远程电能质量监测系统的研制与应用

宋庆龙　林雪松

【摘要】针对大庆油田现场用电计量手段落后，无远程监控设施，研制此远程电能质量监测系统，指导电力运行，确保供电安全可靠。

【关键词】远程电能质量；现场监测；远程监控

前言

目前大庆油田临时用电依靠电网供电，电能计量手段传统落后，只能对电流、电压等常规指标进行现场监测，临时用电计量不准确，在高压供电系统中采用手工抄表，比较危险，时效性差。且仅能完成用电量计量，对临时电网的无功功率、谐波、电压不平衡度等电能质量指标还没有一套有效的系统进行实时监测，临时电能质量监测基本处于空白状态。尤其不能实现远程监测，不能及时发现供电质量问题，不能做到电力故障原因回查，从而严重影响电气设备的使用寿命。所以研究远程电能质量在线监测系统具有重要意义。

一、研制目的

在充分考虑野外临时用电工况的情况下，以当代先进的互联网技术、通信技术和信息技术为手段，建立电能质量指标在线实时数据采集、监测、分析一体化软件平台，形成科学化的临时电能质量监测管理模式，为临时电能质量的事中控制提供决策依据，为临时电能质量的事后分析提供手段。

具体目标是：1）实现临时电能指标在线实时数据采集、监测、分析一体化平台；2）以临时电能质量一体化平台为手段，建立适应临时用电的科学化的电能质量监测管理模式。3）以临时用电突出的的钻井队为试验对象，检验指标运行情况，以完善监测系统。

二、工作原理

一种全局同步分布式电能质量现场记录仪。采用实时多任务操作系统，内部使用大容量的FAT32格式的SD卡记录存储电能质量参数。实现现场多点电能质量参数的记录存储，实时性好，所有电表均在全网同步。

现场电能质量测量仪的工作流程如图：

1、本系统采用简单网络时间协议，服务器通过接收GPS信号定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息，达到网络时间同步的目的。

2、采用大容量SD卡，支持最大64GB空间，可存储三相电流、电压，有功、无功、视在功率，电度；扩展电能质量功能包括：电压、电流波形、总谐波、三相不平衡度，等电能质量参数，存储数据默认速率为2s（可调）。

三、技术指标

完成如下电能质量指标监测：

1）主要电能质量指标

三相电流、电压、有功、无功功率、功率因数、电度、电流波形、总谐波、三相不平衡。

2）现场采集仪表（电表）技术标准

（1）电表能够适应野外环境、低温/高温环境（+60℃— -40℃）；

（2）测量精度达到0.5级以上。

3）电能质量监测软件系统要求和指标

（1）以监测点现场为基本采集单元，每个用电现场能够配置多路采集点；

（2）每一路采集點数据能够在现场存储和读取；

（3）局域网用户能够根据需要实时显示任意监测点电流、电压等基本波形图、历史电能质量指标数据，可进行对比分析；

（4）局域网用户能够随时查看任意监测节点的电力维护人员能够在现场通过笔记本计算机读取电表中的数据，并能在现场进行查看、分析；

该系统具以下优点：

（1）实时性：所有记录仪能完成全网同步，所有数据带有唯一时间戳。

（2）掉电续传：如遇意外断电，来电时仍从断电时刻SD卡对应物理地址写数据。

（3）在实时多任务操作系统下自启动看门狗，可防止MCU死机。

（4）PC端有有线、无线、离线三种方式读取电能质量参数数据。

（5）简单网络时间协议与无线网周期完成同步，周期默认为1小时。

四、应用效果

系统研制完成后，现场监测仪表（电表）在钻井二公司15146、15551、15148队进行了不同批次的安装和现场测试，并与CA8335手持测试仪表进行了现场测试对比，对比结果一致。

远程电能质量在线监测系统，进行了无线的数据传输测试和软件系统的集成测试，现场数据与软件系统数据一致。

目前，系统在已15146、15551、15148等7个试点队正常应用。

系统使用后：

（1）电力管理者能够在后台实时查看现场电能质量情况，能够减少管理者现场检测、维护频次，从而降低成本，保证高效、安全用电。

（2）通过实时监测现场的电能质量情况，发现用电异常，及时进行现场整改与控制，避免电力事故发生，保护电气设备，实现事前预测与控制。

（3）电力事故发生后，通过分析能够有效查找问题，提出合理解决方案，提高电力故障检测效率。

（4）能够在后台掌握每一监测点的电力消耗（电度）情况，减少现场抄表工作量，降低成本。

（5）能够根据电能历史数据，进行分点、分区块等电力事件、事故、能耗等全面综合统计分析，提升电能综合管理水平。

结论

通过此项目实现了下创新：

（1）基于软件与互联网技术研究提出了远程现场电能质量管理业务模式，并配套实现了适应野外环境的电能质量管理软件平台；

（2）设计实现了符合野外移动环境下的现场电能质量监测仪表（电表），解决了通过远程控制现场电表的安装配置问题；

（3）研究并提出了基于野外业务特征的无线环境下大数据量电能数据的传输与控制方案；

（4）实现了电能质量参数高精度采集与分析；

（5）提出了大规模电能质量监控网络节点覆盖可扩展结构；

（6）提出并实现了全网现场电表的统一时钟校准方案。

本项目完成后，能够作为独立的系统，在国内、国外移动电力设备的使用单位推广应用。

参考文献

[1]孙丽君.常用电工仪表与测量技术问答.机械工业出版社，2006-6