台区现场电能计量诊断分析仪研制

熊德智，刘雪飞，陈向群，李建新，吴志勇

（1.国网湖南省电力公司计量中心，长沙 410004；2.国网黑龙江省电力有限公司技能培训中心牡丹江分部，牡丹江 157000；3.郑州万特电气股份有限公司，郑州 450000）

目前，在国际上存在多种用电信息采集技术，现阶段国网低压用户采集主要采用的是电力线载波通信方式，由于不同厂家的载波模块的路由技术、调制方式不一致，低压用户总体采集成功率并不高。而影响载波通信成功率的主要因素为同频干扰和串扰。供电线路过长或载波干扰严重，载波模块无法将数据送至集中器，需要安装中继放大器进行通讯，但在现代化的大型住宅小区，实行集中供电、统一管理，同时使用7～8个甚至更多个变压器，而安装的集中器使用同一载波模块，同频率载波信号通过变压器，以高压电力线为媒介在各个台区间串扰，导致台区抄表失败[1-6]。该问题通过查找串扰源并选择阻波器的方法可以解决，但查找串扰源成了问题的关键。

随着国家电网公司电力用户用电信息采集系统建设的全面推进和深入发展，对主站的抄读成功率要求越来越高，台区抄表成功率成了评价台区是否达到实用化的一个重要指标，台区间的串扰信号是影响台区抄表成功率的主要因素，用户通过主站设置集中器不同时段抄表参数，以及加大实验室对集中器性能的检测手段，但对现场影响台区抄表成功率的这种串扰源快速查找却没有较好的方法[7-10]。

基于上述问题，研制一款集串扰源快速检测、故障表快速定位、台区线损现场分析于一身的台区计量诊断分析仪显得尤为重要。

1 系统设计

1.1 设计方案

台区计量诊断分析仪，内部安装有适合该台区的集中器载波模块，现场抄读时，需要从台区总表上A/B/C/N端取三相电压供电，通过总表的电力线与台区居民电能表进行载波通讯，实现数据采集工作。对台区总表是通过RS485方式实现数据采集。载波通讯时要把总表旁边的台区集中器断电，防止台区集中器载波抄表时干扰该系统正常工作。设计方案如图1所示。

图1 设计方案Fig.1 Design scheme

1.2 设计原理

台区计量诊断分析仪设计原理如图2所示。

图2 设计原理Fig.2 Design principle

便携式现场操作终端（笔记本电脑）装有测试软件，通过WiFi与台区计量诊断分析仪主机连接。WiFi模块是主机与现场操作终端的连接通道，同时通过两路RS232分别与MCU控制电路和集中器I型载波模块进行通信。电压输入端子为台区计量诊断分析仪与测试台区载波电压的连接端子，同时为仪器本身提供工作电源。直流供电模块为宽范围电源输入AC/DC模块，适应不同的电压幅值，将交流电压转换为直流供电，为仪器电路提供电源。MCU控制电路采用STM32030芯片，接收现场操作终端测试软件的指令，控制仪器配置的4个集中器I型载波模块的通道切换，通过RS485接口读取总表电能数据。集中器I型载波模块（四选一）可根据不同现场用的载波通讯类型，在操作终端测试软件的控制下，切换到相应的载波通道，抄读到的载波表电能数据通过WiFi模块的RS232通讯口上传到操作终端进行数据处理和分析。

2 软件设计

2.1 软件架构

本系统采用模块化、分层、面向对象的设计方法，编译工具采用Delphi7.0。软件架构如图3所示。

图3 软件架构Fig.3 Software architecture diagram

数据分析软件模块主要分为通讯服务模块、数据分析模块和数据管理模块。通讯服务模块主要包括规约解析模块和RSCOMM通讯模块，负责通讯端口的参数设置及通讯命令的处理，主要将规约解析模块解析的命令写入对应端口，同时将规约解析模块解析后的数据，通知应用程序。规约解析模块负责对收发数据按照载波通讯协议（DL/T645-2007）进行翻译，然后传递给通讯服务模块。RSCOMM通讯模块负责数据链路的维护，直接和设备连接。数据分析模块主要供主程序调用，根据主程序传递的参数分析数据，返回分析结果。数据管理主要通过数据存储模块完成，数据存储模块直接和数据库联系，负责数据库的维护。数据管理主要包括人员登录、用户管理、字典维护、台区表数据生成（联网、文件导入）、查询打印。

2.2 程序流程设计

台区表扫描程序流程如图4所示。现场操作终端开启扫描程序，设置好需要扫描的表计档案数据项，将数据扫描命令通过台区计量诊断分析仪，采用载波通信的方式下发到台区集中器，台区集中器接收扫描命令，通过集中器载波模块的路由功能，搜索台区电能表，并将扫描到的数据项通过载波通道上传给现场操作终端，现场操作终端将获取的数据与数据库中台区档案数据进行比对，并判断数据库中是否存在该数据，如果存在则更新数据，如果不存在则插入数据。然后按照数据比对结果，将数据项显示不同颜色，从而区分该台区档案信息是否正确，并对多抄或少抄到的电能表信息进行提示。

数据分析程序流程如图5所示。主程序启动后，首先制定抄读方案，通过载波通讯方式，对台区内电能表逐个进行数据抄读，主要包括实时、冻结、参变量、事件等数据，现场操作终端即时对抄读的数据进行比较分析，判断是否为异常数据，如果为异常数据，则对异常数据进行分级判断（严重异常、异常、轻微异常），并通过不同的颜色显示来提示用户，如果为正常数据，则返回抄读下一个电能表数据。该流程还可以对发现异常的台区电能表，通过营销档案比对的方式，确定其安装位置。

线损测量程序流程如图6所示。程序启动后，首先抄读台区总表上N次的冻结数据及冻结时刻，数据抄读结束后，自动找出相同的冻结时刻，并分别抄读分表起始时刻和终止时刻的冻结电量，依据线损计算公式，可选择性地计算出台区的日线损和月线损等。

图4 台区表扫描程序流程Fig.4 Scan program flow chart of transformer power supply range

图5 数据分析程序流程Fig.5 Data analysis program flow chart

图6 线损测量程序流程Fig.6 Line loss measurement program flow chart

3 主要功能实现

台区计量诊断分析仪实物如图7所示。该设备主要用于现场检查台区内电能表的运行状况、快速发现异常情况，为用电检查和排查台区间串扰源提供技术支持。

台区表扫描功能在导入台区表档案信息时，支持2种方式：台帐导入Excel文件、通过扫描自动获取表地址。扫描台区内电能表地址信息时，台帐中有该表而未扫描到，以蓝色背景提示；台帐中没有该表，而扫描到了，以红色背景提示。台区表扫描界面如图8所示。

图8 台区表扫描界面Fig.8 Scanning interface of transformer power supply range

数据抄读功能数据抄读界面主要分为3个部分：操作区、表信息区、分析区。操作区包括数据抄读方案选择、载波通讯模块切换。表信息区是从台区表扫描中导出的电能表信息，包括用户编号和通讯地址信息。分析区主要是对抄读的数据进行实时分析，对异常数据进行分级提示，红色表示严重异常数据，黄色表示异常数据、绿色表示轻微异常数据。数据抄读界面如图9所示。

图9 数据抄读界面Fig.9 Data read interface

现场线损测量功能设备与总表通过RS485通讯，与分表通过载波方式通信，分表抄读总表和分表上N次的冻结时刻和冻结电量，抄读结束后，软件自动找到分表和总表相同的冻结时刻，按照设定要求计算台区的日线损或月线损。线损测量界面如图10所示。

4 结语

图10 线损测量界面Fig.10 Line loss measurement interface

针对台区现场电能计量故障诊断技术手段的不足，系统分析了台区现场各类主要电能计量故障，研制了一种集串扰源快速检测、故障表快速定位、台区线损现场分析功能于一身的台区计量诊断分析仪；提出了台区计量诊断分析仪的设计方案，详细介绍了设计原理及其实现方式，采用了模块化、分层、面向对象的设计方法，对台区表扫描程序流程、数据分析程序流程、线损测量程序流程分别进行了设计和实现；该设备填补了国内台区现场计量故障诊断领域的技术和管理空白，有效解决了台区现场计量诊断分析的难题，能给现场运维人员提供强大的技术支持，具有很强的实用价值和广阔的应用前景。

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