基于計量裝置監測通信技術的研究

馮霞山

（廣東電網有限責任公司湛江供電局，廣東湛江，524000）

1 研究背景

目前湛江供電局現有在運行的專變計量裝置(專變表箱）達21000多套，數量多、運維任務重，且竊電、小動物進入、損壞、短路燒毀等現象時有發生，這類問題一旦發生，對供電部門和用電戶造成嚴重的經濟損失，計量裝置缺乏非計量功能的預警、監測及控制功能。專變計量裝置具有計量，部分具有售電功能：本地計量、遠程抄表、本地售電、低費報警、欠費跳閘、繳費合閘、開門報警等；缺乏非計量功能的預警、監測及控制功能。近年來，隨著智能感知技術的不斷創新發展，國家電網公司做了一些挖掘計量設備非計量功能的嘗試和創新工作，具有很好的借鑒意義。結合實際情況，本項目將智能感知技術應用在專變計量裝置中，使設備具有非計量相關的預警、監測和控制功能，具體包含:1)人為或異常開門時發送告警信息至運維人員；2）小動物闖入具有本地蜂鳴和遠程信息告警；3）計量裝置內部異常高溫（75℃）或有煙霧時具有本地蜂鳴和遠程信息告警；4）計量裝置內部極端高溫（100℃）或煙霧較重時將控制開關跳閘，防止情況進一步惡化[1]。

2 智能專變計量裝置原理

系統主要利用智能鎖具、煙霧、位移（振動）、溫度及濕度傳感與通信技術、開關電器遠程控制分斷技術以及專變計量裝置制造技術。該計量裝置安裝有智能感知元件、通信模塊和可遠程控制分斷的開關電器，能夠監測開門、小動物破壞、火宅煙霧、高溫高濕等異常情況；系統通信模塊單元通過RS485與智能感知元件通訊，并更加感知元件的數據信息判斷計量裝置所處的環境是否異常，并將異常情況告知運維人員，并在危險情況下控制開關電器斷開，切斷電源。如圖1所示。

圖1 智能專變計量裝置原理圖

智能專變計量裝置通過煙霧傳感器、振動傳感器與溫濕度傳感器，實時對裝置內部煙霧情況、振動情況以及溫度與濕度等參數進行監測，并通過通訊模塊發送至控制器，使得運維人員可以實時得知計量裝置的情況；同時，通過對計量裝置受損時的環境數據值進行計算，得到預設報警值，使得控制器更準確的對實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值是否會對計量裝置造成損害進行判斷，可以提高預警的準確性，減少誤報警的情況。智能感知元件采用直流12VDC電源，通過通訊單元或外部加裝直流電源的方式提供。每種智能感知元件的通信均為RS485，通信議采用DL645或MODBUS，通信單元以高頻的速率抄讀智能感知元件的感知信息來分析當前所處環境狀態[2]。

智能專變計量裝置采用智能鎖具，密碼開鎖或刷卡開鎖，異常告警通過RS485與通信模塊通信；煙霧傳感計量裝置安裝在計量裝置箱體頂部，采用光電感煙火災探測方式，報警信號以RS485通信方式輸出；位移傳感器安裝于箱體底部，當有小動物闖入時，感知到位移變化，位移變化超過3mm時（或通過試驗獲取1kg物體位于底部時的位移變化數據）輸出報警信息以RS485方式輸出；溫濕度傳感器安裝在計量裝置箱體的中間靠近內部發熱嚴重的位置（開關連接處），溫濕度信息同樣以RS485通信方式輸出；系統經過反復驗證，獲取發生報警和控制開關電器跳閘的閥值條件，設計時，既要避免誤報警和誤跳閘，也要確保該報警和跳閘時動作。通信模塊在獲取到智能鎖具、煙霧傳感及溫濕度傳感的信息后，需要根據信息做出判斷并發送相關的預警給運維人員和本地告警，當現場環境到達異常嚴重時，控制進線的開關電器切斷電源。

3 關鍵技術研究

3.1 專變箱體環境數據監測

計量裝置受損時的環境數據值可以是專變箱體內部的電器元件、電線電纜等發生有效損害時的環境測量數據值，而預設報警值由計量裝置受損時的環境數據值計算得到，控制器可以更準確的對實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值作出反應，減少誤報警或誤跳閘等情況。

控制器實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值與預設報警值比對之后，通過顯示屏、報警裝置等輸出比對結果，運維人員通過顯示屏、報警裝置獲取比對結果當實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值三種其中一種大于預設報警值時，蜂鳴報警器、燈光報警器等報警器會發出報警信息，方便運維人員及時得知當前的實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值可能出現異常的情況。控制器利用內部儲存運維人員的聯系方式同步直接向運維人員發送短信進行提醒。

在實時煙霧感應值、實時振動感應值以及實時溫濕度感應值與預設報警值（提前設定）的比對結果顯示到達嚴重異常程度時，控制器直接控制計量裝置的電源開關，例如預設報警值中溫度為80℃，預設程度值為20℃，也即當實時溫濕度感應值中溫度超過100℃時，則此時實時溫濕度感應值與預設報警值的比對結果超過了預設程度值。經過試驗論證，預設報警值為計量裝置受損時的環境數據值的90%。假設電纜的耐受溫度為100℃，則在溫濕度傳感器感應到裝置1內溫度為90℃時，則判斷當前實時溫濕度感應值大于預設報警值，進而控制器可以通過發出報警信息等方式通知運維人員提前處理，減少計量裝置損害。預設報警值可以根據計量裝置受損時的環境數據值進行多次預警，例如在預設報警值到達計量裝置受損時的環境數據值60%、80%等情況下，分別進行預警[3]。

3.2 通信技術應用

各個傳感器的感應數據采用RS485方式與通信模塊進行實時通信，通信協議采用DL645或MODBUS模式。系統通過通信模塊，解析傳感器的數據信息，實現對計量表箱異常狀態的遠程告警；獲取試驗數據，提出一套異常報警機制和控制開關電器分斷的策略。通信模塊高頻抄讀數據并分析，當檢測數據與累計時間達到設定閾值時，以短信方式告知運維人員：（1）非法開鎖（非密碼或刷卡開鎖下的強行開鎖）告警；（2）高煙霧、高溫高濕持續一段時間后告警；（3）振動傳感器檢測到持續振動后告警。總體是當檢測到非法開鎖、較長時間的劇烈煙霧、高溫高濕與劇烈振動等現象發生時，通信模塊輸出控制接點使計量裝置內的負荷開關分勵脫扣器動作，開關跳閘，避免事故擴大[4]。

圖2 通信模塊功能實現

智能鎖具及各傳感設備通過RS485通信方式與通信模塊通信，需要協調各設備的廠家按照相同的通信協議生產，從而保持通信數據一致性，便于通信模塊的功能擴展和開發。

4 系統應用效果分析

系統的應用減少了計量裝置的損失，減少成本投資。目前湛江局有21000臺專變計量裝置，減少0.5%損失率，按每臺4000元，每年約降低投資42萬左右。有效防范了竊電和故障造成的電量損失。系統裝置通過提前預警，防范用戶竊電，按防范5戶/年來計算，可追回電量100多萬kW.h電量；通過裝置的信息及時反饋（如小動物、火災等)，每年可減少計量故障電量200萬kW.h電量。提高了運維工作人員的日常運維工作效率。每年可以減少1/6的維護量，每年約降低人力、車輛資源投資50萬。可以遠程短信通知用戶用電情況，具有可拓展高級功能。

5 結論

專變計量裝置具有非計量相關的預警、監測和控制功能：通過智能鎖具，防止專變計量裝置被非法入侵，并監測門節點狀態；通過煙霧、位移、溫度及濕度傳感實現對計量裝置所處環境的監測，實現對用電大客戶端設備狀態的感知；通過通信模塊，解析傳感器的數據信息，實現專變計量裝置異常狀態下遠程與本地非計量功能的報警以及在危險環境下控制開關電器斷開，切斷電源。智能專變計量裝置適用于任何專變用電場景，包括高供低計和高供高計的計量及費控場合，尤其適用于地處偏遠、安裝環境惡劣，容易有小動物闖入或具有高竊電風險的用電場合。智能專變計量裝置的應用能夠提升專變用電客戶的服務水平和響應速度，并在一定程度上預防電氣火災，對減少運維班組工作量，提升客戶用電體驗具有積極意義。