電能表檢定數據監控系統設計

楊菲

(西安鐵路職業技術學院，陜西西安，710026)

0 引言

電能表作為我國法制的電能管理計量器具，也是一種用于電能貿易結算的計量器具，它的準確性、可靠性對于保護用戶和電力企業的利益至關重要。近些年，國家實施電能分戶計量與分段計價之后，電能表的可靠性直接關系到普通大眾的切身利益，所以對電能表的檢定就顯得尤為重要。智能電能表在出廠銷售前需由廠家和檢定單位進行計量檢定，屬于國家強制檢定項目，合格后方可安裝入戶。在使用過程中也需要進行定時檢定。目前，首次檢定工作都是由各檢定單位與部門通過授權的方式對安裝式電能表進行自我檢定。并且部分地區對電能表的檢定已經實現了平臺一體化[6]。但檢定單位的檢定數據與檢定結果缺乏行之有效的監管機制。

本文中設計的電能表檢定數據監控系統，其功能在于掌握檢定部門工作情況并實現有效監管，防止檢定軟件數據作弊。通過及時發現并記錄作弊證據，為行政部門復核提供技術支撐與數據依據。同時記錄并存儲電能表檢定的相關信息和數據，以備有關單位進行進一步的監督和查詢。

1 電能表檢定

電能表主要用于計量用電用戶的所用電能，便于供電企業進行抄表、收費等工作。近些年廣泛應用的智能電能表由測量單元、數據處理單元、通信單元等組成，具有電能計量、數據處理、實時檢測、自動控制、信息交互等多種實用功能。我國國內多地電力部門逐漸推廣分時段多費率智能式電能表，對用戶所用電量進行分時計費，是我國現代智能電網中的關鍵工具。智能電能表是在電子式電能表的基礎上發展而來的，通過實時采樣的方法收集用戶用電電壓和電流信息，經過處理后轉換為脈沖輸出，利用單片機對脈沖輸出進行處理顯示為電量數據。同時能夠及時將用戶用電狀況反饋給供電部門，從而提高供電穩定性和用電體驗。其中，電能表本身的精度對電能計量的準確性有著非常重要的影響。為保證智能電能表能夠準確、精準地工作，真實反映用戶用電數據，供電企業提供的用于貿易結算的電能表必須經檢定合格后方可為用戶安裝，且檢定應在不開啟出廠鉛封的情況下運行。電能表統一檢定既是政府的要求，也是確保電能表質量、維護消費者權益的一項重要技術措施。

電能表檢定過程中，需在標準檢定條件（標準溫度、額定電壓、額定頻率等）下，按照接線圖要求，對被檢電能表的基本誤差、起動、潛動、工頻耐壓。常用檢定方法為標準電能表法。標準電能表法使用檢定裝置內部配備的高精準度的標準電能表作為主標準器測量裝置實際輸出的電能值，同時使用被檢設備測量檢定裝置所屬出的電能值。誤差計算器接收標準電能表和被檢電能表所測得電能脈沖數，依據兩者的電能常數計算標準電能值和被檢電能表所測電能值，比較得到被檢電能表電能誤差，并評定測量精度的標準偏差估計值。

電能表檢定工作，應由國家質檢局對檢定過程統一監督。而在某區域的電能表檢定中，并不由質量技術監督局直接進行檢定工作，是由該地區的質量技術監督局對該地區電科院進行授權，使其具有計量授權功能，由電科院執行電能表具體檢定工作，而質監局定期對電科院的檢定工作進行督查，由此提高電能表檢定效率與質量。對于電能表的計量準確度、規范性，應執行國家質量技術監督局頒布的電子式電能表法定計量檢定規程進行，規程中對檢定過程、檢定方法、檢定條件、檢定內容都由嚴格的規定，從而保證不同地市、不同單位在計量檢定工作中所執行的標準明確而統一。然而目前質監局對檢定單位的監管工作依賴與檢定單位所提交的檢定報告，而對檢定過程及相關數據缺乏統一有效的監管方式，難以進行數據溯源與核查。本文意在設計一種基于大數據分析的電能表檢定數據監控系統，使得監管部門能夠掌握檢定部門檢定工作狀況和檢定數據，從而有效監督并及時進行數據復核。

2 電能表檢定數據監控方案

初步設計的電能表檢定數據監控方案如下圖1所示意，主要由終端電能表檢定實驗室與檢定裝置、數據傳輸網絡、遠端電能表檢定數據監控中心三個部分組成。

圖1 電能表檢定數據監控系統示意圖

通常，檢定部門的一個電能表檢定實驗室內有多臺電能表檢定裝置同時或分時進行大批量電能表的檢定工作，隨之產生大量的電能表檢定數據通過計算機處理后生成檢定報告。若依靠人工進行監管需要消耗大量時間和精力，且難以實現對檢定數據的實時監督與隨時調取，給電能表檢定數據監管工作帶來很大困難，檢定工作過程中有可能產生漏洞。針對這個問題，本方案的初步構想即通過網絡遠程收集各地電能表檢定裝置原始檢定數據，并在遠端監控中心對數據進行分析、監控與保存，從而實現對電能表檢定工作的有效監管。

如圖1電能表檢定數據監控方案示意圖所示，檢定裝置將電能表檢定原始數據通過RS232串口通訊至檢定所用計算機，在實驗室檢定計算機內增加數據監控軟件后，可在檢定工作進行的同時獲取原始檢定數據并編碼上傳至實驗室內的小型服務器（詳見第三部分），實現檢定數據的短期存儲和定時通信。質量監督管理部門中設置電能表檢定遠程數據監控中心，監控中心服務器與檢定實驗室服務器通過互聯網傳輸檢定數據。實驗室服務器實時上傳實驗室內電能表檢定數據至監控中心，利用計算機進行大數據分析對比，及時發現異常數據。并且在實驗室服務器內可存儲短期內（一個月）的檢定數據。監控中心服務器在實現接收并存儲檢定數據功能的同時，數據監控人員可通過計算機控制服務器調取過去一個月中任意指定電能表的檢定數據、復現檢定證書。從而實現監管部門對檢定數據的定期核查，保證電能表檢定數據的客觀準確性，達到有效監督的目的。

3 終端實驗室數據監控計劃

終端實驗室的單臺電能表檢定裝置具有多個檢表位，可同時對多塊同型號規格的電能表進行檢定。檢定人員需要先手動將被檢表的生產廠家、型號規格、出廠編號等基本信息錄入檢定計算機。檢定裝置控制程控電壓/電流源輸出測試電壓、電流、幅值、頻率、相位等。在電能表檢定規程規定的負載點，三相電壓與電流信號分別加至標準電能表與被試電能表。標準表提供作為測試標準的電能信息與標準脈沖數，被試電能表獨立計算并輸出測試脈沖。誤差計算模塊分別接受標準表的標準脈沖與被檢表輸出的測試脈沖，通過比較計算得出被檢表的基本誤差原始數據。電能表檢定臺體上的誤差顯示器實時顯示各表位的誤差信息。檢定過程中需要多次檢定，獲取原始誤差數據，再由計算機進行數據處理取平均值、計算最終誤差，提高檢定精度。除此之外，檢定結果也與電能表安裝精度、操作人員熟練程度、設備預熱時間、檢定設備的性能、檢定方法、實驗室周圍環境等多種因素存在著密切關系。實際檢定工作中，需要嚴格依照規程，加強環節控制，切實又下提高檢定精確度，避免操作不當等人為因素干擾電能表檢定工作的準確性。

圖2 終端實驗室數據監控方案

檢定裝置與計算機之間采用RS232串口通訊原始檢定數據，計算機內安裝的電能表檢定軟件對檢定裝置上傳的被檢電能表原始誤差數據進行平均、化整等處理得到最終檢定數據并生成檢定報告。即檢定過程原始數據僅在單臺檢定裝置于檢定計算機之間進行通信，輸出數據僅為最終檢定結果，如果使用計算機軟件修訂檢定最終數據，檢定過程中有可能出現監管漏洞。

本文所設計的電能表檢定數據監控系統中的末端實驗室監控裝置只需對電能表檢定裝置附加監控，而無需對檢定裝置臺體（包括標準電能表）進行改動。僅需在電能表檢定所用的計算機內加裝數據監控軟件，在電能表檢定工作過程中實時獲取原始檢定數據（而非計算機檢定軟件處理后的結果數據）。由于RS232通訊具有獨占性，硬件方面還需要增加RS232分線裝置，將檢定裝置上傳至檢定軟件的數據同時上傳至數據監控軟件內，實現對電能表檢定原始數據的獲取。另一方面，數據監控軟件也需從檢定數據存儲空間調取人工輸入的被檢表基本信息。由于電能表檢定裝置生產廠家較多，而各個廠家對其裝置上傳的原始數據編碼方式不盡相同。數據監控軟件需要能夠有效識別原始數據并進行解碼，再對電能表基本信息與原始檢定數據按照指定方式進行重新編碼與存儲。最終將數據上傳至實驗室內服務器，實現數據分析與存儲。

實驗室內設置終端服務器用以實時獲取各臺計算機所上傳的數據，對一個月內的檢定數據進行短期存儲并上傳至遠端數據監控中心。在接到遠端數據監控中心調取某電能表檢定數據的命令時，能夠迅速查找并上傳該電能表的原始檢定數據至遠端數據監控中心，以備查驗，從而實現對電能表檢定工作過程的高效監管和追溯。

4 應用前景

目前，電能表檢定工作具有分散性大的特點。各級檢定部門均在從事電能表檢定工作，但各檢定單位之間數據信息相對獨立，監管部門僅能通過抽查極個別電能表檢定結果報告來開展核查工作，難以實現有效監督。通過集中建立電能表檢定數據監控系統，能夠同步收集各地實驗室原始檢定數據，可在監控中心有效監督與復查一段時間內的電能表檢定情況。從而掌握各檢定部門的基本檢定工作情況，提高監管電能表檢定數據的可信度。同時，上級管理部門也可遠程調取電能表檢定信息，了解檢定部門工作狀態。

5 結論

根據操作規范和流程，電能表檢定需要執行嚴格的操作，保證電能表檢定結果的準確性，確保電能表檢定工作順利進行，取得理想的效果。為了提高電能表檢定工作的規范程度，加強監管力度，預防檢定過程中可能出現的軟件數據修改作弊等違規行為，本文提出了一種針對智能電能表檢定過程中檢定原始數據實施監控的初步方案。通過檢定計算機內安裝監控軟件獨立獲取電能表檢定原始數據；在實驗室內設置服務器實現數據的存儲與上傳；建立監控中心實施遠程數據調取與證書復現等監管。該方案可有效監督檢定部門日常電能表檢定工作，杜絕可能出現的數據作弊等行為。