毕业设计（论文）-10kV新建小区电能计量及远程数据系统工程初步设计.doc

昆明理工大学成人高等教育 毕 业 设 计（论文）10kV新建小区电能计量及远程数据系统工程初步设计姓 名： 张俊银 学 号： 1342530140167 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2013级 学习形式： 函授 夜大 脱产 学习层次：高起本 专升本 高起专 函 授 站： 昆明理工大学 目 录目录2摘 要31.绪论41.1 引言41.2 我国发展现状41.3 主要研究内容61.4 设计思路62.负荷计算62.1 概述62.2 电源供电系统构架72.3负荷电流计算82.3.1.住宅小区住户照明用电负荷计算方法82.3.2其它负荷计算方法92.3.3 详细负荷计算102.4变压器容量选择152.5计量装置选配182.5.1高压侧计量点负荷电流计算182.5.2低压侧考核计量点负荷电流计算183.远程计量系统的原理193.1远程计量系统的组成193.2远程计量的现状及其特点 203.3各信号通道的结构213.3.1负控终端223.3.2配变集抄终端223.4远程计量系统的构成234.无功补偿与电能计量244.1无功补偿的配置244.2无功补偿原理图254.3无功补偿与无功计量的意义264.3.1提供输配电设备利用率264.3.2降低电压损失，提高末端电压水平264.3.3降低线路损耗264.3.4减少电费支出274.4加强对无功补偿设备的管理304.5无功补偿装置与计量终端的安装要求314.5.1信号衰减原理314.5.2计量远程终端安装要求325.系统调试336.系统常见问题及排查方法346.1负控终端异常问题排查346.2现场集抄终端维护及故障排查38总结与体会42致 谢43参考文献44摘 要 目前国内远程抄表及数据的采集形式主要有专线专户负控终端、厂站终端、集抄终端、配变终端+电能表的组合方式实现远程数据集中系统控制，系统性的研究设计新建小区实现远程数据大集中，不仅解决各种数据在线实时监控，还可以为电力企业解决抄表及电能表运维带来的繁重体力劳动。从而大大降低人工作业的频率，为电力营销带来新的发展空间。 传统的抄表及运维方式是人工登门抄表，人工核算，人工收费，带来的是手续繁琐，统计工作量大，抄表不准确等问题。随着人们生活质量的提高，以及建设部关于建立全国住宅小区智能化技术示范工程文件的下发，抄表方式从人工及IC卡预付费逐渐向远程自动抄表费控方式转变。在行业信息化过程之中，户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义。本设计着重介绍新建小区高、低压计量装置实现远程数据的硬件配置提出技术要求及解决方法。关键词：新建，小区，抄表，远程数据 Pick to The current domestic remote meter reading and data collection forms are mainly negative control, station terminal, terminal line only door set copy terminals, with terminal + watt-hour meter changeable combination to realize remote data centralized system control, systemic study design of the new district to realize remote data centralization, not only solve all kinds of data online real-time monitoring, can also solve the meter reading for the electric power enterprise and watt-hour meter operations with numerous hard physical labor. To reduce the frequency of the artificial operation, bring new development space for the electric power marketing. The traditional meter reading and the operational way is the artificial meter reading, visit the artificial calculation, artificial fee, is cumbersome, big workload statistics, meter reading problem such as inaccurate. With the improvement of peoples living quality, as well as the ministry of construction on establishing a national residential intelligent technology demonstration project documents issued, from manual meter reading mode and IC card prepaid gradually to the remote automatic meter reading fee charged with change of the pattern. In industry informatization process, door automatic cc table data is of great significance. This design introduced new district high and low pressure metering device to realize remote data hardware configuration technical requirements and solutions are put forward. Key words: new, village, meter reading, remote data1.绪论 1.1引言 近几年来，在电力系统开发自动化的脚步越来越快，特别是1998年-2002年一二期农村电网改造后，随着城乡电网实现一体化发展，使电力系统的各种工作加重，管理难度越来越大，工作人员工作量加大等一系列问题重重来袭。电力系统对实现自动化的期望越来越强，不断涌现一些电力企业+科研院所研究关于电力系统的自动化科研课题。对电力系统自动化的总体结构、系统功能、系统适用性、可操作性等方面提出了需求，特别是电力营销自动化业务系统，对系统相关业务（营销、计量、业务、电费、用监）的数据交互也提出了更高要求。 对用户侧各种数据远程进行实时监控，开展用户有序用电、预购电、防窃电等业务，为营销系统与用电信息采集系统提供相关数据支撑，对用户的采集数据进行分析和统计非常重要。对研发支持南方公司各项传输规约以及目前省内所有终端的数据传输规约，本系统支持光纤专网、无线公网（GPRS/CDMA）、230MHz无线专网等通信方式、系统支持电力公司现有的所有电能表通讯规约的远程电能表数系统也是势在必行的重要任务。本着逐步改造老用户，把好新建用户的自动化远程数据及抄表工作建设是每个电力企业不可推卸的责任。 1.2我国发展现状抄表机是1985年以后才在我国开始流行起来的新名词，当年前能源部组派的访美供电考察团在他们所到过的尼亚加拉一莫哈克、休斯敦、达拉斯、洛杉矶、南加利福尼亚等地都看到了用抄表微机抄表，取消了原有的手抄写和光电输入计算机的落后方式并废弃了抄表卡簿，促进了用户信息系统的发展。1986年我同各地电力基层电力营销管理部门开始试用抄表机来解决因用户数量迅速增加及电价日益复杂引起的抄表、计算机管理人手严重不足的矛盾；并且在其它领域的应用也有所尝试。上海木材公司于1987年进口一批美国MSI公司的PDII抄表微机，用于码头上圆木的清点入库管理工作；国内某供电公司也进口了一小批PD-IIT型抄表微机，试用于用户用电量的抄表工作。国内对进口抄表微机的试用，发现不能完全适应我国的抄表需要，主要原因是： (1)引进的抄表微机都只能作57点阵西文字符显示，不能显示汉字信息，不便于我国现场抄表工作。(2)引进的抄表微机绝大部分抄表程序及格式均固化于ROM中，这在国外电价项目及类别固定的情况是适用的。而我国在20世纪80年代末期正处于经济改革阶段，不但电价项目与类别经常改变，而且电力营销管理的体制和方式也在逐渐变革中。因此，采用固化于ROM中的抄表程序和格式就很不放便了。(3)引进的设备功能复杂，体积较大，不便于现场操作。(4)国外产品价格较贵，例如ITRON的DATACAPH每台售价2000美元，在国内难以普及推广。我国自1986年开始自行研制并推广抄表机的应用。在此后的七八年中，由于抄表机与纸卡抄表相比具有明显的优势，国内对抄表机的需求大幅度增加，抄表机在这期间获得了迅速的推广。准确的计量用电关系到用电户和电力公司双方的利益，因而越来越受到重视。特别是在城乡电网改造实现“一户一表”后，抄表的数量和工作量爆炸性增长，电力信息系统的建设和完善愈显重要，这一切都为无线抄表系统的发展提供了有利的外部环境。随着科学技术的不断发展，社会生产生活的日益繁荣，传统的人工抄表正在逐渐的被无线手持抄表系统所替代，这也正是国内外一种普遍的发展趋势。无线抄表系统比之传统的老式抄表方式有许多优点，弥补了人工抄表的不方便、工作量低下以及供电部门管理困难、效率低的弊端。无线抄表技术从研发到应用于实际不过区区光阴，目前社会上从事无线抄表系统研发和生产的企业非常之多。无线抄表系统的巨大优越性已被社会和人们广泛认同。随着我国现代化进程的不断加快，无线抄表技术在城市建设和规划，智能楼宇，大型厂矿中得到了普遍应用和推广。相信在不远的将来，这一新型技术也一定会被在广大的农村得到普及，真正为基层电力部门和电力工作者带去效益和便利！无线抄表系统可以在一定距离内无线收发数据，误码率低，它是由电能控制板和手持终端板构成，一个控制板可以读取多个电能表的数据，手持终端版可以基于不同技术目前，主流的无线抄表系统主要有基于GPRS技术的无线抄表系统、基于Zigbee技术的无线抄表系统、基于DSP的无线抄表系统、基于GSM模块的无线抄表系统、基于蓝牙技术的无线抄表系统以及基于各种无线通信芯片和载波集抄+微网的抄表系统2。 1.3 主要研究内容便于新建小区今后的入网管理工作，本课题将研究新建小区电能计量装置远程数据及抄表的硬件设施规划设计全面的整套方案，极大的提高了新建小区后期接收入网的快捷性。首先，对新建小区高低压计量装置的配置等进行技术性研究，计算一整套符合小区负荷增长的技术性书面文件，进行详细计算说明 。然后，根据所计算的负荷值对高低压计量装置进行配置相应符合当前计量装置远程数据及抄表的硬件设备，为下一步移交管理打好基础。其次，对计量装置相关配置的附属设备提出技术要求，尽可能将影响计量装置正常运行的因数进行技术分析，并提出解决办法等。并对一整套的系统性调试、如何保证系统的可靠性等进行一一的书面分析。最后，对推行此新系统后以往做比对，总结新技术、新系统带来的社会、经济效应。提出系统常见问题的维护处理方法。1.4设计思路 以客户提供的负荷清单，作为计算负荷容量的依据，设计范围仅限于高、低压计量装置、互感器电流变比配置计算及远程数据系统的研究，并配置相应的计量装置满足本小区计量负荷模块。负荷清单附后，附件2-1。 小区的高低压均装设计量装置，并加装远程数据管理终端，高压计量装置配置多功能电能表及负荷控制管理终端，低压计量装置配置配多功能电能表及变计量终端，户表采用单相电子式载波电能表， 其中高压计量装置和户表作为用户贸易结算计费依据，低压计量装置及配变计量终端作为低压线损考核、户表数据采集及抄表的配套设备使用，按照正常运行的标准在施工时一次性完成所有远程数据及抄表系统硬件设施的安装工作，作为验收投运的基本要求，以及后期运行维护中常见问题的解决方法。 2.负荷电流计算2.1 概述 本小区总建设面积82110.4，有11层住宅楼10栋,624户，配置负荷4205.5kW,按照负荷同时率0.6计算，实际配置总负荷2523.3kW，安装变压器3台，1000kVA2,800kVA1，共计2800kVA方能满足本小区用电负荷，总负荷率90.12%，最大程度节约供电运行成本。2.2 电源供电系统构架小区位于城市主城区内，高压电源即由附近10kV配网线路接引，再由高压电缆输送至小区负荷中心。近些年来，为了保证供电质量和供电可靠性，某些小区高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计中的小区来说，参考城市电力网规划设计导则相关规定：1.重要用户除正常供电电源外，应有备用电源。对于需要连续不间断供电的重要用户，除了供电部门提供的电源外，用户还应自备保安电源并具备零秒启动功能。2.双电源用户一般采用一路电源供电、一路电源备用的供电方式。一般不采用专线供电方式。在正常情况下，用户的10千伏侧不能并列运行。3.双电源用户必须与电网调度部门签定调度协议，并按照调度命令执行操作。4.双电源或多电源用户（包括使用自备发电机用户）应采用可靠的技术措施，在任何情况下都不得向电网反送电。5.10层至18层的非住宅建筑及19层以上的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑，除正常供电电源外，应有备用电源。本设计中的小区用电面积不大，而且并不符合以上规定中重要用户的标准，因此，只允许接入一回路高压电源。如有需要，可以对电梯、消防设施自备应急电源，但应急电源与工作电源之间必须采取措施，防止并列运行对10kV供电网络造成反送电事故。应急电源的设置需经供电部门审查同意后方能接入。2.3计算负荷电流 随着现在社会经济的快速发展，使人们生活水平逐步提高，在一些家庭，家用电器不断增多，快捷方便、干净卫生的电力能源正在或逐步取代其它能源。尤其是高耗能的空调、电冰箱、电热水器、电炊具、蓄热式电热器、电茶壶、音响设备、豪华吊灯等已非常普遍，拥有23个空调、彩电、电冰箱的家庭更是屡见不鲜，并有大量增长的趋势，电力能源的高消费已直面向我们扑来。所以，在对居民住宅小区的供电设计时要本着超前计划的原则，为即将增添的用电设备留有一定的负荷余地。这样，才能免使我们不间断的更新供电设备，减少不必要的重复投资和频繁的变更给用户带来用电上的不便。根据住宅电气设计规范、南方电网公司住宅负荷配置典型设计标准的有关规定和要求，居民小区的每户供电能力至少要达到410kW。以此考虑，住宅小区在电气设计时，户住房面积在100m2及以下的，设计容量应为4kW左右；住户住房面积在100m2以上的，设计容量应为6kW左右。 所以居民小区的负荷测算为：小户估算为每户4kW，大户估算为每户6kW。2.3.1.住宅小区住户照明用电负荷计算方法：简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：1.单位指标法 应用单位指标法确定计算负荷Pjs(适用于照明及家用电负荷)，即： Pjs=PeiNi1000(kW) 式中Pei单位用电指标，如：W/户(不同户型的用电指标不同)，由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用 Ni单位数量，如户数(对应不同面积户型的户数) 应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷(PM)。PM=Pjs(式中同时系数，值按照住户数量多寡不同取不同的数值：一般情况下，用户数量在25100户的取0.6；用户数量在101200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35。)2.单位面积法按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下： PM=PedS 式中PM实际最大负荷，kW Ped单位面积计算负荷，W/m2 S小区总面积，m2 同时系数，取值范围同上 2.3.2.其它负荷计算方法：根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。本小区以小高层为主，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷(供生活及消防用水)，以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19：0022：00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：0022：00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。其它负荷计算方法为： 1.电梯： PD=PDiD。 式中PD电梯实际最大总负荷，kW PDi单部电梯负荷，kW D多部电梯运行时的同时系数(取值范围见下表) 电梯同时系数一览表 电梯台数 1 2 3 4 5 6 10 同时系数 1 0.91 0.85 0.8 0.76 0.72 0.48 2.二次加压水泵： PMS=PSiNSi 式中PMS二次加压水泵最大运行方式下(开泵最多的方式)的实际最大负荷 PSi各类水泵的单台最大负荷 NSi最大运行方式下各类水泵的台数 3.物业办公： PWM=PWSW 式中PWM物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷 PWS物业楼设计最大负荷，kW W物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数 4.路灯及公用照明： 按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。路灯负荷为PL(kW)。 5.住宅小区的综合最大负荷 P=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW) 2.3.3.详细负荷计算：1.居民用电负荷计算：首先按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。PM=PedS 式中PM实际最大负荷，kW Ped单位面积计算负荷，W/m2 S 每户面积，m2 同时系数， 其中单位面积计算负荷按照本市的用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从55.91 m2到129 m2左右，其中小户型居多，为方便计算，取平均值100m2，则每户负荷为：PM=40W/m2100m2=4kW再将PM作为单位指标Pei代入单位指标法公式Pjs=PeiNi (kW) ，可求出每座住宅楼的用电负荷，如下表：43 附录2-1： 荣城国际 住宅小区居民楼用电负荷统计明细表序号居民楼号总建筑面积（）楼层数单元数每单元户数总户数每种户型面积（）单户配置（kW）一户一表负荷（kW）电梯负荷（kW）其他负荷（kW）计算楼总负荷（kW）负荷同时率实际配置总负荷（kW）户数标准11#9055.81132266107.90 44639631.536463.50.6278.1129.00 22622#7501113226687.00 44430831.536375.50.6225.3114.30 22633#10578.31132266129.00 66639631.536463.50.6278.144#7572.11122040129.00 40624021166(商铺160)4270.6256.255#7501113226687.00 44430831.536375.50.6225.3114.30 22666#7501113226687.00 44430831.536375.50.6225.3114.30 22677#7884.611（9+11+11）3（18+22+22）62107.90 40637431.540445.50.6267.3129.00 22688#6942111666655.91 22426410.56280.50.6168.374.00 22461.26 22499#8687.81132266107.90 22639631.536463.50.6278.1129.00 4461010#8886.81132060107.90 20636031.5144(商铺126)535.50.6321.3129.00 406合计82110.46243350283.55724205.50.62523.3开发商：（盖章） 统计人（签字）： 注：1.每栋楼有不同的户型，请分别填写其建筑面积及用户的负荷配置。一行写不完，向下一行顺延。2. 按照南方电网公司住宅负荷配置典型设计标准：100以下，4kW；100-150，6kW；150以上，8kW； 高档住宅另行说明。3.本楼住户与储藏室（车库）应建立一一对应关系。4.提供的本小区总规划图、各单体楼电气图、车库电气图、桥架路径图等各图纸电子版及本统计表电子版发至设计单位项目负责人邮箱。5.负荷分配为1#、3#、7#栋1号箱变1000kVA；2#、4#、5#、6#栋2号箱变1000kVA；8#、9#、10#栋3号箱变800kVA。2.其他用电负荷计算：（1）.电梯：因本工程电梯建筑均为小高层，小区规模为普通城镇住宅小区属二级负荷，不允许双电源引入，如需双电源接入的，可由用户自备发电机电源接入，在本设计中，电梯用电由用户从建筑电表下表位或配电室内自行接引低压电源。2#、3#、4#、5#、6#楼电梯负荷（每楼一台）：PD=PDiD=8kW5台电梯1 =40kW1#、9#、10#楼电梯负荷（每楼一台）：PD=PDiD=12kW3台电梯1 =36kW7#楼电梯负荷：PD=PDiD=6kW2台电梯0.91 =10.92kW8#楼电梯负荷：PD=PDiD=6kW3台电梯0.85 =15.3 kW由此可得小区电梯总负荷为：PD=30.4+36+10.92+15.3= 92.6kW（2）.物业管理中心物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、复印机等），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：PM = PedS = 40 W/m2540 m2 1000 = 21.6kW（3）其它：热力交换站、水泵房、自行车棚、地下车库热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW，水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW，此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行，按满负荷考虑用电。地下车库的用电时间主要在早晨7：008：00、中午12：0012：30、晚上5：306：00左右几个时间段，与住户用电高峰期并不重合，且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。自行车棚负荷主要为照明用电，通常单个车棚用电负荷不足1kW，可忽略不计，配电线路按最低标准配置。2.4变压器容量选择电源采用现场一级变压，10 kV变为0.4 kV(户外箱式变电站)。住宅小区负荷点多而分散，箱变分布在负荷中心，减小一次投入，降低运行成本，提高用户的用电质量。从站变到箱变的10 kV用电缆连接，各个箱变的容量由各进户单栋楼房的区域计算总负荷选定。变配电所宜靠近用电负荷中心设置。从小区物业管理方面考虑，小区变配电所应设置在小区会所或专用管理用房内。从小区的建筑特点方面考虑，即住宅群、楼栋之间间距较大，分布分散。可在小区中心会所设高压总配电房，分区、分片设低压配电房。当条件不允许时亦可设置户外箱式变电站，但应注意对小区整体环境的影响和电力变压器躁声对小区住户的影响。负荷的分配状况及变压器容量的选择如下表所示：住宅小区箱式变的配电方案及变压器容量的选择序号楼号计算负荷（kW）计算电流（A）功率因数负荷同时率实际负荷实际电流补偿后功率因数11#、3#、7#1372.52201.210.90.6823.5 1251.220.95#1箱式变选择方案1、 根据负荷计算，实际运行后负荷功率为：1372.50.6=823.5.3kW，实际负荷电流为：I=Psi/Ucos=823.5/1.7320.40.95=1251.22；2、依据有关变压器运行规范及规程中的规定，确保变压器安全、经济、可靠运行的条件，应选择1000kVA电力变压器做为#1箱式变的供电电源；3、1000kVA变压器运行负荷率为82.35%。序号楼号计算负荷（kW）计算电流（A）功率因数负荷同时率实际负荷实际电流补偿后功率因数22#、4#-6#1553.52491.50.90.6932.11416.220.95#2箱式变选择方案 1根据负荷计算，实际运行后负荷功率为：1553.50.6=932.1kW，实际负荷电流为：I=Psi/Ucos=932.1/1.7320.40.95=1416.22；2、依据有关变压器运行规范及规程中的规定，确保变压器安全、经济、可靠运行的条件，应选择1000kVA电力变压器做为#1箱式变的供电电源；3、1000kVA变压器运行负荷率为93.21%。序号楼号计算负荷（kW）计算电流（A）功率因数负荷同时率实际负荷实际电流补偿后功率因数38#、9#、10#1279.52052.06 0.90.6767.71166.43 0.95#3箱式变选择方案2、 根据负荷计算，实际运行后负荷功率为：1279.50.6=767.7kW，实际负荷电流为：I=Psi/Ucos=767.7/1.7320.40.95=166.43；2、依据有关变压器运行规范及规程中的规定，确保变压器安全、经济、可靠运行的条件，应选择800kVA电力变压器做为#1箱式变的供电电源；3、800kVA变压器运行负荷率为95.96%。如上表所示，本小区配电设计共选择3台箱式变电站工程，分别为800kVA1台，1000kVA共2台,上表中变压器实际运行负荷率不可能那么高，在此只作为模拟演算。2.5计量装置选配2.5.1高压侧计量点负荷电流计算高压侧总计量配置负荷电流计算，根据变压器总容量2800kVA（视在功率）进行计算总电流。根据计量装置管理规程（DL/T4482000）计算过程如下：配置10kV电流互感器为200/5A，准确度0.2s级；配置10kV电压互感器10/0.1kV，准确度0.2级。2.5.2低压侧考核计量点负荷电流计算 根据计量装置管理规程（DL/T4482000）2.5.2.1 1号箱变低压总电流计算根据公式1号箱变低压总计量配置0.4kV电流互感器为1500/5A，根据规程，配套互感器的表电流为31.5（6）A；,电压参数三相四线表为3380/220V，准确级根据类用户要求为不低于2.0级。2.5.2.2 2号箱变低压总电流计算根据公式2号箱变低压总计量配置0.4kV电流互感器为1500/5A，根据规程，配套互感器的表电流为31.5（6）A；,电压参数三相四线表为3380/220V，准确级根据类用户要求为不低于2.0级。2.5.2.3 3号箱变低压总电流计算根据公式3号箱变低压总计量配置0.4kV电流互感器为1200/5A，根据规程，配套互感器的表电流为31.5（6）A；,电压参数三相四线表为3380/220V，准确级根据类用户要求为不低于2.0级。3.远程计量系统的原理 3.1远程计量系统的组成系统主站站通信通道计量自动化终端：大客户负荷管理终端、配变监测计量终端、厂站电能遥测计量终端以及低压集中抄表设备（集中器、采集器） 图3-1系统以供电局的计算机抄表中心为主站，以电力变压器10kV/380V供电的每个小区为相对独立的子系统，在这些子系统中，集中器又相当于主站，电能表以及数据采集器为从站。采集器的作用是采集多个用户的电表数据，通过电力Modem的调制解调，并经22OV低压电力网用载波方式送到集中器，集中器再通过公用电话网或专用通信网(如光纤或无线电通信等)把数据传送到供电局的计算机抄表中心。3.2远程计量的现状及其特点 我国目前研究和开发的远程计量系统，主要是以厂站、负荷管理、配变和集中器为主的计量终端与远程系统通过光纤、拨号、GPRS、CDMA、GSM、SMS等通信通道进行远程通信，实现各种远程计量数据的快速交互及快速读、写功能，从而达到省时、省力方便快捷，提高电网运维及营销服务水平和自动化控制的目的。其典型的拓扑组网大致如下： 从数据传输的角度看，其组网方式有：两级纯专线组网方式、 两级混合组网方式、两级载波组网方式。 从组网拓扑的角度讲，只要在用户电能表、单元子区采集器、配变集中器采用专用信道通信，远程自动抄表系统的缆线工程量就非常大，有线专用信道的维护也有一定困难。鉴于这种情况，各科研单位和厂商都在努力做到取消单元子区采集器，实现用户电能表与配变集中器的直接低压电力线载波通信，这样就大大减少了缆线工程量，而且数据远程传输的组网拓扑与低压配电网保持一致，有利于系统的运行维护和用户数量的模数化扩展。这种拓扑要求一个用户终端，不但要实现电能计量，还要实现数据信息的编码、解码、载波收发等功能。可以构成完全基于低压电力线信道的载波电能表+配变集中器+营业站主机的组网拓扑。实践证明：目前市场上已经开发出来的窄带调制的低压载波表和配变集中器很难保证电量或控制数据的可靠传输。主要原因是低压电力线载波信道的特性随机性、时变性很大，非常地不稳定。因此，低压电力线载波技术是直接通过电力线组网的远程抄表系统进一步推广应用的瓶颈。3.3 各信号通道的结构系统构成的信号层有五层，即系统主站层、远程通信层、终端层、本地通信层和用户电表层组成（图3-2）所示，信号通道由上行通道和下行通道组成，上行通道通过系统主站层、远程通信层的通信渠道将终端与系统主站进行通信；下行通道通过系统本地通信层和用户电表层的通信渠道将终端与用户电表进行通信；上行通道通过光纤、拨号、GPRS、CDMA、GSM、SMS等通信方式负责完成计量终端和系统主站及电力营销系统间的联络；下行通道通过RS485、载波、微网Zigbee等信号传输模式负责完成用户电能表和计量终端的通信联络，两者互为共性，缺一不可，要求具备极高的通信稳定性，才能提高整个系统可靠性。所以，可以将计量终端看成是一个承上启下的信号联络在作站（中继器）。主站层远程通信层终端层本地通信层用户电表层 图3-2 在做居民小区载波远程抄表系统的技术方案设计时，应遵循三条基本原则： （1）在居民小区载波抄表的配电变压器和小区住户之间不敷设任何专用有线信道；数据的上行通道为GPRS信号，数据的下行通道传送必须使用现成的低压电力线作为数据媒介。 （2）只在配电变压器和住户地点对应安装数据的收发装置，建立起各用户电能表终端与配变集中器的直接数据链路，中间不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装置。 （3）用户电能表终端除了记录电量外，它还应该执行就地保护和远方监控功能。 3.3.1负控终端小区建设过程中，一般涉及两及电能计量，就是说按照电压等级不同分别装设计量装置，负控终端就是装设在10kV高压侧的总计量，一般以一个计量点为主，如果为多电源，则设计多个计量点。10kV高压侧总计量一般安装在产权分界点的环网柜或接火杆处，可以作为贸易结算或考核指标的依据。在新建小区中，因为负荷的特点，前期因为负荷率低，可以作为贸易结算的总计量，后期产权关系划转后可以作为考核线损的总计量。一般在小区配套建设中一次完成。安装要求有以下几点：（1） 负控终端应该具备电能计量功能，与多功能电表进行RS485通信连接，对电能表每15分钟抄表一次并进行数据存储，数据存储项目必须包括：电能表当前电压、电流、功率因数、正反向有功电量及四象限正反无功计量功能，每天96个存储冻结数值。（2） 负控终端上行通道为GPRS无线通信，与主站通信交互数据，下行通道为RS485通信与电能表通信端口连接。（3） 为保证通信成功率和可靠性，安装地点必须有足够的GPRS信号，一般要求信号强度在15以上，低于此值时，不易安装，必须采用增强信号或变更安装地点，足以让终端安装地点有较强的信号。3.3.2配变集抄终端 配变终端在新建小区中主要用来采集用户电能表各种数据，它的上行通道同样为为GPRS无线通信，下行通道为电力线载波信号传输或无线微网传输，此终端为独立设备，也可以接入485表，应该具备计量功能，只作为低压侧电量考核用，不作为计量电费的数据用。安装要求有以下几点：（1） 具备对电能表规定时点（0点）冻结存储户表数据，由于载波信号原因，不能整点（0点）冻结数据的，应具备补测数据功能，自动多次补测后通信成功率应100%，即后台主站要有完整的采集数据。（2） 终端的安装接入点必须经过严格的技术审查，尽量选择在补偿柜后端的低压总线上，以防止补偿柜电容器吸收载波信号，使载波信号剧烈衰减，造成终端接收到的信号衰减度过大而降低采集成功率。（3） 电能表与终端的安装距离不得超过出厂设置的有效距离，以防止电能表发出的载波信号衰减，造成终端信号接收率降低，影响抄表成功率。（4） 在使用载波和Zigbee微网共用采集时，Zigbee微网发射功率不得超标国家规定值，以免造成信号干扰。3.4远程计量系统主站的构成 营业主站抄算主机主要由PC机、电话线Modem及其软件构成。主要负责营业站到配电变压器集中器之间的数据指令的调制发送、解调接受及综合分析处理。另外，电话线Modem还可以将营业站用电管理主机与电费托收银行联机。 PC微机主要完成用户用电数据的采集，送电能表参数、用电信息、欠费警告及断电控制，不安全和违章用电监视报警，用户用电管理及查询，报表输出等功能。 其中，用电采集程序可以进行定时统抄、不定时统抄及单用户随时查抄；用电量可按地址统计，也可按相位统计，以便合理地调整配电变压器A、B、C三相负载的配置，使供电系统的性能发挥得更好；在电费结算时，可通过分时计费，合理定价，使负载基本恒定；电表参数、用电信息可送到用户终端，从而非常方便地修改电能表参数，显示用户的用电量及结算电费；欠费警告及断电控制功能可督促用户按时交费；不安全和违章用电监视报警功能可使用电监察人员迅速准确地维护用电秩序；日报表、月报表、年报表的形成和输出方便而快捷。 4.无功补偿与电能计量功率因数是用来衡量用电设备的用电效率的数据，参考功率因数数据对用电情况进行调整，提高电网效率启到重要作用。随着我国国民经济及科技水平的快速发展，各行各业对电能质量的要求也越来越高，特别是随着各种电子装置和精密设备的广泛应用，使得用户希望供电企业能够提供高效优质的电能。而在小区配电系统中，空调、电暖器、节能灯、电磁炉以及各种节能电器等装置的复杂性，需要补偿的无功功率也十分复杂。然而，在小区配电系统中，由于用户负荷变化的多样性，对于当下新建小区无功补偿的要求就相当高。本章节，主要这对变压器容量，对无功的就地平平衡补偿容量进行计算分析。使小区无功补偿装置经济合理的配置，对这个配电系统可靠运行启到非常重要的作用。4.1无功补偿的配置 一般来说,配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%40%，准确计算无功补偿容量比较复杂，且负荷经常变化较大，稳定性不高，精确计算出来安装补偿也无太大意义。一般设计人员以30%容量来估算，即选取配电变压器容量30%的最大补偿容量确定，也就是实际安装的无功补偿容量。 电容器补的太少，起不到多大作用，需要从网上吸收无功，功率因数会很低，计费的无功电能表要“走字”，记录正向无功；电容器补的太多，要向网上送无功，网上也是不需要的，计费的无功电能表也要“走字”，记录反向无功；供电企业在月底计算电费时，是将正向无功和反向无功加起来算作总的无功的。 供电企业一般将功率因数调整电费的标准定为0.9。若月度平均功率因数在0.9以下，就要罚款，多支出电费；若月度平均功率因数在0.9以上，就受奖励，少支出电费。对于小区而言，因为执行的是居民生活电价，所以，不执行功率因数调整电费；但是，为了提高电网用电效力和防止不必要的无功损耗，必须按照规定进行安装无功补偿装置，将变压器无功就地平衡。 要做到提高功率因数，就要使电能表的“正向”和“反向”无功均不走，或少走。因而，你的电容就要根据负荷情况随时进行调整，而且必须是自动补偿控制装置，才尽可能的做到，需要安装小容量，多路投切，补偿自动控制装置。本小区补偿容量概算见下表： 变压器编号变压器容量补偿率实际计算值1号箱变1000kVA30%300kar2号箱变1000kVA30%300kar3号箱变800kVA30%240kar4.2无功补偿原理图4.3无功补偿与无功计量的意义4.3.1提供输配电设备利用率 有功功率当线电流I和线电压U一定时，功率因数cos提高后，有功功率P就提高了。供电部门同样的变压器容量和输电线路就可向用户输送更多的有功功 率。或者说，在输送同样容量的有功功率P时，当cos提高后，变压器容量就可以相应减小，输电线路可以相应减小导线截面，降低了设备投资和投运后的运行费用。当用户设法提高负载终端功率因数后，上述利益用户也将共享。4.3.2降低电压损失，提高末端电压水平 输送功率的过程中，线路产生的电压损失为U，可用下式计算式中：P输送的有功功率，kW； Q输送的有功功率，kV； R线路导线、变压器绕组电阻，； X线路导线、变压器绕组电抗，； Ue线路额定线电压，V。由式（1）可见，电压损失包括有功部分损失（PR）及无功部分损失（QX）两部分，而且对于导线截面较大的架空线路来说，主要是无功部分损失。当采用无功补偿技术后，降低了Q，无功部分电压损失就明显降低了，从而提高了末端电压。4.3.3降低线路损耗电流在供配电线路及变压器绕组中传输过程将产生功率损耗。三相交流电输变配损耗功率P由下式计算： 式中：I线路电流，A； U线路电压，V； P输送的有功功率，k W； R每相线路电阻，。由式（2）可见，P与I的平方成正比，与cos平方成反比。所以在采取无功补偿后，电流减小了，cos提高了，可明显降低P，达到降损节电的目的。4.3.4减少电费支出 因为小区实际执行的为居民生活电价，这里只是作为设计的相关计算，为了说明无功补偿对电力系统无功计量的重要性，特别指出以下几点无功补偿相关计算：434.1减少基本电费支出根据全国供用电规则规定，变压器容量在315kVA及以上的大工业用电户均