用电异常监控系统总体设计

李　毅

[摘要]线损是供电企业的重要经济指标，人为窃电是导致线损居高不下的重要因素。利用先进的技术手段，实现用电异常的实时监测和控制，是降低线损、维护用电秩序的根本出路。在初步界定用电异常监控系统作用的基础上，对系统的总体结构、监控终端的基本要求、监控主站的应用功能等，进行了总体设计。供电企业在进行选型和系统建设时，可资参考。

[关键词]用电异常 监控系统 总体设计

中图分类号：TM92文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510004－02

一、用电异常监控系统的作用

（一）用电异常及电力损失

用电异常的表象是线损高，售电量损失大，直接影响供电企业的电费收入。2004年，我省某市郊区10KV840线路线损高达53%，郊区镇低压线损高达72%，在全省创了纪录。造成线损过高的原因，包括线路及设备质量、电能表质量、管理漏洞、人为窃电等。2002年－2004年，该郊区供电公司共处罚窃电户56户，追收电费25万元，窃电严重的3人被处以行政拘留。

（二）主要窃电方式分析

从电能表的计量原理和电功率（P＝UIcosΦ）可知，电能表能否正确计量，主要决定于电压、电流、功率因数、安装和接线的正确性。打破任何一个条件，或改变电表本身的结构，都将导致电能表走字慢、不走字，机械表甚至还会反转而走字下降，从而达到窃电的目的。

五花八门的窃电方式多达70余种，在计量回路的主要窃电方式有：失压、欠压、CT短路、CT开路、分流、断相、相序错接、极性错接、改变表计变比、卡住机械表盘等。

（三）用电异常监控系统的目标

本系统是供电营销管理计算机信息系统的重要组成部分，通过对用电现场电气参数的实时监测和分析，发现用电异常现象，判断异常的属性和产生异常的原因，以便及时、准确的采取相应措施，减少售电量和电费损失。对于人为窃电来说，准确地记录窃电时间和所窃电量，为追补电量电费和违约使用电费提供依据[1]。并为关口集抄、营销自动化等系统提供基础数据，对营销业务管理和营销分析决策起到支持作用。

二、系统总体构成

（一）系统网络结构

本系统由监控终端、监控主站和通信网络组成，具有和营销等其他系统的接口，发现用电异常时，自动通知用电管理或稽查人员，及时赶赴现场进行处理。系统网络结构如图1所示。

（二）监控主站软件平台

在较大系统中，监控主站应建成一个局域网，小型系统的监控主站也可以是一台高档PC计算机。监控主站的软件平台应选择：

网络操作系统 Windows 2000/2003 Server；

客户机操作系统 Windows 2000；

数据库管理系统 Oracle或SQL Server；

应用服务器WEB平台软件Microsoft IIS。

（三）远程通信

1．通信方式

在公用通信网日益发达的今天，企业自建超短波网弊端明显。GPRS/GSM、CDMA的数据服务和短消息服务，可作为本系统远程通信网络的首选，PSTN点对点拨号网络也能满足通信要求。

为保证利用公网通信的安全性和可靠性，可采用APN（Access Point Name）专线方式与无线网络运营商连接，在监控主站设置Radius服务器，设定范围内的监控终端通过身份认证后，才能和采集服务器进行通信。

2．通信规约

通信规约是监控主站与监控终端之间进行报文交换的协议，报文结构由同步头、报文头、报文体、校验码四部分组成。只要遵循统一的通信规约，不同厂家生产的监控终端、不同软件公司开发的主站软件，都能集成在一个监控系统中运行。

通信规约应在国家有关标准指导下，由省电力公司或以上的主管部门制定。通信规约涉及的内容比较多，本文不细述。

（四）系统总体性能指标[2]

1．系统年可用率≥99.9%；

2．系统故障恢复时间≤2小时；

3．时钟同步误差≤3秒；

4．专用信息传输误码率≤10-4；

5．数据存储量≥3年；

6．界面操作响应时间≤5秒；

7．信息查询响应时间≤10秒；

8．可以兼容不同厂家的终端或多厂家终端同时运行；并提供接口，与相关信息系统、监控系统共享数据。

三、监控终端基本要求

（一）功能要求

1．测量功能：通过直接交流采样，测量用电回路的电气参数，用以和电能表的计量数值进行比对，以发现计量回路的异常。测量精度要求<±0.5%。

2．抄表功能：通过RS485或RS232接口，抄取计量电表的数值。

3．远程通信功能：支持GPRS/GSM、CDMA移动网络、短消息、点对点拨号等远程通信功能。

4．数据存储功能：存储用户3个月的实时数据、曲线数据、日数据和月数据。

5．远程设置功能：接受监控主站的信息，对终端的运行方式、工作参数、通讯协议、时钟对时等进行远程设置。

6．数据压缩功能：与主站通信时，具备批量数据压缩传输功能，压缩率不低于50%。

7．异常报警功能：出现用电异常情况时，本地报警和记录的同时，将报警状态、性质、时间等自动发往监控主站。

8．维护与自检功能：本地修改设备参数，对运行状态和故障信息进行自检，出现死机时能自动复位，无线掉网后能自动恢复。

（二）性能要求

1．微处理器和通信模块应采用工业级产品，存储容量不小于16MB。

2．平均无故障工作时间（MTBF）≥20000小时。

3．三相交流供电，在三相三线供电时断一相电压，三相四线供电时断二相电压的条件下，终端仍能正常工作。

4．具有直流备用电源，失去交流电源时，至少保证能给整机供电10分钟。外部电源停电后，数据不丢失。

5．具有较好的绝缘、耐压、抗干扰、电磁兼容性能。

四、监控主站应用功能

监控主站为局域网时，既可以采用C/S工作方式，也可采用B/S工作方式。应用功能结构如图2所示。

（一）数据采集

系统采集的数据来源于用户电能表的计量数据和监控终端测量的二次回路数据，通过两种数据的对比和分析，判断用电状态。

数据采集的内容包括：1．电压、电流、有功功率、无功功率瞬时值；2．正、反向有功、无功的总、峰、平、谷、尖峰电量值；3．电压、功率因数、谐波、频率等电能质量值；4．计量装置、开关等工况参数值；5．用电异常、运行异常等事件纪录；6．其他相关设备提供的数据。

数据采集方式包括：1．定时巡测；2．随机召测；3．事件响应。

（二）用电异常报警

用电异常类型包括：欠压、失压、失电、断相、逆相序、数值越限、无功过补偿、过负荷、电表走慢、电表停走、电量示度下降、通讯异常、表箱门开等。

异常报警方式包括：1．图形报警；2．文字报警；3．短消息、Email远程报警。

（三）负荷管理与控制

自动记录最大负荷，随时召测瞬时负荷，提供每小时的负荷曲线；根据错峰用户计划，制定相应的负荷数据采集策略；根据错峰管理需要及大客户用电计划，生成用电计划考核曲线表。必要时，实施本地或远程负荷控制。

（四）供电质量管理

定时或随机采集瞬时电压、功率因数、谐波、频率等供电质量指标，提供每小时的变化曲线，计算各指标的合格率；定时或随机采集停电起、止时间，并进行统计。

（五）营销管理支持

1．抄表管理

每日定时远程抄录电能表度值，保证与结算用电能表数据的一致；完整抄录客户用电量，满足电量电费计算的需要。

2．线损管理

计算任意时段的线路损耗，同时完成线路侧平衡计算[3]。根据设定的线路允许的线损率和可疑表判别标准，自动查找数据可疑的表名及其位置，并设置可疑标志。

3．付费售电

采用付费售电管理模式，和用户签订分次付款和付费售电协议，减少欠费对供电企业造成的经营风险，减少和用电户的纠纷。

根据付款数额计算剩余电量，剩余电量达到设定的余额时，通过短信自动通知用户交费，必要时进行停电处理。

（六）营销决策支持

1．数据统计与分析

按规定的不同时段、区段、类别，进行极值分析、三相不平衡率分析、线损分析、供电可靠性分析、供电质量分析、计量装置故障分析、分时电量动态统计分析、客户和行业用电变化趋势分析、线路负荷分析等。

统计分析结果，可以采用表格、曲线、图形等方式表现。

2．报表管理

应具备专用和通用（如Excel）的电子制表功能，可方便的建立和修改报表的格式和内容，报表应可方便的进行打印。

报表内容应包括：原始数据报表、大用户电量统计报表、电量分析比对报表、线损报表、失压记录报表、报警信息报表、用户自行定义的其它报表等

（七）系统管理

1．系统具备对时功能，保证终端和主站、系统和标准时间的误差不大于3秒。

2．分层管理：适应地市公司及下属县区公司对大客户分层分级管理的需要，系统应支持档案数据、业务数据分层分级的授权维护和管理功能。

3．信息发布：采用Web服务器网页方式发布经过过滤和审批的信息，以短信方式向用电稽查人员发送报警信息，以短信方式向用电客户发送负荷、错峰等信息。

4．系统应具备用户和权限、系统资源、系统配置等管理功能。

5．系统应具备操作日志、数据合理性检验、数据自动或人工备份和恢复等安全管理功能。

五、结束语

降低线损是供电企业实现集约型管理的重要内容，本系统正是降低线损、提高供电质量、提高营销管理水平的有力支持工具。

本文对用电异常监控系统的总体结构、主要功能和性能，进行了规划性的总体设计，未涉及到技术实现的细节，地、县供电公司在该系统规划和建设时有一定的参考价值。

参考文献：

[1]吕振勇主编，电力营销法律法规知识[185].北京：中国电力出版社，2002.

[2]国网公司：电力负荷管理系统通用技术条件[3].北京：国网公司生产营销[2004].183号文.

[3]吴安官、倪保珊，电力系统线损[251].北京：中国电力出版社，1996.

作者简介：

李毅，男，山西大学工程学院。