矿区电网电能量采集计量自动化系统研制及应用

张 浩

（1.中国矿业大学，江苏省徐州市，221008；2.山东能源枣矿集团供电工程处，山东省枣庄市，277011）

1 概述

枣矿集团矿区电网供电系统东西长约100km，南北宽约70km，管辖35kV／6kV 变电所共22个。矿区内部光缆通讯网络已建成，覆盖所有矿井。

随着矿区电网的发展，电网的规模日趋扩大，供电用户越来越多。尤其是多种电价方案的出台，使得现有人工抄表和现有的计算模式很难适应复杂的电能统计及电能结算要求，迫切需要一套能满足电网商业化运营要求的电能量采集计量自动化系统。电能量采集计量自动化系统是电能自动采集、传输、计费、财务结算于一体的自动化系统，适用于矿区电网规范化运行。

2 系统组成

电能量采集计量自动化系统由电能量主站系统、分站电能量采集终端、通讯网络三部分组成。

电能量主站系统安装在调度机房，包括数据服务器、采集服务器、WEB 服务器、GPS对时卫星钟、机柜等硬件设备及支撑软件和电量自动处理分析软件等。

分站电能量采集终端分布在矿区电网的22个变电站中，电能量采集终端通过通讯电缆连接各个电子式多功能电能表。

矿区电网电能量采集自动化系统配置如图1所示。

3 主要技术功能

电能量主站系统通过通讯网络利用分站电能量采集终端将每块电子式多功能电能表数据采集到电能量主站系统中，利用电量自动处理分析软件，实现负荷监测、分析、报警等功能，为合理用电管理提供依据。

主站系统采用全分布式体系结构，系统软件平台采用Win2008server系统，网络通信采用TCP／TP协议，数据库采用Oracle商用数据管理系统，编程全部采用VC、C／C++等，报表工具生成图文并茂的图形报表，应用系统软件采用分层式模块化设计。

图1 矿区电网电能量采集自动化系统配置

3.1 数据采集

数据采集服务支持多机模式、分流数据模式。系统允许采用多台主机分流，且每两台主机之间实现采集任务的自动接管控制，以提高系统的可靠性。对于采集规模较大情况下，多台主机分流模式进行工作，是保证采集数据入库及时性的必要条件，为将来电力市场环境下准实时运行提供软硬件平台。

3.2 数据库管理

电能量数据直接传输到历史数据库，通过对于所有计量点的相关数据定义、管理，与采集数据建立相应的对应关系，实现数据转存、计算、处理，并提供数据访问服务。

数据库管理模块采用面向电网的定义方式，具备对电网结构以及电网相关设备的表述能力，保证重要关口数据的准确性。

系统信息共享的核心是数据库的共享，采用通用的商业关系型数据库可以为数据库开放访问提供良好的基础。

3.3 系统管理

实现权限管理、事件（日志）查看和数据库管理功能。系统管理员通过权限管理为系统用户分配权限，保障系统安全有效运行。事件（日志）查看实现日志和事项查看，包括主站系统日志、参数修改日志、采集服务日志、计算服务日志、采集系统事项、计量点数据检查日志、考核对象数据检查日志。

数据库管理实现数据库空间监视、系统参数备份、电能数据备份、备份数据恢复。

系统权限管理采用角色与权限绑定，通过为不同部门的操作员授予角色，实现系统参数维护、数据浏览、报表查看等权限控制，实现不同的操作员关心不同的数据、完成不同的功能、在系统中担任不同的角色。

3.4 档案管理

档案管理主要包括客户综合档案维护、客户线路公变调整、低压客户公变调整、客户变压器维护、低压用户档案删除等功能。其中，客户综合档案维护是根据客户档案数据自动生成客户档案的配表图形；客户线路公变调整是对客户的供电线路及公变进行调整。

3.5 电量电费管理

电费管理包括电费的抄表、核算。抄表管理包括系统初始化、抄表区段管理、抄表初始化、制定抄表计划、抄表员管理、手工表码录入、抄表数据核查及错误处理、集中抄表管理、抄表情况统计、抄表计划调整和抄表属性修改等。

核算管理包括销售电价管理、计算参数管理（如电价表、变损表以及功率因数电费调整表等计算参数）、计算电费、计费错误修正 （电费核查）、历史电费重算、客户欠费处理、用户信用等级管理、电费档案查询、报表统计汇总功能等。

3.6 电费回收管理

收费管理提供用户的电费回收，统计各类实收报表等相关服务，包括电费征收、电费暂收款 （手工结转）、临时用电、违章用电收费、走收电费、预收管理 （自动结转）、抹账处理、应收回退、对账处理、收费日结、收费情况明细、违约金计算、违约金减免处理、进账单管理、欠费核销处理、票据管理以及报表统计汇总等。

3.7 统计分析管理

实现计量点原始数据、计量点电量、考核对象电量和线损 （不平衡）分析数据浏览和分析，浏览和分析结果可通过表格和图形 （曲线、棒图、饼图）显示，并可输出到打印机，转存为EXCEL 或HTML格式文件以供其他管理部门浏览查询。

3.8 报表管理

系统采用明宇报表开发相关业务报表，实现报表的在线生成功能。使用者可以通过报表设计器设计各种复杂格式的中国式报表，通过报表服务器在浏览器端生成纯HTML 网页报表，并能无缝导出成Excel、PDF、TXT 和WORD 文件；支持二维／三维饼图、柱图、折线图、雷达图、甘特图等23种统计图，且无须在浏览器端安装任何控件。明宇报表特有的基于动态库表关联技术的填报功能，完美解决了数据入库的难题，极大提高填报表单的处理效率，扩展了Web报表工具的应用方式。独有的APPLET 打印控件，所见即所得的实现了套打、固定行／列表头、分栏等各种报表的精确打印。

3.9 WEB发布管理

提供电能量采集及计费系统数据的WEB 浏览。可发布的信息包括原始数据、派生数据、参数数据、基于统计分析生成的各种电能量、线损分析、电能质量分析报表、统计图形 （曲线、棒图、饼图）网页，用户按照给定权限查阅或打印网页及报表。

4 系统特点

（1）主站系统各个模块可以灵活配置，伸缩性非常强。数据采集支持各种信道 （电话拨号、专线、无线、网络等）的数据直接采集，适应不同电能表、不同规约以及不同的传输方式。

（2）整个系统支撑平台采用开放的结构，符合国际标准、工业标准和行业标准。系统设计充分考虑了用户今后系统规模及功能扩展的需要，硬件及数据库的扩充不影响系统软件等先进技术，保证了整个系统具有良好的可扩展性。

（3）系统除具有电能量、电能质量数据的自动采集、分时段的统计和处理以及各类报表的生成和管理等基本功能外，用户还可以根据具体情况进行二次应用开发，以满足电力体制改革、电网商业化运行不断深化的要求，为进一步的电能分析应用软件开发奠定坚实基础。

（4）系统具有自检、联机诊断、远程维护等功能，支持厂方通过远程拨号对系统主站和厂站产品进行远程维护，支持系统主站对厂站产品进行系统维护 （参数查询），所有各种维护都有权限检查。

（5）由于电能数据具有累加性和传递性的特点，要求在任何情况下都不允许丢失电能原始数据，特别是在进行分时段、分费率电能统计和结算时，尤为重要。在本系统中，通过在采集处理及传输等环节采用多种技术手段 （包括数据采集服务器对未及时采集到的数据进行自动补测、便携式抄表器批量录入等）以确保数据完整。

（6）为满足电网商业化运行中电能量统计和考核周期的要求，系统数据的采集需要有一定的及时性，即在一个数据召唤周期内应能将所有数据刷新一次。

（7）系统遵循安全第一的原则，在网络、数据库系统、数据应用系统等方面均采用相应的措施。建立完善的安全措施，对不同等级用户设立相应的访问权限，以保证电能量计量与计费的合法性和严肃性。

（8）系统支持数据备档和恢复。系统从数据采集有效性和应用合理性两个概念进行数据检查，基于检查结果和其它原因对数据进行修改并做相应标记，然后进行统计分析和考核结算。

（9）系统具有较高的准确性 （可靠性）和抗干扰性，在数据采集 （关口电能表、 厂站设备）、传输 （数据通道）、存储及计算、使用（用户工作站）等环节上均采取相应措施确保数据的准确性。从采集、传输至存储，保证全过程中数据的一致，与厂站端当地数据一致。

5 产生的社会效益和经济效益

通过电能量采集，将电能计量点的电能表读数送到电能计量结算进行统计处理，形成对各有关单位的电能购销统计数据，通过相应的处理，实时计算出各个用电单位的购销电能量费用，完成电费的结算。

采用电能量采集计量自动化系统按照现有供电规模每年可节省人工抄表所产生的车辆费用和人工费用共计21600元。

矿区电网电能量采集计量自动化系统是适应矿区电网的不断发展，电网的规模日趋扩大的需要，符合准确、可靠、安全的原则，保证了矿区内部电网供、售、购电各方对电量计费的公正性。可以满足矿区电网电力市场的需求。

［1］ 王成钢，王晓东.基于WEBGIS的地理信息系统在矿山调度中的设计与实现［J］.中国煤炭，2008 （6）

［2］ 孟祥忠，刘衍钊等.基于ZigBee的矿井电网选择性漏电保护系统 ［J］.中国煤炭，2009 （3）

［3］ 李昆鹏.矿井35kV 变电站转角变压器的应用 ［J］.中国煤炭，2009 （7）