李 毅
[摘要]線損是供電企業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo),人為竊電是導(dǎo)致線損居高不下的重要因素。利用先進(jìn)的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)用電異常的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制,是降低線損、維護(hù)用電秩序的根本出路。在初步界定用電異常監(jiān)控系統(tǒng)作用的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、監(jiān)控終端的基本要求、監(jiān)控主站的應(yīng)用功能等,進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。供電企業(yè)在進(jìn)行選型和系統(tǒng)建設(shè)時(shí),可資參考。
[關(guān)鍵詞]用電異常 監(jiān)控系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0510004-02
一、用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的作用
(一)用電異常及電力損失
用電異常的表象是線損高,售電量損失大,直接影響供電企業(yè)的電費(fèi)收入。2004年,我省某市郊區(qū)10KV840線路線損高達(dá)53%,郊區(qū)鎮(zhèn)低壓線損高達(dá)72%,在全省創(chuàng)了紀(jì)錄。造成線損過(guò)高的原因,包括線路及設(shè)備質(zhì)量、電能表質(zhì)量、管理漏洞、人為竊電等。2002年-2004年,該郊區(qū)供電公司共處罰竊電戶56戶,追收電費(fèi)25萬(wàn)元,竊電嚴(yán)重的3人被處以行政拘留。
(二)主要竊電方式分析
從電能表的計(jì)量原理和電功率(P=UIcosΦ)可知,電能表能否正確計(jì)量,主要決定于電壓、電流、功率因數(shù)、安裝和接線的正確性。打破任何一個(gè)條件,或改變電表本身的結(jié)構(gòu),都將導(dǎo)致電能表走字慢、不走字,機(jī)械表甚至還會(huì)反轉(zhuǎn)而走字下降,從而達(dá)到竊電的目的。
五花八門的竊電方式多達(dá)70余種,在計(jì)量回路的主要竊電方式有:失壓、欠壓、CT短路、CT開(kāi)路、分流、斷相、相序錯(cuò)接、極性錯(cuò)接、改變表計(jì)變比、卡住機(jī)械表盤等。
(三)用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)
本系統(tǒng)是供電營(yíng)銷管理計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的重要組成部分,通過(guò)對(duì)用電現(xiàn)場(chǎng)電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,發(fā)現(xiàn)用電異?,F(xiàn)象,判斷異常的屬性和產(chǎn)生異常的原因,以便及時(shí)、準(zhǔn)確的采取相應(yīng)措施,減少售電量和電費(fèi)損失。對(duì)于人為竊電來(lái)說(shuō),準(zhǔn)確地記錄竊電時(shí)間和所竊電量,為追補(bǔ)電量電費(fèi)和違約使用電費(fèi)提供依據(jù)[1]。并為關(guān)口集抄、營(yíng)銷自動(dòng)化等系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)營(yíng)銷業(yè)務(wù)管理和營(yíng)銷分析決策起到支持作用。
二、系統(tǒng)總體構(gòu)成
(一)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由監(jiān)控終端、監(jiān)控主站和通信網(wǎng)絡(luò)組成,具有和營(yíng)銷等其他系統(tǒng)的接口,發(fā)現(xiàn)用電異常時(shí),自動(dòng)通知用電管理或稽查人員,及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(二)監(jiān)控主站軟件平臺(tái)
在較大系統(tǒng)中,監(jiān)控主站應(yīng)建成一個(gè)局域網(wǎng),小型系統(tǒng)的監(jiān)控主站也可以是一臺(tái)高檔PC計(jì)算機(jī)。監(jiān)控主站的軟件平臺(tái)應(yīng)選擇:
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) Windows 2000/2003 Server;
客戶機(jī)操作系統(tǒng) Windows 2000;
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) Oracle或SQL Server;
應(yīng)用服務(wù)器WEB平臺(tái)軟件Microsoft IIS。
(三)遠(yuǎn)程通信
1.通信方式
在公用通信網(wǎng)日益發(fā)達(dá)的今天,企業(yè)自建超短波網(wǎng)弊端明顯。GPRS/GSM、CDMA的數(shù)據(jù)服務(wù)和短消息服務(wù),可作為本系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的首選,PSTN點(diǎn)對(duì)點(diǎn)撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)也能滿足通信要求。
為保證利用公網(wǎng)通信的安全性和可靠性,可采用APN(Access Point Name)專線方式與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商連接,在監(jiān)控主站設(shè)置Radius服務(wù)器,設(shè)定范圍內(nèi)的監(jiān)控終端通過(guò)身份認(rèn)證后,才能和采集服務(wù)器進(jìn)行通信。
2.通信規(guī)約
通信規(guī)約是監(jiān)控主站與監(jiān)控終端之間進(jìn)行報(bào)文交換的協(xié)議,報(bào)文結(jié)構(gòu)由同步頭、報(bào)文頭、報(bào)文體、校驗(yàn)碼四部分組成。只要遵循統(tǒng)一的通信規(guī)約,不同廠家生產(chǎn)的監(jiān)控終端、不同軟件公司開(kāi)發(fā)的主站軟件,都能集成在一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)行。
通信規(guī)約應(yīng)在國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下,由省電力公司或以上的主管部門制定。通信規(guī)約涉及的內(nèi)容比較多,本文不細(xì)述。
(四)系統(tǒng)總體性能指標(biāo)[2]
1.系統(tǒng)年可用率≥99.9%;
2.系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間≤2小時(shí);
3.時(shí)鐘同步誤差≤3秒;
4.專用信息傳輸誤碼率≤10-4;
5.?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)量≥3年;
6.界面操作響應(yīng)時(shí)間≤5秒;
7.信息查詢響應(yīng)時(shí)間≤10秒;
8.可以兼容不同廠家的終端或多廠家終端同時(shí)運(yùn)行;并提供接口,與相關(guān)信息系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。
三、監(jiān)控終端基本要求
(一)功能要求
1.測(cè)量功能:通過(guò)直接交流采樣,測(cè)量用電回路的電氣參數(shù),用以和電能表的計(jì)量數(shù)值進(jìn)行比對(duì),以發(fā)現(xiàn)計(jì)量回路的異常。測(cè)量精度要求<±0.5%。
2.抄表功能:通過(guò)RS485或RS232接口,抄取計(jì)量電表的數(shù)值。
3.遠(yuǎn)程通信功能:支持GPRS/GSM、CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、短消息、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)撥號(hào)等遠(yuǎn)程通信功能。
4.?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能:存儲(chǔ)用戶3個(gè)月的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)和月數(shù)據(jù)。
5.遠(yuǎn)程設(shè)置功能:接受監(jiān)控主站的信息,對(duì)終端的運(yùn)行方式、工作參數(shù)、通訊協(xié)議、時(shí)鐘對(duì)時(shí)等進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置。
6.?dāng)?shù)據(jù)壓縮功能:與主站通信時(shí),具備批量數(shù)據(jù)壓縮傳輸功能,壓縮率不低于50%。
7.異常報(bào)警功能:出現(xiàn)用電異常情況時(shí),本地報(bào)警和記錄的同時(shí),將報(bào)警狀態(tài)、性質(zhì)、時(shí)間等自動(dòng)發(fā)往監(jiān)控主站。
8.維護(hù)與自檢功能:本地修改設(shè)備參數(shù),對(duì)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行自檢,出現(xiàn)死機(jī)時(shí)能自動(dòng)復(fù)位,無(wú)線掉網(wǎng)后能自動(dòng)恢復(fù)。
(二)性能要求
1.微處理器和通信模塊應(yīng)采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,存儲(chǔ)容量不小于16MB。
2.平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)≥20000小時(shí)。
3.三相交流供電,在三相三線供電時(shí)斷一相電壓,三相四線供電時(shí)斷二相電壓的條件下,終端仍能正常工作。
4.具有直流備用電源,失去交流電源時(shí),至少保證能給整機(jī)供電10分鐘。外部電源停電后,數(shù)據(jù)不丟失。
5.具有較好的絕緣、耐壓、抗干擾、電磁兼容性能。
四、監(jiān)控主站應(yīng)用功能
監(jiān)控主站為局域網(wǎng)時(shí),既可以采用C/S工作方式,也可采用B/S工作方式。應(yīng)用功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(一)數(shù)據(jù)采集
系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)來(lái)源于用戶電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)和監(jiān)控終端測(cè)量的二次回路數(shù)據(jù),通過(guò)兩種數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析,判斷用電狀態(tài)。
數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容包括:1.電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率瞬時(shí)值;2.正、反向有功、無(wú)功的總、峰、平、谷、尖峰電量值;3.電壓、功率因數(shù)、諧波、頻率等電能質(zhì)量值;4.計(jì)量裝置、開(kāi)關(guān)等工況參數(shù)值;5.用電異常、運(yùn)行異常等事件紀(jì)錄;6.其他相關(guān)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集方式包括:1.定時(shí)巡測(cè);2.隨機(jī)召測(cè);3.事件響應(yīng)。
(二)用電異常報(bào)警
用電異常類型包括:欠壓、失壓、失電、斷相、逆相序、數(shù)值越限、無(wú)功過(guò)補(bǔ)償、過(guò)負(fù)荷、電表走慢、電表停走、電量示度下降、通訊異常、表箱門開(kāi)等。
異常報(bào)警方式包括:1.圖形報(bào)警;2.文字報(bào)警;3.短消息、Email遠(yuǎn)程報(bào)警。
(三)負(fù)荷管理與控制
自動(dòng)記錄最大負(fù)荷,隨時(shí)召測(cè)瞬時(shí)負(fù)荷,提供每小時(shí)的負(fù)荷曲線;根據(jù)錯(cuò)峰用戶計(jì)劃,制定相應(yīng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)采集策略;根據(jù)錯(cuò)峰管理需要及大客戶用電計(jì)劃,生成用電計(jì)劃考核曲線表。必要時(shí),實(shí)施本地或遠(yuǎn)程負(fù)荷控制。
(四)供電質(zhì)量管理
定時(shí)或隨機(jī)采集瞬時(shí)電壓、功率因數(shù)、諧波、頻率等供電質(zhì)量指標(biāo),提供每小時(shí)的變化曲線,計(jì)算各指標(biāo)的合格率;定時(shí)或隨機(jī)采集停電起、止時(shí)間,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
(五)營(yíng)銷管理支持
1.抄表管理
每日定時(shí)遠(yuǎn)程抄錄電能表度值,保證與結(jié)算用電能表數(shù)據(jù)的一致;完整抄錄客戶用電量,滿足電量電費(fèi)計(jì)算的需要。
2.線損管理
計(jì)算任意時(shí)段的線路損耗,同時(shí)完成線路側(cè)平衡計(jì)算[3]。根據(jù)設(shè)定的線路允許的線損率和可疑表判別標(biāo)準(zhǔn),自動(dòng)查找數(shù)據(jù)可疑的表名及其位置,并設(shè)置可疑標(biāo)志。
3.付費(fèi)售電
采用付費(fèi)售電管理模式,和用戶簽訂分次付款和付費(fèi)售電協(xié)議,減少欠費(fèi)對(duì)供電企業(yè)造成的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn),減少和用電戶的糾紛。
根據(jù)付款數(shù)額計(jì)算剩余電量,剩余電量達(dá)到設(shè)定的余額時(shí),通過(guò)短信自動(dòng)通知用戶交費(fèi),必要時(shí)進(jìn)行停電處理。
(六)營(yíng)銷決策支持
1.?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
按規(guī)定的不同時(shí)段、區(qū)段、類別,進(jìn)行極值分析、三相不平衡率分析、線損分析、供電可靠性分析、供電質(zhì)量分析、計(jì)量裝置故障分析、分時(shí)電量動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析、客戶和行業(yè)用電變化趨勢(shì)分析、線路負(fù)荷分析等。
統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,可以采用表格、曲線、圖形等方式表現(xiàn)。
2.報(bào)表管理
應(yīng)具備專用和通用(如Excel)的電子制表功能,可方便的建立和修改報(bào)表的格式和內(nèi)容,報(bào)表應(yīng)可方便的進(jìn)行打印。
報(bào)表內(nèi)容應(yīng)包括:原始數(shù)據(jù)報(bào)表、大用戶電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、電量分析比對(duì)報(bào)表、線損報(bào)表、失壓記錄報(bào)表、報(bào)警信息報(bào)表、用戶自行定義的其它報(bào)表等
(七)系統(tǒng)管理
1.系統(tǒng)具備對(duì)時(shí)功能,保證終端和主站、系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的誤差不大于3秒。
2.分層管理:適應(yīng)地市公司及下屬縣區(qū)公司對(duì)大客戶分層分級(jí)管理的需要,系統(tǒng)應(yīng)支持檔案數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分層分級(jí)的授權(quán)維護(hù)和管理功能。
3.信息發(fā)布:采用Web服務(wù)器網(wǎng)頁(yè)方式發(fā)布經(jīng)過(guò)過(guò)濾和審批的信息,以短信方式向用電稽查人員發(fā)送報(bào)警信息,以短信方式向用電客戶發(fā)送負(fù)荷、錯(cuò)峰等信息。
4.系統(tǒng)應(yīng)具備用戶和權(quán)限、系統(tǒng)資源、系統(tǒng)配置等管理功能。
5.系統(tǒng)應(yīng)具備操作日志、數(shù)據(jù)合理性檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)自動(dòng)或人工備份和恢復(fù)等安全管理功能。
五、結(jié)束語(yǔ)
降低線損是供電企業(yè)實(shí)現(xiàn)集約型管理的重要內(nèi)容,本系統(tǒng)正是降低線損、提高供電質(zhì)量、提高營(yíng)銷管理水平的有力支持工具。
本文對(duì)用電異常監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、主要功能和性能,進(jìn)行了規(guī)劃性的總體設(shè)計(jì),未涉及到技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié),地、縣供電公司在該系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)時(shí)有一定的參考價(jià)值。
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作者簡(jiǎn)介:
李毅,男,山西大學(xué)工程學(xué)院。