电能量采集系统在水电厂的应用探讨

燕 来，何家宁

（1国家电投集团江西罗湾水电厂，江西 宜春330600；2.安康水电联合实业有限责任公司，陕西 安康725000）

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，能充分解决这些问题，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

电能采集系统由主站系统、分部系统和通信模块3部分组成（图1）。

1.1 主站系统

（1）硬件部分。我厂的电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。

图1 电能量采集系统图

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，保证实时数据的及时与准确。

2）数据库服务器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，以便外网能方便的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。数据经简单的处理后传输给服务器，通过前置机可以直接查。

（2）软件部分。采用了DCOM、Java、J2EE进行编写，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。

1.2 分站部分

分站由采集终端设备及表计组成。

（1）采集终端设备，采集终端设备采用IEC870-5-102规约、CDT规约与主站通信，并支持接口规范的任何主站（图2）。支持接入主流表计，具有以下主要功能：

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。

3）时钟及校时功能：主站对钟、当地维护对时、异常记录性能：自身运行工况记录（开关机时间等）、通信异常记录、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。

4）通信功能：满足DLT-645多功能电能表通信规约。

图2 电能量采集终端工作原理

（2）表计，由5块智能表组成关口表，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块用于厂用电计量。表计都具有精确地分时计量三相正反向有功电能、四象限无功电能以及需量；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，方便各系统的访问，友善的人机界面，目前实现以下功能：

（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）分析数据浏览与分析，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，能实时的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动数据。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。利用机组发电和电厂上网电量进行综合比较分析，从而实现电厂变损的准实时统计和分析，为提高电厂发电效率减低损耗提供重要技术支撑。

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配置较为简单，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2台数据服务器、2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）机组表无数据传输现象：查询机组表实时数据不变，报表中机组数据也不改变。

分析：由于机组表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）通信不正常，时通时断

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，由于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。

处理：RS485通信设备之间也需要共地，以屏蔽外界电磁干扰。

图3 共模干扰原理图

（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）新换的表无数据。

现象：无法获取到新表数据，查看通信状态为断。

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信正常。

处理：把表上的地址准确输入到电能量采集终端。

5 结束语

罗湾水电厂电能量采集系统改造后投入运行已有1年多，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。