一种电能计量装置及远程在线监测系统的设计
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国网浙江省电力公司培训中心、国网台州供电公司的研究人员王伟红、张丽红，在2016年第12期《电气技术》杂志上撰文，针对国家电网公司对国网智能电表自动化检验的需求，介绍了一种全新的电能计量装置远程在线监测系统。该监测系统可对已投入使用的电能计量设备进行在线监测、故障判断和记录分析，它是集信号、数据采集与处理、数据库管理、现场电能表误差自动校验、二次回路状态监测、报警、通讯于一体的远程监测系统。该监测系统可靠性好，功能强，具备较高的竞争力，对用电大户和各变电站都有很好的应用价值。
目前使用的电能表检测设备，功能比较多，显示内容也较丰富，但一般都只能在电能表生产厂站进行本地检测，是电能表出厂前的检测设备。而对于已安装在用户端使用的电能表，要对其进行检测，目前用的是现场校验仪，也是种本地检测设备。
对于已经安装好并投入运行的PT、CT和电能表，目前还没有一种可对其进行全方位在线测试的设备，对电能表的维护，还停留在出了故障、报修、上门检测、维修或更换的阶段，费时费力。
本设计的电能计量装置及远程在线监测系统，可对已投入使用的电能计量设备进行远程在线测试、故障判断、记录分析，实现电能表的统一管理、数据分析和遥控测试，省时省力，大大提高了电能表的管理和维护。
1 设计方案
本在线监测系统采用类似多通道标准表方案，每个电流二次回路串接一个采样CT进行采样,可保证二次回路不会开路；多段电压母线和采样CT的二次信号通过继电器切换可选择接入标准表的电量采集单元进行轮流测试；本系统主要由本地采集单元和后台主站管理单元两部分组成，如图1所示。
图1 在线监测系统
2 功能模块
2.1 后台主站管理单元
后台主站管理单元作为远程在线监测系统主站控制中心，对安装在各个厂站的本地采集单元的监测数据、测试参数及遥控测试进行统一管理和数据分析；同时还可以为其他管理系统提供数据源，其具备以下主要功能：
2.1.1远程遥控功能：A) 实现厂站本地采集单元的远程遥控测试，判断用电状况和电能计量设备的运行状况；B) 实现厂站本地采集单元的测试参数设置、读取和修改等；C) 可实现对运行中各厂站本地采集单元内的测试记录的下载和存储；
2.1.2数据统计分析功能：A) 具备数据统计功能，可以根据时间查询历史数据，并可以电子表格的形式导出数据，自动生成各种统计报表；B) 能够显示、查询系统的各项历史报警信息和内容；C) 具备趋势图绘制功能。
2.1.3异常信息报警功能：对各种异常情况进行主动上报，并及时通知运维人员。
2.1.4数据共享功能：可按照给定的数据格式，实现数据与其他数据管理系统的共享。
2.2 远程通讯网络
本地采集单元与后台主站管理单元可采用RSR232串行通讯、GSM无线通讯、电话网络通讯和以太网通讯等多种通讯方式进行数据交互，如图2。
图2 远程通讯网络
2.3 本地采集单元
在线监测系统的本地采集单元是实现对厂站的各个接入监测的电能计量点的校验信号采集、信息抄读、分析处理和存储的就地安装单元，如图3所示。
图3 本地采集单元
2.3.1主控单元：采用工控电脑和液晶显示方式，标准键盘；可手动操作，也可由后台主站软件控制电量采集模块、PT和CT切换模块以及电能脉冲切换模块实现各种功能测试；上行可采用RS232/以太网/ GSM和CDMA无线通讯/PSTN电话网络通讯；下行采用485总线方式通讯。
2.3.2电能脉冲采集切换单元：对多个回路的被测电能表输入脉冲进行切换，切换逻辑与电流回路CT 切换逻辑一致；
2.3.3多通道多功能标准电能表：主要包括电量采集模块、PT和CT切换模块三部分组成；各功能模块采用插卡方式安装，方便扩展。
2.3.3.1电量采集模块：A)具有当前回路电压、电流、功率、相位、功率因数和频率等各种电量采集功能，有无功电能脉冲可同时输出，也可通过切换选择输出；B)可对在线运行中电能表进行电能误差测试，具备三路被检表脉冲输入接口，可实现三路脉冲同时检测功能，提高检测效率；C)可在线测试PT二次回路的压降；D)可在线测试CT二次回路的负荷；
2.3.3.2 CT切换单元：采用插卡方式安装，每个单元可安装6组18路采样CT，并可对采样CT二次回路进行切换；保证CT不会开路；最多可实现四个CT切换单元进行级联。采用3回路电流切换为例进行说明，如图4所示。
图4 CT切换单元
CT切换单元每一个组电流回路安装一个采样CT,通过系统端子排与相应的被测电流回路相连形成一个完整的回路，当需要检测第一回路的电流时，CT切换单元通过通道切换继电器将采样信号（电流切换输出信号）切换到相应采样CT的二次侧，并将采样信号输入到电量采集模块进行测量；无论电流切换单元采样CT二次侧如何切换，采样CT的一次侧都不会开路，从而可以避免因CT开路造成安全隐患。
作为多通道多功能标准电能表一部分，当需要送检时，可以先短接在线监测系统端子排中的J1，J2和J3，如上图，再拆下标准表也可保证电流回路不会开路。
2.3.3.3 PT切换单元：采用插卡方式安装，可实现最多四段母线PT切换；
3 主要功能
3.1可测量并显示电压、电流、功率因数、相角、频率、有功功率、无功功率及视在功率等电力瞬时参数；并及时对被监测线路的异常情况提供显示、声音及远程报警。
3.2可对电能表有功和无功电能误差进行校验，具备主副表同时测试功能。
3.3能够实现宽电压、电流信号直接输入，系统具备电压、电流量程自动切换功能。
3.4具备电压、电流的向量图测量和显示功能，可方便判断现场接线情况。
3.5具有电压、电流波形显示功能，并可对电压、电流信号进行谐波分析，并采用柱状图显示；
3.6具备4段母线PT和最多24组CT切换功能，可对PT的二次回路压降和CT二次回路实际负荷进行在线监测，更准确的判断二次回路的运行状况。
3.7通过本地键盘数入或通信接口（本地或远程）设置各类参数，如：校验脉冲常数、测量圈数、接线方式、接入PT和CT的信息、测量内容、能制定测试任务功能。实现本地或远程启动任意回路的各个监测功能测试。
3.8所有监测数据可以手动或自动保存，方便本地和远程PC进行数据下载。
3.9具备本地和远程报警功能；系统应在发现系统自身异常和被监测回路异常时均能发出报警信息。
3.10系统可提供的报警信息包括：线路失压、失流；电能表超差；PT二次回路压降超限；CT及其二次回路运行异常、并做出定性分析、提示；系统自身异常等报警信息。
3.11系统支持多种通讯方式，包括：RSR232串行通讯，GSM无线通讯，CDMA无线通讯，PSTN电话网络通讯，INTERNET/LAN 网络通讯。
3.12后台管理软件功能
A) 汉化界面，具备用户管理功能，能根据不同的权限对现场终端设备进行可设定的不同操作内容.
B) 具备远程手动遥控测试功能；具备远程数据下载、现场监测设备的各种设置参数的下载、修改、上传功能。
C) 具备数据库文档，可以根据时间查询历史测试数据，并以电子表格的形式导出数据。
D) 具备数据统计功能，能够形成电能表误差数据报表、PT二次压降报表、CT二次导纳测量报表、CT二次负荷、PT二次负荷报表、现场电力参数报表等各类报表。
E) 具备数据分析功能，能够进行报警值设定，能够形成电表误差、PT二次回路压降、CT及其二次回路导纳变化等参数变化趋势图。
F) 能够显示、查询系统的各项历史报警信息内容。
G) 同一台现场监测设备可允许多台后台PC机在不同时间段内对数据进行访问，但同一时间只有一台能建立连接；同时同一后台PC机可不同时间段内对多台现场监测设备数据进行访问。
H) 能对计量设备综合误差在线统计和分析。
I) 具备WEB发布功能，可实现数据库的WEB资源共享。
4 实验结果（表略）
该系统通过实际操作和各种功能测试验证，测试数据和测试功能完全满足JG 597-2005 《交流电能表检定装置检定规程》、JJG 596-2012《电子式电能表检定规程》、DL/T 645-2007 《多功能电能表通信规约》等要求，可实现对计量设备全面的在线监测。
实时在线监测各线路的负荷情况和电能表的误差情况，可对电能表的准确度和稳定度进行在线评估。可实现PT二次回路压降和负荷、CT二次回路负荷及电能计量装置运行工况的在线监测，更准确的判断二次回路的运行状况。
5 结束语
本系统兼容本地测试和远程监控实现对计量设备全面的在线监测，有效地解决了人工现场检定和故障处理周期长等问题，同时具备现场校验仪的功能，支持多种通讯方式。目前该类产品已在多个厂家和省计量中心实现应用。