住宅户表数据采集系统研究

李久福/左美洋/武　忠

(1.山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101; 2.国网山东省电力公司济南供电公司，山东 济南 250012)



住宅户表数据采集系统研究

李久福1/左美洋2/武忠2

(1.山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101; 2.国网山东省电力公司济南供电公司，山东 济南 250012)

0　概述

户表数据采集系统是对民用建筑中居民用户的用电信息进行采集、处理和监控的系统。该系统可以实现每个家庭用户用电量的自动采集、电能质量监测、用电分析和管理、分布式能源监控、智能建筑用电设备的信息交互等功能。在社会经济与科技飞速发展的今天，该系统的应用对未来的智能建筑、智能家居与智能用电设备发展有着重要作用，该系统的普及与应用对户表设计与施工提出了更高的要求，因此，有必要对户表数据采集系统的结构、通讯、工程实施等进行详细研究，以便优化提升户表工程设计水平。

欧美一些发达国家早在上世纪七十至八十年代就对远距离抄表进行了研究，并称其为自动化抄表系统。该系统不但能实现远程抄表等基本功能,还能够实现电网公司与电力用户之间的双向信息交互。随着智能电网概念的提出，各国纷纷展开智能电网的建设规划,而作为智能用电系统之一的户表数据采集系统,自动化抄表系统将势必成为重要建设项目之一。各个设备制造商为适应该套采集系统纷纷研制推出系统需要的智能电能表与采集终端，伴随着市场竞争的日益激烈，该类设备在住宅项目配电工程中的设计与优化配置也随之出现了新的挑战。

1　户表数据采集系统结构

户表数据采集系统按结构可分为三层网络结构。

第一层为用户终端，由民用建筑居民用户所使用的智能电能表组成，负责记录电力用户所用的电量等基本用电信息；第二层是采集设备，如采集器或者集中器，连接用户电能表与上层主站，并可根据主站的命令定时或实时采集用户电能表存储的数据，并将采集到的数据传送至主站层；第三层为主站层，也称控制中心。它是整个系统的最上层，通过通信网络实现对户表数据采集系统各部分的控制与管理[1]。其结构如图1所示。

图1　户表数据采集系统结构图

户表数据采集系统方案的设计以居民住宅小区配变台区为单元，实现所有台区下电力用户的用电信息采集。

2　户表数据采集系统通信方式

户表数据采集系统中的通信方式有远程信道和本地信道两种。

远程信道用于完成主站系统和现场终端之间的数据传输，常用通信方式有光纤专网、GPRS/CDMA、无线公网、230MHz无线专网、中压电力线载波等。

本地信道用于现场终端到智能表的通信连接,民用建筑电力用户可采用低压电力线载波、微功率无线网络、RS485通信方式连接户表数据采集终端和智能电能表[2]。RS485总线通信是目前国内应用最多的一种户表数据采集系统的通信方式，其特点是少结点、短距离、可规范布线。图2和图3分别为民用多层和高层建筑中RS485通讯方式的布局示意图，是目前民用建筑中使用最多的户表数据采集系统的通讯方式和布局。

图2　多层建筑中RS485通讯方式

图3　高层建筑中RS485通讯方式

3　户表数据采集系统工程方案选择

户表数据采集系统工程方案即现场实现方式，一般有如下三种技术模式：

模式1：主站-GPRS/CDMA、有线电话网、光纤-集中器-微功率无线或低压电力线载波-采集器-RS485总线-智能电能表。

模式2：主站-GPRS/CDMA、有线电话网、光纤-集中器-RS485总线-智能电能表。

模式3：主站-GPRS/CDMA-带GPRS/CDMA模块的电能表。

在为民用建筑中的多层、小高层、高层楼房选择设计方案时，结合当前电网系统和设备状况，建议选择模式2。

3.1既有建筑改造设计方案选择

对既有民用建筑进行升级改造设计时，低压户表数据采集系统中电表箱之间的RS485总线可以沿墙套管敷设或地下埋管敷设，沿墙敷设管径≥16mm，地下埋管敷设管径≥20mm。若电表箱内无线通信信号满足通讯要求，安装集中器后无线通信信号不满足通讯要求，可协调通信公司加装信号放大器或将集中器移至楼道门或窗附近挂箱安装，如果集中器、采集器接表超过64块，则每个采集设备RS485口接表需尽量均衡。

1)安装在楼道内1～2层的电表箱，若电能表总数不超过120只，信号强度满足通信要求，可在每栋楼安装一个集中器，集中器安装在中单元表箱内，且尽量保证集中器3个RS485口接表数量相等。如果电能表数量>120只，需适当增加集中器数量。

2)小高层、高层楼房中，表箱可分层集中安装或地下集中安装，若每个单元超过64只电能表，需安装一个集中器。

3)小区内沿街门市的单相表、低压三相表可通过RS485总线接到邻近的集中器。

4)小区内物业用电，电能表安装在高压配电室内或箱变内，通过RS485线接在台区终端下。

3.2新建居民小区设计方案选择

对于新建居民住宅小区而言，在进行户表数据采集系统设计时，表箱间RS485通道采用套管敷设模式，并将RS485线、信号线通道预埋到墙内或地下。一栋楼内相邻两表箱间至少设计一个RS485线通道，安装在地下(或半地下)的表箱设计通过RS485线或信号引出线管，将集中器或信号线引出；孤立建筑表箱和就近表箱间设计一路RS485线通道，且通道管径≥20mm；所有设计线路敷设后线径截面积不得超过管截面积的40%。RS485线管预埋到表箱右方RS485接线孔处，信号线管预埋到表箱右下方进线口处。集中器安装位置和个数可参照前文3.1章节。

3.3户表间通信电缆敷设

根据施工现场情况，电表间通信电缆应合理冗余并正确排放。要求相邻电表之间电缆长度以表间距+200mm为宜；在与电能表通信口连接处，其通信线端头绝缘层剥线长度以10mm为宜，保证可靠连接并防止通信线金属部分外露。位于总线中间的RS485接口处应采取冷压接或其他有效措施，确保通信级联可靠。表箱内如有线槽，通信电缆布线需入槽[3]；如无线槽，相邻电表之间使用≥2个线卡或扎带横平竖直地固定通信电缆，不得凌空飞线。电表间通信电缆敷设示意图见图4。

图4　电表间通信电缆敷设示意图

对共用同一级抄终端的多个表箱，其表箱间应布设级联电缆，电缆中间应无接头。电缆选用双芯屏蔽电缆(2×0.75mm2或2×1.0mm2)，通信线应分色标识。

同一单元内表箱间与表箱外的通信电缆敷设一般应紧贴墙面安装PVC明管，管卡固定间距宜≤500mm，拐角两侧应增加管卡固定，对于嵌入式表箱可开墙埋设PVC管，埋设后的墙面应恢复原貌。电缆屏蔽层宜在靠近终端一侧可靠接地。同一单元内表箱间通信电缆敷设示意图见图5。

图5　同一单元内表箱间通信电缆敷设示意图

跨单元的通信电缆敷设，根据现场情况，可穿管、线槽、钢索、地沟敷设，电缆敷设长度宜≤500m，使用钢索架空敷设时与地面的最小距离宜≥2.7m，通信电缆与绝缘电缆线路的距离应≥0.1m，与其他弱电线路之间应设置有效的分隔措施，管卡固定间距宜≤500mm[4]。相邻单元表箱间通信电缆敷设示意图见图6。

图6　相邻单元表箱间通信电缆敷设示意图

穿楼层的通信电缆敷设，可根据现场情况穿管、管道井敷设，与绝缘电力线路的距离宜≥0.1m，与其他弱电线路之间应设置有效的分隔措施，管卡固定间距宜≤500mm。

3.4低压集抄终端安装

低压集中器应安装在GPRS信号强、易于取电、方便布线和维护检查的位置，应避开烟道出风口。民用建筑中多采用模式2描述的两层结构模式集中器。这种模式中，当电表箱内有空表位时，宜将集中器安装在表箱内；当电能表箱无空表位时，宜加装专用终端箱。集抄终端箱安装示意图见图7。

图7　集抄终端箱安装示意图

采用两层结构模式的集中器，有3路抄表RS485接口，当所接电能表数量较多时，应充分利用3路RS485接口，合理分布每路RS485接口接带电能表数量，使每路RS485接口接带的电能表数量相对均衡，每路RS485接口应加标号区分，集中器应尽量居中安装以方便现场布线。集抄终端安装位置示意图见图8。

图8　集抄终端安装位置示意图

4　结束语

户表数据采集系统的结构、工程方案和通信信道的建设布局对系统的实现有着重要的作用，对户表工程设计的理解有着很大帮助，本文通过对工程中实际应用的介绍，希望为住宅建筑的设计人员在户表设计施工方面提供参考。

[1]段其昌,董平.无线抄表系统中的网络数据传输和信息交互分析[J].自动化技术与应用,2009,28(2):62.

[2]霍章.电力通信几种主要传输方式的应用分析[J].电力系统通信,2006,27(164):61-63.

[3]杨宏业,张跃,吕芳.自动抄表系统中通信方案的现状与展望[J].电测与仪表,2001,38(428):8-11.

[4]郭恩磊,徐建政.远程自动抄表系统中的现代通信技术[J].电力系统通信,2007,28(181):56-60.

Study of Residential Electricity Meter Data Acquisition System

Li Jiufu/Zuo Meiyang/Wu Zhong

为了给民用建筑配电工程的户表设计、施工提供参考，对应用于居民“一户一表”工程的户表数据采集系统进行了研究，介绍了该系统的结构、通讯方式以及工程方案选择方法，建议民用建筑中多采用模式2描述的两层结构模式，电表间通信电缆应合理冗余并正确排放，集中器安装位置应尽量居中布置以便现场布线。

民用建筑“一户一表”工程户表数据采集系统通讯电缆

In order to provide the reference for civil building engineering design,meter data acquisition system of one family one meter project is studied.Its structure,communication methods and engineering scheme selection methods are introduced in detail.And it advise that two-layer structure called mode 2 is applied widely in civil buildings and communication cable between meters should be reasonable redundancy and properly placed.Concentrator installation position should be placed in the middle.

civil building,one family one meter project,meter data acquisition system,communication cable