安康水力发电厂电能计量系统改造

摘 要：随着陕西省电力公司调度专网双平面接入工作，安康水力发电厂在电量计量计费系统改造上也需将电能量接入双平面。文章以EDAD2001-C电能数据综合采集装置改造为基础，详细阐述了电量自动计费系统的主要功能和特点，以及多通信规约电量自动计费系统的软件、硬件改造方案；说明了电量自动计费系统在现代化电网的重要性和可应用领域。

关键词：调度数据专网双平面；电量计费系统；多通信规约；二次安全防护

1 概述

陕西安康水电站位于陕南汉江上游，安装4台容量为200MW的混流式水轮发电机组，1990年至1992年先后投入运行，是目前陕西电网骨干调频、调峰电厂，也是陕西电网和汉江上游梯级开发中最大的水电厂。在陕西安康水电站新建一套电能量计量系统，其目的是实现水电站关口计量点和厂用电计量点的电能量数据自动采集、存储等功能，满足陕西安康水电站对电量数据的查询、统计、考核、出具电量报表等需要，适应国家电力体制改革和发展的要求，是电力市场技术支持系统的主要基础。

建成的陕西安康水电站电能量计量系统能够安全、可靠、准实时地采集水电站所有计量点的电量，为公司提供生产运行数据，为公司领导、各决策部门提供决策依据。主要包括：

（1）适应计量点规模的扩大，保证系统正常运行。

（2）提高系统的可靠性和响应能力。

（3）适应模拟通道、数字通道和数据网的投入应用，提高数据的实时性。

2 电能计量系统的结构原理、实现途径

本次对电量计量后台管理系统进行技术改造，新上一套技术先进、功能齐全的电量计量后台管理系统。其目的是实现安康水电厂关口计量点、机组及厂用电计量点的电能量数据自动采集、存储等功能，满足安康电厂对电量数据的查询、统计、考核、出具电量报表等需要。建成后的安康电厂电能量计量系统能够安全、可靠、准实时地采集电厂所有计量点的电量。

电能量计量系统，将采用分布式体系结构和面向对象设计的数据模型，支持开放的通信协议，采用网络、电话拨号并存的方式进行数据采集，实现数据采集的高度可靠性、实时性、稳定性、开放性；系统具备丰富的数据合理性校验、数据处理、统计计算、电量管理、报表、数据发布等应用功能，在数据存储、处理、管理、应用、发布方面更方便、快捷。安康电厂现有关口及厂用计量点共34个，全部接入北京煜邦电力技术有限公司的电量采集器（共1台），采集器安装于保护室内的计量屏内。建成后的电能量计量系统应能够采集现有的所有计量点数据；能够采集电能量的正反相有功、正反相无功等数据，并能够进行电量数据的查询和统计。主站与采集器的通讯方式采用网络直连的方式，电量数据需要上传至厂内MIS网，并满足国网公司对于二次安全防护的要求。电量计量后台管理系统服务器需要单独组屏，屏内安装一台逆变电源。

3 后台管理系统技术结构

3.1 软件逻辑结构

系统采用多层B/S技术，实现用户界面、应用逻辑与数据库的分离，便于系统的维护和使用。所有各层都通过系统支撑平台进行数据交换，避免文件的共享，杜绝病毒的入侵。软件按层次结构来组织，包括系统软件层、支持软件层和应用软件层。

3.2 数据库子系统

本系统采用的是Oracle 10g 数据库，该数据库具有高度的开放性和对海量数据支持能力，并提供多种接口，用于在不同编程环境的下调用。采集来的原始电量数据采用分区按天分表存储的方式，能很好解决系统访问性能问题，通过数据应用平台的底层处理，系统应用不必设定查询条件即可透明访问电能数据，即对应用来讲数据仍然存储在一个库表中。

动态创建年中月、月中日、日中时的临时中间表，年中月的临时中间表主要是方便对年、季的电量数据进行快速查询计算，月中日的临时中间表主要是方便对月、周的电量数据进行快速查询计算，日中时的临时中间表主要是方便对日、时的电量数据进行快速查询计算，系统定时更新临时中间表保持数据的一致性。

通过系统参数的配置可以对系统的性能和数据库进行全面优化，高效的批量入库、批量删除、批量计算、批量查询技术来保证系统高性能的要求。

3.3 通讯采集子系统

系统能对电能量采集终端或电能表的所有数据进行自动采集，所有的电能量数据均带时标存储。如遇通信中断，在通信恢复后，系统能自动获取通信中断期间原应采集的所有数据，保证数据的完整性和连续性。系统能通过通信协议获取电能量采集终端和电能表的当前时钟并进行对时（有对时原则：超过一个积分周期或跨积分周期不能对时），时钟对时误差≤±1秒，时钟误差超差时告警并周期检查数据情况，根据数据缺失或数据无效来自动进行数据补采。

3.4 应用管理子系统

应用管理子系统由以下几个子模块组成。

（1）系统维护：包括日志查询、用户授权、权限配置、系统常数配置、修改密码、重新登录操作。（2）基本信息：包括安装单导入、计量点定义、元件定义、元件分类、班值定义、日志类型定义、日志查询定义操作。（3）数据查询：包括统计电量、取数时间、采集状态、班值厂用电率、班值电量查询操作。（4）数据维护：包括表码维护、元件损耗、电量重新计算操作。（5）报表管理：包括自定义报表设置、自定义报表浏览操作。（6）系统图形：包括电网系统图设置、电网系统图查询、图形曲线设置、图形曲线查询操作。

3.5 数据库镜像同步子系统

根据国网公司对于二次安全防护的要求，在电能量计量系统与MIS网之间需要加装隔离设备。由于隔离器的隔离作用，导致传统的接口方式（网络直连等）无法使用，必须以文本的方式将数据由二区传输至三区。

本系统采用了最新的数据库同步技术，完成对隔离器的穿透，达到及时、准确的进行二三区数据同步，满足与电厂MIS网接口的要求，方便厂领导和其他相关部门的工作人员通过MIS网查看电量数据。

3.6 MIS网接口子系统

根据MIS系统的需要，本系统可以以中间表的形式，灵活的提供MIS系统对电量表底值、小时统计电量、日统计电量的访问需求。并能满足MIS系统对电量数据的实时性、准确性、全面性的要求。

4 实现途径

4.1 电能量采集器设备换代更新

本次电能数据综合采集装置采用北京煜邦公司EDAD 2001-C（ARM）最新版，较上一代相比使用专用ARM926e低功耗CPU。兼容性更好、可靠性更高、功能齐全、容量大，能够采集、处理、存贮、远传电能表输出的电能相关信息，同时还能记录和电能量相关的各种事件。

EDAD2001-C电能数据综合采集装置通过串行接口板，采集带有串行接口RS485的电能表数据，按积分周期冻结并采集电能表的各项数据。通过开关量输入板完成采集脉冲表和事件输入，在输入板中设有电平转换和保护装置，用来对不同种类的脉冲信号进行电平变换和输入保护，采集器累加脉冲并按积分周期存储。通过调制解调器、专线、网络、GPRS、GSM、直连等接口，可实现与9个主站的通讯。

原始数据保存在FLASH存储器中，系统采用了存储器备份和数据校验恢复技术。

采集器原理框图如图2所示。

EDAD2001-C电能数据综合采集器有良好的人机界面，操作简单，功能强大。能同时接入多种通讯规约的电能表，如我厂原使用的MAXsys2510表、EDMI表、湖南威胜公司的电能表、机组使用的恒通电能表以及其它采用DL/T645规约的电能表。

4.2 电量计量管理系统数据采集量接入

目前我厂使用发电机机端电能表为恒通DSSD25型，计量精度为0.5级。送检超差需更换。线路关口表部分采用西门子关口表Maxsys2510，与采集器需进行规约转换，规约转换器经常故障。所以本次电量计量管理系统改造电能表全部更换为威胜DTZ341高精度电能表，采集接口为RS485端口，淘汰原RS/232转RS485转换器，直接接入电能量采集装置。接口连接电缆全部采用屏蔽485电缆。

4.2.1 机组部分

更换机组电能表，在各台机组机旁通过电能表的485通讯接口接入屏蔽485电缆将采集量接入电量计量管理系统。

4.2.2 线路部分

更换330kV、110kV各线路电能主、副表，通过电能表的485通讯接口接入屏蔽485电缆将采集量接入电量计量管理系统。

4.2.3 330kV、110kV联络变及厂高变部分

通过330kV、110kV联络变测量盘高、中、低压侧电能表的485通讯接口接入屏蔽485电缆将采集量接入电量计量管理系统厂高变测量盘通过21B-25B及保坝线电能表的485通讯接口接入屏蔽485电缆将采集量接入电量计量管理系统。

4.2.4 其他计量点

分别利用现有330kV电抗器、宇南线、小南线电度表，通过485通讯接口接入屏蔽485电缆将采集量接入电量计量管理系统。同时将备用线电度表的采集量接入电量计量管理系统。

4.3 调度自动化一二平面电能量数据接入及其他系统电能量数据调用

电能量采集数据通过两个TCP/IP网络接口与调度数据专网一平面、二平面主站以陕西102规约接入。本地水库调度自动化系统调用系统电量采集数据通过RS232接口按北京102规约获取，本地MIS调用数据也通过TCP/IP网络接口以陕西102规约接入本地电能量采集管理系统主机。

系统网络拓扑图如图3所示。

电量自动计费系统主服务器对现场运行的电能表的计量值自动进行记录，其积分周期（记录间隔）设置为5min 。实现对电能计量数据的准实时记录和保存，并以此为基础实现对电量、电费、负荷等的自动统计分析，不但能取代传统的人工抄表计量电量结算电费方式，而且为多种电费计算方式和不同的电量考核提供了可能。

4.4 二次安全防护及MIS系统

二次安全防护选用南瑞集团公司生产的SysKeeper2000网络安全隔离装置（正向型），用于安全区II到安全区III的单向数据传递。硬件采用RISC体系结构高性能嵌入式计算机芯片，双机之间通过高速物理传输芯片进行物理连接，底板上各有两个10M/100M以太网接口用来连接要隔离的两个网络。内网串口可以用来连接配置终端，方便管理人员对网络安全隔离设备的控制，硬件看门狗时刻监视系统状态，保证隔离装置的稳定、可靠运行。

电能量计量管理系统主服务器和电能量计量管理系统镜像服务器通过网络安全隔离装置来连接，服务器也采用双网卡配置。主服务器通过网络安全隔离装置向镜像服务器以文本方式单向发送电能采集器采集的数据，主服务器与镜像服务器程序数据库均配置相同，数据也同步。

MIS系统从电量后台管理系统镜像服务器网口2至计算机监控上位机室的交换机敷设一根超五类网线，接入信息内网供数据查询。电量后台管理系统镜像服务器可设置用户查询权限。在应用WEB的主菜单选择【报表管理】->【自定义报表设置】，系统就可以打开自定义报表设置模块界面查询电量报表。也可以通过在应用WEB的主菜单选择【数据查询】->【原始电量】，即可以查询到准确时刻（取样间隔为5分钟）的电表底数。极大地减轻了运行人员电能量计量数据的抄录计算工作量。

5 系统投运情况

2012年8月30日本系统投入试运行，经过不断的整改与完善，大大提高了我厂电能计量管理系统的可靠及稳定运行，同时满足调度自动化通信数据上传的可靠与安全性，对以后我厂调度自动化系统双平面设备运行有着重大作用及意义重大。在科技高速发展的今天，电力调度自动化系统在发电厂中发挥的作用日益重要，已覆盖发电厂生产运行各个方面，机组运行中各种信息所相关的各项考核甚至于以后的竞价上网发电等都与发电厂的经济效益产生直接关联。本次电能计量管理系统改造，使电厂端至调度中心之间的数据传输更加安全、高效，为建设智能电网提供了强大的技术支撑。

作者简介：韩涛（1974-），男，汉族，陕西安康人，助理工程师，大学本科，长期从事水电厂电气检修维护工作。