（电气工程专业论文）远方电能计量运行监测系统研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 i 摘 要 本文从技术角度分析了电力用户窃电的方式与种类给出了相应的窃电检测方 法在此基础上研制了远方电能计量运行监测系统该系统由电能计量监测终端 集中器和监控中心三个层次组成电能计量监测终端与集中器之间的数据通讯采 用载波方式而集中器与监控中心之间的数据通讯采用 g p r s / g s m短消息方式该 系统可以有效地监测用户电能计量的故障和人为窃电并具有报警信息处理电 压电流相量图与负荷曲线显示用户电表档案管理等功能 关键词 防窃电电能计量监测系统报警 abstract the paper analyzed the sorts of electric larceny from the point of view of technology and gave the defending method of electric larceny. on the basis the remote monitoring system of electric power measuring apparatus. the remote monitoring system composed of monitoring terminals, collectors in the substations and monitoring center. the data communications between monitoring terminals and collectors are carrier wave. the data communications between monitoring center and collectors are gprs/gsm. the remote monitoring system can used to monitoring electric larceny effectively. the remote monitoring system also has the function of alarm processing, power curve display and electric power measuring apparatus manage. shen haihong (electrical engineering) directed by associate prof. zhao shuqiang key words: defending of electric larceny, electric power measuring, monitoring system, alarm 华北电力大学工程硕士学位论文 1 第一章 引言 1 . 1 课题的提出 电费是供电企业的经济命脉而电能计量是进行合理与公平电费结算的 根本保证电能是一种特殊的商品具有产供销同时完成的特点电能 的量值通过计量装置体现出来但是由于计量装置故障计量误差以及人 为窃电等因素使电能计量与实际电能消耗出现偏差甚至严重失衡从而使 供用电双方不能公平公正地进行电能贸易结算这些电能计量偏差往往 被计入供电部门的线损当中不但降低了供电企业的技术经济指标而且在 很大程度上掩盖了电能计量不准确的真相 在各种电能计量问题中人为窃电问题特别突出例如据中央电视台 第一套节目 1 9 9 8 年 1 0 月 2 1 日报道1 9 9 7年辽宁省供电部门被窃电约 1 0亿 k w h 福建省 2 0 0 3 年查处窃电 5 4 8起违章用电 1 6 5起追补电费和收取违 约金 4 8 8 . 9 万元据湖北省电力公司 2 0 0 3年统计2 0 0 3年 1 9月份全省 各地市已查出的窃电案件超过 1 . 2万起挽回经济损失 5 2 0 0多万元天津 市电力公司 2 0 0 4 年 1至 3月份查获窃电 1 8 9件追回直接经济损失 1 3 4 万余元折合电量 3 0 0多万度 从科学的综合统计分析角度看 每年大约有 38亿度电量被人白用 直接经济损失达 1 8 6 亿元目前人为窃电已成为全国性的普遍问题电 费的大量损失直接危害到国家利益制约了电力行业的可持续发展从石家 庄电业局的情况看也是如此每年因为窃电造成不明线损数值很大极大影 响到企业经济效益和用电秩序 电力用户分散在较大的地理区域内用电时间贯穿于全天仅仅依靠有 限的用电监察人员很难制止窃电行为而且很多情况下窃电行为是隐蔽 的不能由人工直观判断出来因此研制一种远方电能计量运行监测系统 依靠科学和先进的技术手段来进行电能计量的监测是非常必要的 本文研制的远方电能计量运行监测系统针对供用电双方的电能计量能 否公平公正的用于贸易结算而研究开发该监测系统可以检测电能计量装 华北电力大学工程硕士学位论文 2 置在运行过程中出现的各种类型故障计量不准确及人为窃电等情况并给 予及时的报警同时可以定时采集电压电流功率因数等相关信息这些 信息通过通讯网络传送至监控中心从而构成一个以电能计量为核心的运行 监测系统本系统的研制成功将大大提高供电部门对电能计量监管的力度 可有效防止人为窃电行为的发生维护正常的电力市场秩序另外该监测 系统还可以具有记录负荷曲线信息处理与报警用户电表档案数据管理等 功能通过扩展还可以实现大用户负荷特性监测电网谐波水平监测等功 能因此本课题的研究具有重要的实用价值并具有一定的理论意义 1 . 2 用户窃电问题的现状与分析 窃电现象国内外均广泛存在以美国为例加利福尼亚州最大的电力公 司太平洋煤气和电力公司 2 0 0 1年宣称由于面临严重的电力危机加州窃电现 象十分惊人 该公司每年被窃取的电力价值超过 1 亿美元据这家电力公司原负 责反窃电人员霍华德迫安向新闻界表示该公司每年因为窃电而遭受的经济损 失在 1 亿到 4 亿美元之间居民偷电手段多种多样包括私拉电线人为降低电 表走速等迫安还表示美国全国都存在窃电现象每年因窃电而造成的经济损 失高达 4 0 亿美元 从我国情况看多年来我国城市电网和农村电网普遍存在电能损耗大的 问题一些配电网电能损耗甚至高达 3 0 % 以上究其原因除了设计不和理 运行管理不善与设备技术水平差等原因之外一个非常重要的原因就是窃电 现象极为严重尤其是近几年以来随着我国经济体制的改变许多企业和 个体工商户通过窃电来达到减小生产或经营成本的目的使窃电现象有逐年 增加的趋势以某供电局为例据从 1 9 9 0年到 1 9 9 6年七年间的统计查获 窃电起数和追回电量万 k w h 如表 1 - 1所示 表 1 - 1 某供电局查获窃电统计 年度 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 查获起数 1 4 5 7 9 4 8 8 8 2 3 4 2 3 4 7 5 8 4 9 追会电量 4 8 1 4 0 1 2 1 3 8 6 4 9 5 6 1 0 1 6 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 3 用户窃电问题是一个长期存在的问题虽然各供电部门均投入了大量的 人力和物力进行解决但窃电现象有增无减而且窃电手段不断提高有些 地区甚至出现了公然销售窃电专用工具或传授窃电技术的现象而另一方 面供电部门有效的反窃电技术措施不足还没有能够充分利用先进的技术 手段来防止人为窃电现象的发生 电能为我国重要的能源由于经济利益的驱使采用各种技术手段进行 非法窃电的现象经常发生尤其在三相电度表计量中通过改变相序切断 相电流短接相电流反接相电流附加相电流或使用中线供电等窃电方式 时有发生采用不同窃电方法进行组合能得到数干种窃电方式一般的防 窃电技术措施可以说是防不胜防而个别单位采用游击战术与电业部门周 旋即晚上窃电白天恢复增加了监督工作的难度 在各种窃电手段中电压法和电流法窃电极为普遍电压法窃电有三相 失压也有单相失压但更为严重的是采取欠压的方法在电压法窃电中 三相失压和单相失压比较容易判别和处罚欠压就难以判断并且无法计算 损失情况改变接线方式的窃电一般是不易被注意既不破坏表计又使电 能表少计量使实际电量和计量的电量相差很大这种情况有时也会出现在 供电前或维修后对这种方式的窃电供电部门只有在发现了窃电后再测量 接线回路目前尚无在线监测的办法来长期监测这种窃电对于上述窃电方 式如果不采取更先进的技术手段监测与控制则窃电问题难以彻底杜绝 据了解目前能在反窃电和追补电量工作中使用的技术手段只有失压记录 仪可计量失压累计时间所以供电部门非常需要有一种监测仪从几个方面 监测计量回路的运行情况 综上所述不论何种窃电方式均具有一定的待殊性因此应根据用户的 用电性质结合反窃电工作采用相应的监测方法来捕获窃电行为 1 . 3 电能计量监测装置研究现状 电能计量监测与防窃电工作包括技术措施和管理措施两个方面管理措 施主要是加强用电监察力度这种方式虽然能够对人为窃电起到一定的遏止 作用但毕竟是一种被动措施作用有限而且用电监察人员劳动强度大 浪费人力和物力而采用先进的技术措施即研制并应用电能计量监测装置 华北电力大学工程硕士学位论文 4 或防窃电产品是防止人为窃电的一种主动和有效的方式特别适合当代计算 机技术和通讯技术迅速发展的趋势 传统的防窃电装置往往根据本地区的实际情况只针对一两种窃电方式 进行判别其中根据欠压失压或根据电流异常作为窃电判据的较为常见 这些防窃电装置或仪器不但功能单一而且是独立运行不利于供电部门的 统一监管和控制另外这些防窃电装置存在窃电漏判和误判断等问题运 行可靠性较低容易使供电部门在追缴电费时出现被动局面 随着电子技术通讯技术和计算机技术的迅速发展传统的防窃电措施 正在向多功能高可靠性和网络监控方向发展在提高防窃电可靠性方面 利用先进的微机数据处理功能实现对多种窃电手段的检测并通过综合分 析作出是否窃电的判断不但能监测各种人为窃电也能监测计量表计由于 自然原因而出现的故障或误差偏大在实现多功能方面不但能进行电能计 量监测还能实现电压质量监测负荷曲线绘制谐波水平监测负荷特性 测试等还可以和远程抄表负荷控制相结合 在实现网络监控方面利用先进的计算机技术和通讯技术使电能计量 监测构成网络整个网络由监测装置采集器集中器和上位机组成并形 成监控中心在监控中心的一台计算机上可以实现对多个监测装置的监视 和控制大大提高了监测效率在通讯方式上由有线载波通讯向无线通讯 方向发展特别是利用基于 gsm 无线移动短消息sms的通讯方式具有 成本低数据传输可靠性高等优点 另外监控中心计算机软件的开发也受到越来越多的重视功能强大和 界面友好的软件有利于提高工作效率与数据库技术相结合可以实现历史 数据存储与查询电能表档案管理相关信息的图形化电能质量在线分析 等充分发挥监测系统的潜能 需要指出的是近年来为了防范形形色色的窃电行为各种防窃电产品也应 运而生这些防窃电器有的已获得了国家专利部分还经历了上网运行考验但 是 这类产品大多数尚处于新技术的开发研制阶段其防窃效果还有很多不尽人 意之处而且产品说明和产品广告中有关技术方面也还缺乏一些规范的说法结 果难免产生一些误导因此有必要对电能计量监测装置或防窃电产品进行进一 步的技术研讨和实践检验 以期更好地推广应用防窃电产品减少窃电造成的电 量损失 华北电力大学工程硕士学位论文 5 1 . 4 本文主要工作 根据电能计量监测系统的发展情况和石家庄电网电能计量监测的需要 本文研制开发了针对大用户的远方电能计量运行监测系统主要工作如下 1从技术角度分析了用户窃电的类型与特点并给出相应的窃电检测 方法 2给出了远方电能计量运行监测系统的构成方案确定了系统组成 以及通讯方式 3研制了电能计量监测装置并进行了现场调试与实验实现了电 能计量自然故障和人为窃电的监测与报警 4研制了监控中心计算机应用软件该软件具有数据库管理报警 信息处理相量图与负荷曲线显示用户电表档案管理等功能 华北电力大学工程硕士学位论文 6 第二章 电能计量监测原理 本章主要分析三相四线制情况下大用户广泛采用的三相三元件有功电 能表技术窃电手段以及相应的窃电检测方法 2 . 1 常用窃电手段分析 三相三元件有功电能表由3 个单相元件组成大用户使用的三相四线制 低压交流电路通常采用三相三元件有功电能表计量有功电能不同的计量方 式有多种不同的接线其中较典型的有电流回路直接接人式和电流回路经 电流互感器接人式两种它们分别适用于不同的负荷情况一般当负荷较小 时采用电流回路直接接入法当负荷较大时采用电流回路经电流互感器 接入法现以经电流互感器接人的电能计量方式为例其正常接线如图2 - 1 所示而正常情况下的电流电压相量图则如图2 - 2 所示图2 - 1 中a b c 表示系统的三个相线n 表示系统的中线 图 2 - 1 三相四线制电能表接线 华北电力大学工程硕士学位论文 7 图 2 - 2 电流电压相量图 对于图2 - 1 所示的电能表接线和图2 - 2 所示的电流 电压相量图电能表的电 能计量公式为 tiuiuiuw cccbbbaaa )coscoscos+= 2 - 1 式中w为有功电能 a u b u c u 为系统三相电压 a i b i c i 为系统三相电流 a b c 为系统三相功率因数角 t为用户运行时间 虽然人为窃电手段繁多甚至有些窃电行为采用了高科技手段但不论 窃电手段如何变化 其基本手段都是从电能计量的基本原理入手 由式 2 - 1 可见一个电能表计量电能的多少取决于电压电流和功率因数三要素与 时间的乘积只要改变三要素中的任何一个要素就可能使电能表慢转停 转甚至反转从而达到窃电的目的另外人为改变计量表计的机械和电子 性能也会造成窃电至于各种私拉乱接无表用电的行为更属于明目张胆地 窃电 对于大用户采用的三相四线制电能表接线方式归纳起来窃电的技术 手段主要有以下5 种 1 电压法窃电 改变电能表计量电压回路的正常接线或故意造成计量电压回路开路或 华北电力大学工程硕士学位论文 8 接触不良在电压线圈回路中串联电阻等导致计量电压回路故障使电能 表的电压线圈失压或额定电压降低从而导致电能表不计或少计电量如果 使电能表的电压线圈完全或基本失去电压称为失压窃电如果使电能表的 电压线圈电压降低则称为欠压窃电 2 电流窃电法 窃电者改变电能表电流计量回路的正常接线或故意改变电流互感器变 比极性添置短路线圈或分流回路造成计量电流回路故障致使电能表 的电流线圈无电流通过或只通过部分电流从而导致电能表不计或少计电 量 3移相法窃电 根据电能表的计量原理采用不正常接线或接入与电能表线圈不对应的 电压电流使电压电流的相位错相还有的在线路中接人电感或电容 改变电能表线圈中电流电压间的正常相位关系致使电能表转速变慢甚至 反转 4扩差法窃电 通过私拆电表改变电表内部的机械或电气性能使表计误差向有利于 用户的方向变大 5分流法窃电 通过在表前分流使流过电能表的电流减小 2 . 2 电能计量监测原理 针对上述5 类窃电手段可以采用不同的防窃电方案予以检测 2 . 2 . 1 电压法窃电检测 相对来说电压法窃电检测较为容易一般根据检测到的电表三相电压 和电流作出判断如果某相电压低于电度表额定电压的7 0且至少有一相电 流大于1 5 额定电流( 由于变压器空载时的负荷电流为额定电流的51 0这 里考虑了5 的裕度) 并且这种现象连续持续一段时间则说明在没有电压的情 况下负载还在运行显然可判断为用户窃电 华北电力大学工程硕士学位论文 9 2 . 2 . 2 电流法窃电检测 三相四线制电流回路经电流互感器接入式电能计量方式下电流互感器 经常被人为开路或使二次侧短路造成电能计量损失这种窃电方式接线简 单且易于快速恢复是一种较常见的窃电手段另外当计量电流互感器 自身故障情况下( 如内部开路) 由于其外观正常用电管理人员难以察觉 同时也会使电能表少计电能造成不应有的损失甚至不法用户还通过在 电能表内安装遥控装置短接表内电流回路进行窃电目前不管是电能表 本身还是其它检测装置都无法直接检测出该种窃电方式 在经过多次理论分析和实验验证基础上本文给出了一种电流互感器开 路短路检测技术该技术可准确地判断出电流互感器开短或二次侧短路故 障这种检测技术的原理框图如图2 - 3 所示 图2 - 3 电流互感器开路短路检测示意图 检测模块的6 0 k h z 方波信号输出端串接电容后接到电流互感器k 1 端电 流互感器公共端g 与6 0 k h z 方波信号回路g 0 端接在一起x y z 分别为a b c 三相电流互感器方波信号幅值测试点z a z b z c 表示电流互感器二次回路 负载阻抗 回路正常工作时从x y z 点上测试出来的方波幅值在正常允许范围 华北电力大学工程硕士学位论文 10 之内装置不会判断为开短路故障 当电流互感器二次侧回路的任意相出 现开路或接触不良时因检测回路电气参数发生变化改变了检测回路原有 谐振工作状态从x y z 点上测试出来的方波幅值较原先正常值大1 v 以上 装置判断为电流互感器开路并启动故障记录计算损失电量 当电流互感器二次侧回路的任意相出现短路时因检测回路电气参数发 生变化改变了检测回路原有谐振工作状态从x y z 点上测试出来的方 波幅值仅为0 5 v 以下装置判断为电流互感器短路并启动故障记录计算 损失电量 实现电流互感器开路短路检测只需要在电能表内加装电流互感器开短 路检测模块即可该模块体积小对原电能表计量功能无任何影响采用此 模块后可有效防止电流法窃电同时可以为检测分流法移相法窃电奠 定良好的基础因为只有在判断出电流回路是正常的情况下才能正确判断 是否有电流错相缺相失压分流等情况的发生否则会导致误判如a 相电流互感器已经被人为短接造成进入电能表的a 相电流减少若电能表没 有电流互感器开短路检测功能则电能表会认为用电正常不予报警 2 . 2 . 3 分流法窃电检测 表前分流法窃电时由于电能仅部分通过电能表计量从而导致电能损 失这种窃电手法通常只有在用电管理人员到现场检查时才能被发现为了 增强防窃电功能的实时性有必要对此种窃电方式进行在线监测 防止表前分流法窃电可采用多种方式本文针对三相四线制经电流互感 器接入式计量方式特点给出了一种加装表前电流互感器的表前分流检测方 法实际应用时有分流检测功能的电能表接线如图2 - 4 所示 其中表前电流互感器是为了检测表前分流这一窃电方式而专门安装的 电流互感器它安装在变压器低压侧母线出口或电能计量柜低压母线人口 它能有效防止用户在表前电流互感器和计量电流互感器之间的非法用电行 为如果用户需要保护线路的距离较远即两组电流互感器间距离超过5 m 以 上时需要采用其它变流设备来保证表前电流互感器输出电流的准确可靠 这会增加防窃电成本用户可依据实际情况选用此种功能另外表前分流 也可用电量对比的方法间接检测出来 华北电力大学工程硕士学位论文 11 图2 - 4 表前分流检测原理图 2 . 2 . 4 相位异常检测 目前市场上许多防窃电产品能有效地检测出部分因接线异常造成的异 常用电但因能检测到的窃电手段较少功能单一难以满足电力部门实际 需要由于针对大用户常用的三相三元件有功电能表的窃电手段有多达上千 种各种窃电手段造成的故障现象又并不完全一致要判别出每一种窃电方 式有相当大的难度在充分考虑各种故障现象综合多种判据方案后本文 选取了一种新的故障判据相量法判据如图2 - 5 所示 相位异常常伴随窃电情况的发生正常用电情况下不会长时间出现 异常的相位利用相量分析方法分析相量图中电流电压相角之间的相 互关系如长时间相位异常可作为窃电判据 2 . 2 . 5 扩差法检测 针对用户非法开启电能表表盖改变电能表机械性能或电子性能的扩差 法窃电行为可采用多种方法应对采用防撬铅封加贴封条是可有效防止 非法开启电能表表盖的手段另外在用户非法开启电能表表盖之后对其 开盖行为作出具体时间记录以供用电管理人员参考一旦有异常开启表盖 行为发生用电管理人员即可从防窃电装置的故障记录中得到信息立即检 查计量装置接线是否异常电能表是否已遭机械损坏这一技术目前已实际 应用到防窃电产品中 如果电能表已接人防窃电网络则表盖被开启这一信息可远传至监控中 华北电力大学工程硕士学位论文 12 心及时提醒管理人员 图 2 - 5 相量法判据流程 2 . 2 . 6 网络化防窃电 华北电力大学工程硕士学位论文 13 网络化防窃电是防窃电技术发展的一个方向它具备实时性强操作方 便投入成本低性价比高的特点有利于电力管理部门快速发现窃电行为 最大限度减少电能损失 防窃电网络可以有多种方式一类是利用现有网络组网如电力负荷管 理系统它可为防窃电技术的实施提供网络平台随着电力负荷管理系统的 普及和功能可扩展性的增强将用户计量回路中的防窃电电能表接人电力负 荷管理系统并对上位机控制软件作相应处理即可实现对计量回路的在线 监测以此组成的反窃电监测报警系统实现窃电信息自动报警负控主站 或调度中心集中监视稽查部门快速捕获由于利用了已有的负控网络因 此此种防窃电方式具有较大的实用价值和推广意义同理对于已有自动 抄表系统的电力网同样可利用现有网络接人防窃电电能表组成自动抄 表和实时防窃电兼备的系统 另一类是单独组成防窃电网络采用有线组网方式时网络由防窃电装 置采集器中心集中器上位机组成这样它能通过联网方式将区内所 有的防窃电监测仪工作信息送至电力系统中心计算机由中心计算机上的监 控软件显示防窃电监测仪工作状态以达到实时监控的目的此外采用基 于 g s m无线移动短消息( s m s ) 方式组成电能计量装置故障实时监测网络系统 也是可行方案利用具有广泛发展前途的 g s m系统进行数据通信将电能计 量装置的运行情况准确及时快捷地上传到电力监控中心为电力部门打 击窃电防止窃电开辟了一条简单易行技术成熟成本低的网络技术 华北电力大学工程硕士学位论文 14 第三章 电能计量监测装置研制与系统构成 3 . 1 电能计量监测装置研制 3 . 1 . 1 监测装置硬件结构 本文研制开发的电能计量监测装置相当于远方电能计量监测系统的终 端装置它融合了多种新的防窃电技术基本土能做到满足全面彻底地防窃 电的功能要求该装置采用全封闭式结构本身具备较强的防护能力它能 有效地检阅出针对三相四线制经电流互感器接人式有功电能表的各种窃电 手段 监测装置硬件电路原理框图如图3 - 1 所示它的输入信号包括三相电压 计量电流互感器三相电流表前电流互感器三相电流以及表盖开启检测信 号 监测装置有电压和电流输入前置电路以完成对电压和电流信号的率 减并把电流信号转换成电压信号然后采样并进行a / d 转换把转换后的 数字量送入中央处理器完成计算和判断功能表盖开启检测信号是与单片 机电平兼容的数字量所以直接送入中央处理器 当电能表计量回路出现异常接线状态或电压电流数值异常时监测装 置中央处理器判别并记录异常用电起始时刻终止时刻以及异常用电的具 体方式并经报警输出模块自动报警输出这些报警信息先通过载波通讯方式 传送给监测装置的上级设备集中器再由集中器通过g p r s / g s m 短消息的 方式传送给监控中心计算机一般来说具体用电异常情况包括下列三种 1 电流回路异常 当计量电流互感器被人为开路或短路时监测装置能准确地指出被开路 或短路电流互感器的相别 2 电压回路异常 当电能表电压出现失压或欠压时监测装置也能准确地指出失压或欠压 的相别 3 表盖异常开启 华北电力大学工程硕士学位论文 15 当电能表或监测装置盖被非法开启时监测装置将记录开盖时刻合盖 时刻并保存记录以备用电管理人员查询 监测装置的通讯接口可实现与上位机的通讯联络在条件可能的情况 下监测装置可与负荷控制系统远程抄表系统接口实现综合监控 装置的硬件部分还包括电源电路实时时钟l c d 显示小键盘和扩展 存储器电源电路负责为装置提供各种电压的工作电源实时时钟用来给出 当前的北京时间时钟可由工作人员设置和调整以保证时间的准确性l c d 显示采用八段数码管显示诸如时间电压电流工作状态等信息并通过 功能键实现在不同显示模式之间的切换小键盘在装置面板上用于输入必 要的数据如时间等监测装置需要实时采集大量数据扩展存储器是为了 保证有足够的内存空间来存储这些数据 计量 a 相电流输入 b 相电压输入 a 相电压输入 电 压 电 流 输 入 前 置 电 路 中 央 处 理 器 电源电路 实时时钟 lcd 显示 键 盘 报警输出 存储扩展 表 盖 开 启 检 测 通讯接口 计量 c 相电流输入 表前 c 相电流输入 c 相电压输入 计量 b 相电流输入 表前 b 相电流输入 表前 a 相电流输入 图3 - 1 监测装置硬件电路原理框图 3 . 1 . 2 监测装置与被监测电表的联合接线 实际应用时电能表与监测装置组成一个整体它们的接线应互相配合 华北电力大学工程硕士学位论文 16 并且互不干扰电能表与监测装置的联合接线如图3 - 2 所示其中表前电 流互感器是为了检测表前分流这一窃电方式而专门安装的设备( 若用户不需 要防分流功能可以不安装此表前电流互感器) 它安装在变压器低压倒母 线出口或电能计量柜低压母线人口它能有效防止用户在表前电流互感器和 计量电流互感器之间表前用电的窃电行为 同时通过监测装置的通信接口 监测装置可与负荷管理系统联网实现远程抄表和实时监控进一步完善防 窃电功能 电网 负载 监测装置 接线盒 负荷 管理 系统 电能表计 接线盒 表前ct 计量ct 图 3 - 2 电能表与监测装置联合接线 3 . 1 . 3 监测装置软件流程 监测装置以单片机为核心其主软件流程图如图 3 - 3所示监测装置上 电后首先进行装置初始化然后开始循环执行设定程序首先累计用户用 电量然后检测用户三相电压表前 c t与计量 c t的三相电流以及表盖是否 开启情况根据检测数据和窃电判据判断是否存在窃电现象或异常情况如 果系统正常则向下执行如存在窃电现象或异常情况则设置标志信号保 存异常信息并向上级集中器发送报警信息 另外即使一切正常装置也定时向上级集中器发送运行信息何时发 送由标志位来控制 华北电力大学工程硕士学位论文 17 n y n y 开始 上电初始化 累计用电量 检测三相电压电流以及表盖是否开启 逻辑判断窃电状态 正常 设标志号保存有关信息 有标志 保存用户运行数据 向集中器发送信息 看门狗定时复位 图 3 - 3 监测装置主软件流程图 3 . 2 电能计量监测系统构成 远方电能计量运行监测系统由电能计量终端监测装置站端设备中间 集中器监控中心计算机三个不同层次的部分组成同时在监控中心计算 机上有一套专用的应用软件系统实现对电能计量终端监测装置实时数据的 采集与监测并实现系统维护有关监测信息查询以及用户电表档案数据管理等 华北电力大学工程硕士学位论文 18 功能 远方电能计量运行监测系统的一个中间集中器对应于多个电能计量监测 终端监控中心对应于多个中间集中器系统组成示意图如图 3 - 4所示 gsm 载波 监 控 中 心 计 算 机服务 器 中 间 集 中器 监测终端 监测终端 监测终端 中 间 集 中器 监测终端 监测终端 监测终端 gprs/gsm 网 络 图 3 - 4 远方电能计量运行监测系统示意图 监测终端采集被监测用户的有关运行参数以及表盖开启报警信息并 以载波方式把数据传送到站端的中间集中器数据传送有定时传送和实时传 送两种定时传送为正常情况每小时向中间集中器传送一次信号参数非 正常时即报警时实时传送报警信息 定时传送信息( 每小时传输一次) 包括三相电压三相电流有功功率 无功功率有功电能无功电能功率因数报警信息包括电压报警电流 报警电能误差报警计量箱开启报警 电压报警显示电压报警提示内含定时传输的信息发生时间编号 安装地点电压非正常类型( 失压断路超限) 电流报警显示电流报警提示内含定时传输的信息发生时间编号 安装地点电流非正常类型( 非正常短路断路) 华北电力大学工程硕士学位论文 19 电能报警显示报警提示内含定时传输的信息发生时间编号安装 地点 计量箱开启报警提示发生时间编号地点直至关上为止同时将报 警信息存入数据库 报警发生时提示明显如闪烁声响点击看详细参数之后存入数据 库不再闪烁 一般一个变电站设一个中间集中器监测终端与中间集中器之间采用载 波通讯方式而中间集中器与监测中心采用 g p r s / g s m短消息方式通讯 监控中心包括监测用计算机和数据采集与存储服务器等监控中心软件 平台包括计算机操作系统数据库管理系统网络通信规约应用软件等 整个系统具有开放的系统结构体系不仅可以满足当前电能计量监测的需 要而且还满足将来扩展其功能和模块的需要并可实现与供电部门 mis 系 统的连网 监测中心计算机应用软件采用 v i s u a l b a s i c 6 . 0实现数据库采用 s q l s e v i e r 计算机软件具有如下功能 1 所有存盘信息的数据查询与检索功能数据可保存两年 2 信息报警音响与闪烁提示可查询报警信息 3 可根据存盘数据绘制负荷曲线电能曲线等 4 显示三相电压电流相量图 5用户电能表档案管理 6监测中心管理员登录权限管理 3 . 3 集中器通讯协议与数据接收 该程序模块的任务是按照通信协议的要求通过数据采集卡采集远方终 端监测装置传送过来的数据然后存入站端集中器的数据库然后由集中器 通过 gprs/gsm 短消息方式传送到监测中心 3 . 3 . 1 数据采集卡 本文研制的监测系统其集中器所使用的数据采集卡是 ua302 型数据采 华北电力大学工程硕士学位论文 20 集卡其主要性能以及特点如下 分辩率 : 1 6 b i t 1 6或 3 2模入通道 实用最高采样频率 1 0 0 k h z 带有程控放大器方便测量小信号 任意设定采样通道数, 可通道自动扫描采集 3 2 k b先进先出( f i f o ) 缓冲存储器, 可实现自动数据块采集 软件或定时器触发采样, 可任意设定采样频率 3 - 1 6 b i t数字量 i / o 可连续大数据量采集 带 d c / d c隔离电源, 精度稳定 丰富的软件支持 支持多种高级语言编程 3 . 3 . 2 数据采集卡编程 此数据采集器自带有动态链接库所以编程工作大大减少只需要应用 动态链接库中定义的函数来采集远方传送过来的数据就可以了 ua302/h 可使用各种 windows 编程工具编程, 如: vc+, vb, delphi, bc+. 等而且此数据采集卡随卡带有动态链接库 ua300.dll在此动态 连接库中提供了许多简洁高效的采集和控制函数, 支持 ua302/h采集器的各 种功能动态联接库中所定义的函数如下 openua300 打开 ua302 设备 closeua300 关闭 ua302 设备 getver 得到版本号 ssinit 单通道单点采集初始化 ssad 单通道单点采集 minit 单或多通道多点采集初始化(第一种方式) readdata 单或多通道多点采集(第一种方式) minit2 单或多通道多点采集初始化(第二种方式) readdata2 单或多通道多点采集(第二种方式) endread2 多点采集结束(第二种方式) dout 数字量输出 华北电力大学工程硕士学位论文 21 din 数字量输入 outb 扩展口输出 由于我们所要接受和发送的都是数字量所以我们用到函数就是 ua300.dll 中所定义的 openua300 打开 ua302 设备closeua300 关闭 ua302 设备dout 数字量输出din 数字量输入四个函数下面把这四个 函数详细介绍一下 1openua300 函数形式 handle _stdcall openua300() 说 明该函数用于打开 ua302 设备取得设备句柄对 ua302 操作时 应首先执行该函数 输入参数无 返 回 值返回设备句柄这个句柄在调用其他函数时需要使用 2closeua300 函数形式 handle _stdcall closeua300(handle husb) 说 明该函数用于关闭 ua302在结束对 ua302 操作时应执行该函 数关闭设备 输入参数在打开设备时得到的设备句柄 返 回 值忽略 3dout 函数形式:?void _stdcall dout(handle husb, uchar ddat) 说 明在 ua302 数字量输出口输出 8 位数据 输入参数husb 在打开设备时得到的设备句柄 ddat 输出数据(一个字节) 返 回 值无 4din 函数形式?uchar _stdcall din(handle husb) 说 明在 ua302 数字量输入口输入 8 位数据 输入参数husb 在打开设备时得到的设备句柄 返 回 值8 位数据 华北电力大学工程硕士学位论文 22 下面给出接受数字量的例子使用的是 visual basic6.0 编程语言 dim aa() as integer dim husb as long dim i as integer private declare function openua300 lib ua300.dll () as long private declare function closeua300 lib ua300.dll (byval handle as long) as long private declare function ssad lib ua300.dll (byval handle as long, byval n1%, byval n2%) as integer private declare sub ssinit lib ua300.dll (byval handle as long) private declare function getver lib ua300.dll (byval handle as long) as byte private declare sub minit lib ua300.dll (byval handle as long, byval n1%, byval n2%, byval n3%) private declare sub readdata lib ua300.dll (byval handle as long, dd1 as integer, byval n1%, byval leg as long) private declare sub minit2 lib ua300.dll (byval handle as long, byval n1%, byval n2%, byval n3%, byval n4%) private declare sub readdata2 lib ua300.dll (byval handle as long, dd1 as integer, byval leg as long) private declare sub endread2 lib ua300.dll (byval handle as long) private declare function din lib ua300.dll (byval handle as long) as integer private declare function dout lib ua300.dll (byval handle as long, byval n1%) as integer husb = openua300() 打开设备 if husb = 0 then i = msgbox( 设备打开错误! , 0, 警告!) 华北电力大学工程硕士学位论文 23 end if open d:aaout.txt for output as #1 redim aa(20) as integer for i = 1 to 20 读取数字信息 aa(i) = din(husb) print #1, aa(i) next i open d:aain.txt for input as #2 for i = 1 to 20 输出数字信息 input #1, aa(i) dout husb, aa(i) next i close #1 close #2 closeua300 (husb) end sub 程序结束 3 . 3 . 3 通信协议的要求 数据通讯包括监测终端的上传信息数据包和下发信息数据包 1上传信息数据包其组成如下 信息头四字节 al ascii 码 测量设备号两字节 信息类别一字节 正常信息16报警信息17恢复信息-18 信息内容七十个字节 校验和两字节 结束标志两字节 0101 共八十一个字节的数据 ua302 型 a/d 采集器的数字通信口每次采集一 个字节的数据也就是连续采集八十一次 华北电力大学工程硕士学位论文 24 2下发确认数据包 集中器接收到监测终端上发传的数据包后经判断正确无误后需向监 测终端下发确认信息确认信息采用的数据包是将测量设备上传的信息 取其信息头和测量设备号加上确认信息一字节28后再跟结束标志 位10构成 华北电力大学工程硕士学位论文 25 第四章 监控中心应用软件设计 4 . 1 软件结构与功能 监控中心应用软件安装在监控中心的计算机上用于用电管理人员对电 能计量监测区域内的所有被监测用户进行全程监视应用软件采用 v i s u a l b a s i c 6 . 0编程目前主要包括数据库管理报警信息处理相量图与负荷曲 线显示用户电表档案管理等四个模块应用软件结构如图 4 - 1所示另外 将来还可以进一步扩充电压合格率统计谐波在线监视负荷特性测试等模 块目前还未完成故在图 4 - 1中用虚线框表示 软件采用 sql server 数据库数据库管理模块主要是数据访问控制和数 据库安全管理报警信息处理模块当有终端监测装置出现异常检测信号时进 行异常信息提醒和显示有关异常信息相量图与负荷曲线显示模块用来直观 地显示三相电压和三相电流相量图以及日负荷曲线月负荷曲线年负荷 远方电能计量运行监测系统 谐 波 在 线 监 测 负 荷 特 性 测 试 电 表 档 案 管 理 数 据 库 管 理 报 警 信 息 处 理 相 量 图 与 负 荷 曲 线 显 示 电 压 合 格 率 统 计 图 4 - 1 远方电能计量运行监测系统结构框图 曲线 日负荷曲线与典型负荷曲线的比较 当电压或电流幅值与相位异常时 华北电力大学工程硕士学位论文 26 即时显示电压电流异常相量图用户电表档案管理模块用来建立新用户电 表档案查询或修改老用户电表技术数据等 监控中心应用软件的不同模块之间是互相独立的但应用一个数据库 有些数据可以共享 4 . 2 数据库管理 4 . 2 . 1 数据库访问 电能计量监测系统应用软件采用 sql server 数据库sql server 数据库 是一种关系型数据库功能强大适合于工业和商业应用数据库的访问采 用 visual basic6.0数据访问主要涉及到以下内容 1microsoft 可视化数据工具microsoft visual data tools 使用 visual basic 6.0 可以创建将每个步骤封装在数据访问系统中的部件从数据 源开始microsoft 可视化数据工具提供了在 sql server 系统中查看并操作 表视图存储过程和数据库描述的功能 2中间层部件和 microsoft transaction server在生成自己的 active dll 和 exe 时还可以在应用程序中使用 visual basic 创建中间层部件 visual basic 现在的增强功能允许自定义应用程序以便同 microsoft transaction server 一起使用 3active data objectsado数据提供程序和数据使用者之间的桥 梁就是数据源数据源是使用 microsoft active data objectsado创建的 而 microsoft active data objects 是 visual basic 在任何数据源中访问数据的 主要方法 为了向后兼容和工程维护方便 它仍然支持远程数据对象 remote data objectsrdo和数据访问对象data access objectsdao 4数据源和数据控件有几种新的数据源是可用的其中包括数据 环境它是一种图形设计器允许快速创建 ado connection 和 command 来 访问数据数据环境设计器为工程中的数据访问对象提供了动态可编程界 面此外数据环境还提供了高级的数据定型服务即创建相关数据的层次 结构合计以及自动分组等功能所有这些都不需要代码 visual basic6.0 访