線損（不平衡）分析數據瀏覽與分析，并通過表格和圖形（曲線、棒圖、餅圖）顯示以供其管理部門瀏覽查詢。

（4）對水電廠用電率、變損率、發電耗水率等指標進行分析。

（5）可以針對水電廠自身的需求設置自定義報表。

3 目前使用情況

3.1 提高了工作效率

自動抄表系統替代了傳統的人工抄表，節約大量人力成本且系統的實施適應目前“遠程集控、少人值守”的趨勢，在值班人員減少的情況下保證了工作正常執行，提高了工作效率，消除了因視線環境等因素造成的人工抄表漏抄、誤算、估算等現象。

3.2 提高了企業的現代化管理水平

通過計算機對采集數據的分析處理，能實時的給相關人員提供所需要的計算數據，通過日報表能及時發現異動數據。有助于管理者及時發現問題并分析原因，并對線路及設備隱患及時處理，減少電量損失。利用機組發電和電廠上網電量進行綜合比較分析，從而實現電廠變損的準實時統計和分析，為提高電廠發電效率減低損耗提供重要技術支撐。

3.3 需要改進的地方

由于經費限制，羅灣水電廠電能量采集系統配置較為簡單，只部署了單數據服務器及單網絡，這種配置存在著可靠性不高的情況，最佳方案是采用主備2臺數據服務器、2臺采集服務器，采用主備雙網系統，避免單機故障影響系統運行。

4 運行中出現的問題及解決方法

（1）機組表無數據傳輸現象：查詢機組表實時數據不變，報表中機組數據也不改變。

分析：由于機組表是用光纖與電能量采集終端連接，需通過485光電模塊轉換，檢查發現模塊工作不正常。

處理：替換485光電模塊，數據正常。

（2）通信不正常，時通時斷

現象：采集器數據不完整或主站終端報表數據不全或錯誤。

分析1：網絡電纜布線不合理。

處理：RS485網絡電纜必須使用雙絞線，且用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，信號通道單一連續。

分析2：線路阻抗不匹配。

處理：短距離線路可以不考慮阻抗，但如果長距離則必須匹配相應線路阻抗。

分析3：現場的電磁干擾嚴重，造成一些區域電磁信號強，由于收發器有一定的共模電壓范圍，嚴重的電磁干擾會產生共模干擾，造成此范圍內數據網絡工作不正常。影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。

如圖3所示，當發送驅動器A向接收器B發送數據時，發送驅動器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個系統具有各自獨立的接地系統，存在著地電位差VGPD。那么，接收器輸入端的共模電壓VCM就會達到VCM=VOS+VGPD，超出正常工作范圍。

處理：RS485通信設備之間也需要共地，以屏蔽外界電磁干擾。

圖3 共模干擾原理圖

（3）數據庫不正常。

現象：System.Data.SqlClient.SqlException: 在建立與服務器的連接時出錯。

分析：由于電腦死機強制啟動，懷疑SQL服務沒啟動。

處理：啟動SQL Server配置管理器。

展開SQL Server 2005網絡配置。

選擇“MSSQLSERVER協議”；

右鍵單擊 TCP/IP，并選擇“啟用”；

選擇“SQL Server 2005服務”；

右鍵單擊SQL Server (MSSQLSERVER)，并選擇“重新啟動”。

（4）新換的表無數據。

現象：無法獲取到新表數據，查看通信狀態為斷。

分析：電能量采集終端中根據電能表地址訪問電能表，只有地址有且正確才能通信正常。

處理：把表上的地址準確輸入到電能量采集終端。

5 結束語

羅灣水電廠電能量采集系統改造后投入運行已有1年多，目前使用情況表明，該系統具備有良好的人機界面、功能全面、運行人員使用簡單，能滿足羅灣水電廠“無人值班（少人值守）”的要求。電能量采集系統的成功改造，使羅灣水電廠管理與決策能力得到進一步提高。