电能量采集系统在水电厂的应用探讨

（1.江西罗湾水电厂，江西 宜春 330600；2.南昌科晨电力试验研究有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

目前，电力系统的控制与管理正逐步走向智能化、集约化的道路。电厂作为一个发电企业，其经济效益好坏完全由上网电量体现，而传统电能计量方式是人工定期抄表获得发电量、上网电量等电能数据，并通过人工计算得出变损、厂用电率等重要生产指标，这无疑给员工带来了巨大的工作压力，同时抄表时间差也给核算带来误差，而及时准确的统计相关电能数据并与电网公司进行结算对电厂来说至关重要。电能量采集系统作为提供电厂上网、下网和关口点电能量的计量，分时段存储、采集和处理，为结算和分析提供基本数据等功能的管理分析系统，能充分解决上述问题。并且能通过数据分析找到降低厂用电及变耗的方法。对目前正在推进‘远程集控，少人值守’的电厂来说更有助于提高管理水平，增加企业经济效益。

1 系统结构与配置

电能量采集系统采用分层分布式结构，由主站系统、分站系统、和通讯模块三部分组成。主站系统的结构为分层式局域网络，数据采集系统通过光纤的方式与采集终端通讯，同时抄录站端采集装置的信息。数据传输支持主站召唤方式和终端主动上报方式，终端将电量数据和时标上传至主站。主站可发广播命令，同时完成终端统一对时、电能表数据冻结、电能表处理器复位等功能。具体结构如图1所示：

图1 电能量采集系统图

1.1 主站系统

1.1.1 硬件部分

罗湾水电厂的电能量采集系统主站由采集服务器、数据库服务器、管理终端、WEB服务器、安全网关组成。

1）采集服务器是系统的主要组成部分，主要是获取分站系统传输过来的数据并与电站时钟系统对时，保证数据的实时性与准确性。

2）数据库服务器采用单机工作方式，主要作用是对采集服务器的数据按照需要写入并保存在数据库中，以备管理终端随时查询调用历史数据与实时数据。

3）管理终端主要是通过对数据库服务器的历史与实时数据进行相关处理，输出相关分析报表。

4）WEB服务器是把内部数据输出到外网中，以便外网能方便地获得相关报表数据或调用相关数据库数据。

5）安全网关主要是保障内网数据与外网数据的安全，杜绝外部入侵到内网。

1.1.2 软件部分

系统软件按三层浏览器/服务器（Browser/Server）及客户机/服务器（Client/Server）结构、模块化、分布式设计，实现业务与数据分离，采用DCOM、JAVA、J2EE进行编写。底层包括支持平台（操作系统、数据库及数据库访问接口）及服务器模块（软总线、数据处理、前置通讯、事项服务等）；中间层具有访问底层的统一接口；应用层通过中间层对底层进行访问。系统模块采用跨平台设计，其中对重要模块实现主辅备份。操作系统支持UNIX、Linux、Windows等主流操作系统，并根据需要采用B/S或C/S模式。数据库普遍采用商用数据库管理系统，支持oracle/Sybase/sql server/access，充分保证系统容量和计算能力。

1.1.3 系统软件模块

1）软总线模块。提供构筑在TCP/IP通信协议基础上的一整套系统内跨平台通信解决方案，实现按名字定位的网络透明通信及屏蔽底层的具体通信细节。同时提供用户管理机制，为上层模块的开发提供更多的方便。

2）控制台模块。主控台是基于软总线模块建立的，它是整个系统的主界面，为管理本机上运行的各个模块提供了统一入口，具有友好的操作界面，便于用户管理，易于维护系统的正常、稳定运行。

3）前置通信模块。主要实现系统的数据采集，根据设置的自动采集策略采集远方终端数据，事项数据通过软总线发送到事项服务器，由事项服务器统一处理。

4）Web应用模块是综合电能量采集系统与管理系统的浏览器界面。采用Web方式实现系统基本的人机对话，在客户端实现免安装和维护。

5）事项管理模块。分事项服务器和事项查看器，其中事项服务器负责接收系统内各模块发送的事项，并实现保存、转发功能。

6）图形化人机会话模块。绘制和显示各类示意图。

7）数据处理模块。用于接收前置通信模块采集的原始数据。并存入数据库。一般来说，电表的电能量原始数据主要有窗口值和负荷曲线，在次基础上同时考虑换表、换电流互感器以及旁路替代等操作实现计量点电量的分时段、日、月、年等统计。统计的电量数据是所有其他高层应用的基础，因此电量数据的正确性关系到高层应用的正确性，是一个比较重要的模块。

1.2 分站系统

分站系统由采集终端设备及表计组成。采集终端设备采用IEC870-5-102规约、CDT规约与主站通讯，并支持接口规范的任何主站（其工作原理如图2所示），支持接入主流表计。其主要功能是采集、存储电能表的数据，监测系统运营状况，通过不同的通信方式按照一定的通信协议与主站交换信息。

图2 电能量采集终端工作原理

主要有以下功能：

1）电能量采集功能：通过RS485口，采集电能表的各种类型电能数据、总最大需量及总最大需量发生时间、瞬时量数据、失压数据、断相数据、考核数据（仅限东方电能表）、电表状态字（仅限东方电能表）等。

2）历史数据储存功能：长久保存采集的各项数据及采集器自身生成的各项数据，掉电数据不丢失。具有防误写措施，以保证数据的准确性。

3）时钟及校时功能：具有实时时钟和日历，时钟可由主站定期校准，以保证时钟的统一和准确，同时终端也可对表计校时。

4）异常记录性能：自身运行工况记录（开关机时间等）、通讯异常记录、参数修改记录、参数错误记录、电能量数据错误记录、所有异常记录均可向主站传输。

5）通讯功能：满足DLT-645多功能电能表通讯规约。

6）数据处理：能够对各路电能表的数据进行处理，分时段、日统计各路电能量数据并存储，时段及间隔可根据需要设定；记录和处理电能终端的各种事项。

7）人机界面：可设置和显示各路电能表的窗口值，电表的满度值、电表的每转脉冲数和每度电的脉冲数；可观察各种数据信息、参数和状态，可当地设置、修改参数，校对时钟；可查询当前某一路的电压、电流值及查看当前遥测数据；可监视各路串口的通信状态及通信参数。具有安全访问措施，可设密码，键盘锁定，禁止非法操作。

8）自恢复：具有看门狗电路，可使系统自动恢复，具有自检和自恢复功能。

表计包括5块智能关口表，用于核算上网电量，3块智能表用于统计机组发电量，2块智能表用于变损，2块智能表用于厂用电计量。表计都具有精确的分时计量三相正反向有功电能、四象限无功电能以及需量功能；精密实时测量三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等；监测并记录失压、失流、断相等事件。

2 主站系统处理软件功能

罗湾水电厂采用的是东方电子的DF6100软件系统，具有开放的数据库，友善的人机界面，方便各系统的访问。目前实现了以下功能：

1）采用树型结构管理和构造电厂设备，并能对定时采集方案、通道、电能量采集终端、计量点和信息体地址等参数进行实时维护。

2）完成换表日志、旁路事件、人工追补电量、置入电量及表码修改等引起的电量计算，实现数据一致性。

3）实现计量点原始数据、计量点电量、考核对象电量和线损（不平衡）分析数据浏览和分析，并通过表格和图形（曲线、棒图、饼图）显示以供其管理部门浏览查询。

4）对水电厂用电率、变损率、发电耗水率等指标进行分析。

5）可以针对水电厂自身的需求设置自定义报表。

3 目前使用情况

3.1 提高了工作效率

自动抄表系统替代了传统的人工抄表，节约了大量人力成本。且系统的实施适应目前“远程集控、少人值守”的趋势，在值班人员减少的情况下保证了工作正常执行，提高了工作效率，消除了因视线环境等因素造成的人工抄表漏抄、误算、估算等现象。

3.2 提高了企业的现代化管理水平

通过计算机对采集数据的分析处理，能实时地给相关人员提供所需要的计算数据，通过日报表能及时发现异常数据。有助于管理者及时发现问题并分析原因，并对线路及设备隐患及时处理，减少电量损失。利用机组发电量和电厂上网电量进行综合比较分析，从而实现对电厂变损的准确、实时统计和分析，为提高电厂发电效率，减低损耗提供了重要的技术支撑。

3.3 需要改进的地方

由于经费限制，罗湾水电厂电能量采集系统采用较为简单配置，只部署了单数据服务器及单网络，这种配置存在着可靠性不高的情况，最佳方案是采用主备二台数据服务器、二台采集服务器，采用主备双网系统，避免单机故障影响系统运行。

4 运行中出现的问题及解决方法

1）机组表计无数据传输。

现象：查询机组表计实时数据不变，报表中机组数据也不改变。

分析：由于机组表计是用光纤与电能量采集终端连接，需通过485光电模块转换，检查发现模块工作不正常。

处理：替换485光电模块，数据正常。

2）通讯不正常，时通时不通。

现象：采集器数据不完整或主站终端报表数据不全或错误。

分析1：网络电缆布线不合理。

处理：RS485网络电缆必须使用双绞线，且用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，信号通道单一连续。

分析2：线路阻抗不匹配。

处理：短距离线路可以不需要考虑阻抗，但如果长

距离则必须匹配相应线路阻抗。

分析3：现场的电磁干扰严重，造成一些区域电磁信号强，但收发器有一定的共模电压范围，严重的电磁干扰会产生共模干扰，造成此范围内数据网络工作不正常。影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。

如图3所示：当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD，超出正常工作范围。

图3 共模干扰原理图

处理：RS485通讯设备之间也需要共地，以屏蔽外界电磁干扰。

3）数据库不正常。

现象：System.Data.SqlClient.SqlException:在建立与服务器的连接时出错。

分析：由于电脑死机强制启动，怀疑SQL服务没启动。

处理：启动SQL Server配置管理器。

展开SQL Server 2005网络配置。

选择“MSSQLSERVER协议”。

右键单击TCP/IP，并选择“启用”。

选择“SQL Server 2005服务”。

右键单击 SQL Server（MSSQLSERVER），并选择“重新启动”。

4）新换的表计无数据。

现象：无法获取到新表计数据，查看通讯状态为断。

分析：电能量采集终端中根据电能表地址访问电能表，只有地址有且正确才能通讯正常。

处理：把表计上的地址准确输入到电能量采集终端。

5 结语

罗湾水电厂电能量采集系统改造后投入运行已有一年多，从目前使用情况表明，该系统具备有良好的人机界面、功能全面、运行人员使用简单，能满足罗湾水电厂“无人值班”（少人值守）的要求。电能量采集系统的成功改造，使罗湾水电厂管理与决策能力得到进一步提高。