电能计量装置运行安保及监控系统的设计

刘攸坚，王 鹏，傅子明

（广东电网有限责任公司佛山供电局 广东 佛山528000）

电能计量装置运行安保及监控系统的设计

刘攸坚，王 鹏，傅子明

（广东电网有限责任公司佛山供电局 广东 佛山528000）

现代的生活离不开电，电力的稳定输送受各种各样的情况和因素影响，天气、环境、人为破坏、设备老化等等，针对以上问题，本课题将设计一种可以检测监控环境变化、防止人为破坏作出预警措施的系统。该系统提供了实现电能计量装置在线监测的现场技术改造的具体方法，实现了电能计量装置运行的安保和监控功能，具备很好的使用价值。

设备老化；预警；安保；在线监测；技术改造

电能计量装置运行安保及监控系统实现对电能计量装置防窃电安全保护、异常报警、以及非法操作行为的监控，监控信号处理模块实现对其他单元的监控和采集信息进行处理，并通过信号传输通道实现采集数据的上传[1]，后台软件系统实现对现场采集和监控设备的控制，进而全方位实现对现场计量装置的安全保护、异常监控和告警。

本研究建设的电能计量装置运行安保及监控系统，是一套能够实现对现场计量装置防窃电监控、现场铅封信息管理、电房人员进出、现场视频和图像信息采集与处理、异常信息报警与存储、可视化现场运维管理[2-3]；能够增强保护现场计量装置的数据安全，实现对非法窃电行为的监控、报警、事后追溯，增强现场作业运维的远程管理能力。

1 现有系统的局限性

目前国内对这方面的研究都是针对某一单独需求进行的，譬如门禁技术的研究、防窃电技术的研究、现场视频监控技术的研究。但对计量装置运行安保及现场监控系统，包含本项目技术特点（电房人员进出、柜门联动、门禁监控与管理、现场图像及视频监控、利用现有采集终端数据上传通道传递现场监控信息等）的研究尚属首次。

现有系统存在的问题：

1）利用传统的电能表现场校验方式，现场运行的电能表按照用户负荷的大小来划分，确定周期性地现场校验，其缺点是现场校验的周期长，且难以实时的监测电能表实际（变化的）负荷时电能表误差情况，对于电能表工作中发生的故障不能及时的发现，造成计量不准确；

2）对失压、断相缺乏有效的监测手段，难以及时发现由于失压和断相所带来的电能损失；

3）不能实时地跟踪和校验电压二次回路的压降；

4）对电流二次冋路发生的故障不能及时的发现和处理；

5）虽然当前一牲屯能表具备现场数据采集和远程通信等功能[4-6]，但传输的一般只是电能表中事先储存的数掘，无法完成对电能表、互感器、二次回路的现场运行情况进行实时监控。

2 本系统设计的理论基础

本系统采用当今最先进的数字电子技术、识别技术、无线通信技术以及网络技术，把智能识别、计算机网络管理、数字监控集于一体。其中电能表检定装置组成结构图和典型的电能计量装置如图1所示。

图1 电能表结构图

2.1 计量柜上下门互锁机构及IC卡密码锁

安装在用户现场的电能计量柜一般由上下两部分组成，上部安装负控、配变采集终端及电能表等仪表，下部安装电压、电流互感器[7]。为了保证计量信息的安全，计量柜门都要安装数个铅封并加贴封条，防止对计量柜内的计量仪表和线路做非法改动。

目前所使用的计量柜都有上下两个门，无联动机构，柜门关闭后分别采用传统的机械铅封加封，并在上下门之间加贴封条。每次在现场进行施工后，都必须重新进行加铅封、贴封条等工作[8-9]。由于传统的铅封加封工艺很简单，经常发生不法之徒私拆铅封，更改计量柜接线或仪表，然后用仿造铅封代替原有铅封的情况出现，给国家造成很大的财产损失。

1）实现双门联动，只有打开上门，下门才能打开；

2）在上门适当位置安装IC卡密码锁，每把锁配置3张独立的IC卡，持卡人可通过刷卡（密码、指纹）等方式进行开锁，每个人的开锁时间、工号均会被自动记录并上传到计量装置现场安保及监控管理系统中，智能IC卡电能表的总体结构图如图2所示。

图2 智能IC电能表检定装置组成结构图

2.2 现场监控及数据处理

1）在异常开启柜门时，通过密码锁的触发，在计量柜门开启瞬间启动监控摄像机进行拍照、针孔摄像机进行视频监控。

2）监控信号处理模块获取监控和采集设备的信息，并对其进行分析处理，并将所需要传输的信息映射为电量信息，通过终端通道上传到主站。

3）自动记录计量柜门非法开启和关闭时计量装置运行参数信息，例如客户档案信息、电能表底度等，发送到后台主站并产生告警[10]。

4）通过RS485通信接口和采集终端建立通信联系，实现数据的获取和传输。RS485在系统通信图如图3所示。

图3 RS485在系统通信图

5）存储并管理监控摄像机视频文件，可通过USB接口传送视频文件，作为现场非法行为的证据。

6）采集设备可对电子铅封信息进行读取，然后通过与终端的数据交换，实现后台对现场铅封状态的管理。

2.3 计量装置安保及监控管理系统

管理中心系统软件采用SQL后台数据库，通过现有自动化平台接口后通过现有GPRS无线网络与各监测点保持实时连接[11]，实时采集各监控点环境变量数据，并实时反馈各点工作状态。是集门禁管理、防盗报警、环境监控及巡更巡检功能于一体的综合安防管理系统。

2.4 数据通讯通道

利用现有的通讯通道，将现场数据采集处理装置设置为一个计量点，将各种信号（除图片及视频）以任务数据或告警的方式上送给主站；图片、视频则存储在本地采集装置中，如有需要也可通过与终端的通讯[12]，利用终端通讯协议上送到电能计量运行安保及监控系统主站。

3 本系统控制框图及各部分功能

各模块功能如图4所示。

图4 现场设备框图

①监控信号处理模块：信号采集及处理单元，接收其他单元电路的信号并进行信号处理并对其它单元进行控制，按电能表电路的标准，采用DL645协议、利用RS485总线和采集终端之间通信。

为了使用采集终端现有的通信网络和主站之间进行通信，此模块的设计必须当作一只电能表进行设计，报警信息映射为各种电量信息，作为采集终端的一个计量点而使用。

②门节点传感器：一组开关量采集电路，每一只开关可以被定义为一定的含义。譬如开关1检测柜门打开状态、开关2检测某一只接线盒盖打开状态等等。

③监控摄像机：当柜门打开时开始启动，监控并记录在计量柜内的所有操做，柜门关闭时，监控停止；当柜门开启瞬间针孔摄像机记录开门者的图像信息。

④雷达感应开关：雷达感应开关在采集设备内部，外观上无法发现，当人员通过门或窗户进入电房时，在最远10米范围内，雷达无死角自动感应，避免门禁方式被破坏或绕过门禁的方式进入电房。

⑤电子铅封扫描：利用手持扫描设备扫描电子铅封，将扫描信息通过红外传送给监控信号处理模块进行处理，或在监控信号处理模块的采集设备上增加电子铅封通讯模块，直接与电子铅封进行数据交换。

⑥IC卡密码锁：IC卡识读及门锁开启。

⑦负控配变采集终端：现有的采集终端，将监控信号处理模块设置为一个计量点，按既定的采集方案及采集周期进行信号采集。

⑧计量柜现场安保及监控管理系统：系统应用软件和计量营销系统通过网络（TCP/IP）相连，接收来自计量营销系统有关监控信号处理模块这个计量点的所有电量信息，然后对这些电量信息进行反映射，还原成本来的现场监控信息。

⑨备用电源系统：在停电状态下，为本监控系统提供电源，可以提供电能。

1）系统管理

本系统中的配电室智能监控系统中包括了大量的系统运行时参数，通过对这些参数进行调整可以对系统的运行模式进行调整[13-14]。与此同时，为了能够对系统的运行过程进行合理的数据权限控制，系统对参与管理操作的相关单位、工作人员进行了分类整理，并按照单位职能以及人员工作岗位的不同为其分配不同的权限。

2）基础数据管理

系统在运行过程中会从安装部署在配电室的相关传感设备中可以获得电气设备信息、传感设备信息、视频监控信息以及系统在运行过程中的相关控制参数信息等方面。所以系统的基础数据管理功能结构模块即是提供了对这些监控数据的相关管理操作功能接口。

3）视频监控

目前，在佛山市的配电室网络中均安装了摄像头，用来对配电室进行监测，所以系统的视频监控功能模块主要是为工作人员提供对上述摄像头设备以及采集得到的视频文件进行相关管理的功能接口。

4）测温管理

系统的测温管理功能模块可实现对配电室中的各个电气设备的运行温度进行实时监控，确保电气设备在安全的温度范围内运行，当发生温度异常时能够自动进行异常报警，并对报警信息进行存储和管理操作[15]。

5）温度湿度监控

系统的温度湿度监控模块的功能模块是对配电室内部环境的温度和湿度值进行实时检测，并在温度指标或湿度指标超出预定的安全范围时自动进行异常报警，同时将异常报警信息进行存储和管理。

6）电能计量表检定装置试验

①误差测量。在规定接线方式下测量装置误差，可配置出最大、最小电压测量范围（量程），测量结果应满足相应准确度设计要求。

②检查装置自检功能。当出现传输通道连接错误或通信错误的情况时，对应的电能表计量系统应能及时地提供明显的故障提示信息[16]。

③标准偏差估计值的测定。通过设置功率因数λ=cos φ=1，对系统进行相对误差测试，代入公式（1）可以计算标准偏差。

其中，Ei表示第i次测量的相对误差，E为各次测量Ei的均值，即为，本系统的 n＞5。

4 结 论

通过电能计量装置运行安全及监控系统的设计，可实现对计量装置现场运维情况实时监控、现场计量柜异常开启自动报警、能够及时有效地防治现场窃电和实现现场运维可视化管理，它能方便内部工作人员出入，杜绝无关人员随意进出，并能实现巡检巡查监督工作；同时可以接入多种探测设备，实现防区联动报警功能，并能实现环境变化的监控。

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Design of operation security and monitoring system of electric energy metering device

LIU You-jian，WANG Peng，FU Zi-ming
（Guangdong Power Supply Bureau of Foshan Power Grid Co.，Ltd.，Foshan 528000，China）

Modern life can not be separated from power and the stability of the power delivery is affected by a variety of situations and factors，weather，environment，man-made destruction，aging equipment and so on，in view of the above problems，this topic will design a kind of inspection and monitoring environment change and preventing measures of early warning system of man-made destruction.This system provides the concrete method of the field technology transformation to realize the on-line monitoring of the electric energy metering device，realizes the security and monitoring function of the electric energy metering device，and has the very good use value.

equipment aging； early warning； security； on-line monitoring； technical transformation

TN91

A

1674－6236（2017）16-0150-04

2016-09-10稿件编号：201609111

广东电网公司科技项目（030600KK52140076）

刘攸坚（1981—），男，广东三水人，助理工程师。研究方向：计量自动化终端运行故障诊断、终端通讯技术等。