解决方案︱抽屉式配电柜用电异常解决方法
中国电工技术学会定于2016年9月26~27日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。
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深圳市中电电力技术股份有限公司的研究人员刘坤鹏，在2016年第7期《电气技术》杂志上撰文，针对抽屉式配电柜抽屉更换导致的电量数据异常问题，介绍了现有三种处理方式，分析这三种方式存在的不足，提出两种自动化智能识别的解决方案，并介绍了实际的应用案例。
1 问题背景
1.1 抽屉式配电柜
抽屉式配电柜采用钢板制成封闭外壳，进出线回路的电器元件均安装在可抽出的抽屉中，构成能完成某一类供电任务的功能单元。功能单元与母线或电缆之间，用接地的金属板或塑料制成的功能板隔开，形成母线、功能单元和电缆三个区域。
每个功能单元之间也有隔离措施。抽屉式配电柜具有较高的可靠性、安全性和互换性，是比较先进的配电柜。它适用于要求供电可靠性较高的工矿企业、高层建筑。
除了用电设备本身故障外，抽屉内的各个部件也会出现故障，对于供电可靠性要求高的工厂，为了不影响工艺生产，抽屉出现故障时必须在尽可能短的时间内恢复供电，解决办法是使用备用的抽屉直接整体更换，然后对更换下来的抽屉做维修，维修好后作为备用抽屉。
1.2 更换抽屉引发的问题
为了实现对整个配电系统的集中监视控制，需要安装各种电动机保护控制器、多功能数字电表等智能设备，通过通信的方式把数据传送给计算机监控系统做集中监控，生成各种运行报表。在运行过程中出现用电异常的情况，经分析，主要是因为更换抽屉导致的。
各种智能设备均安装于抽屉式配电柜的功能单元的面板上，一个抽屉对应一个智能设备，抽屉抽出后，智能设备和用电回路均断电，更换抽屉时连同智能设备一起更换。由于智能设备更换，因为每个智能设备的电量表底值不同，从而导致计算机监控系统生成的电量报表出现问题，影响电量报表的准确性。
1.3 抽屉柜更换步骤分析
更换抽屉柜前，维修人员通报监控系统值班人员准备更换抽屉柜，维修人员通过面板查看并记录待更换抽屉所在的用电回路编号、智能设备通讯地址、智能设备的电度表底值；
更换抽屉柜时，维修人员按照规程执行停电操作，记录停电时间，拉出抽屉柜，拆除抽屉与柜体间的连线，换上抽屉，连接抽屉与本体的连线，按照规程执行送电操作，记录恢复送电时间，通过面板修改智能设备的通讯地址，查看并记录新更换的智能设备的电度表底值，通报监控系统值班人员确认通信恢复数据读取正常；
更换抽屉后，维修人员填写运行日志，记录被更换抽屉所在的用电回路编号、更换原因、停电时间、送电时间、被更换智能设备的电度表底值、新更换智能设备的电度表底值，提交给监控系统值班人员存档备查。
2 现有三种处理方式
2.1 现有三种处理方式描述
为了解决智能设备更换后导致报表错误的问题，目前有三种常见处理方式：
方式1是维修人员在更换智能设备时，把待更换的智能设备的电度表底值记录下来，写入到新更换的智能设备中，恢复通信后，不影响电度量的计算。
方式2是维修人员在更换抽屉时，把被更换抽屉所在的用电回路编号记录下来，把被更换的智能设备的电度表底值记录下来，把新更换的智能设备的电度表底值记录下来，提供给监控系统值班人员，由监控系统值班人员手动修正被更换抽屉所在的用电回路的用电度量报表；
方式3是维修人员在更换抽屉时，把被更换抽屉所在的用电回路编号记录下来，把待更换的智能设备的电度表底值记录下来，把新更换的智能设备的电度表底值记录下来，由监控系统值班人员在监控系统软件中手动录入用电回路编号、停电时间、送电时间、被更换的智能设备的电度表底值、新更换的智能设备的电度表底值，由监控系统软件根据这些信息自动修正被更换抽屉所在的用电回路的电度量报表。
2.2 现有三种处理方式的不足
方式1依赖于智能设备支持更改电度表底值功能，同时还需要维修人员掌握通过智能设备面板或用整定软件通过通信方式写入电度表底值，操作步骤繁琐，掌握此项技能比较困难。并且也依赖维修人员写入的电度表底值是正确的，一旦忘记写入或写错，也直接影响了最终的电度量报表出现问题。
方式2、方式3，都依赖于维修人员把更换前智能设备的电度表底值、更换后的智能设备的电度底度值报告给监控系统值班人员。如果维修人员或监控系统值班人员责任心不强导致记录或传递的数据有错误、或者没有按规定记录或传递这些信息、或者遇到交接班信息传递出错，就会导致最后的电度量报表存在很大误差甚至无法修正。特别是当用电回路多时，更换抽屉操作比较频繁的情况下，工作效率低、工作效果差、出错率高。
方式3依赖于监控系统软件具备录入用电回路编号、停电时间、送电时间、被更换的智能设备的电度表底值、新更换的智能设备的电度表底值的功能，具备根据这些信息自动修正被更换抽屉所在的用电回路的电度量报表的功能。
3 两种新的解决方案
本论文提出通过监控系统软件通过通信方式自动读取智能设备的序列号，或者通过监控系统软件的自动判断算法识别抽屉的更换操作，自动实现电度量数据的修正，不需要维修人员、监控系统值班人员的介入，不依赖于他们的技能、责任心，提高工作效率，减少电度量报表出错的几率。
3.1 通过智能设备内部的序列号自动识别
在智能设备的内部增加序列号，确保每台智能设备的序列号均是唯一的。监控系统软件通过通信方式实时读取智能设备内部的序列号、电度表底值，当本次读取的智能设备的序列号与前次读取的智能设备的序列号发生变化时，自动判定抽屉已被更换，自动生成抽屉更换记录信息，记录信息包括抽屉所在的回路编号、更换时间、更换前的智能设备的序列号、更换后的智能设备的序列号、更换前的智能设备的电度表底值、更换后的智能设备的电度表底值；
当本次读取的智能设备的序列号与前次读取的智能设备的序列号没有发生变化时，自动判定为抽屉没有被更换，根据“前次读取的智能设备的电度表底值”、“本次读取的智能设备的电度表底值”、“智能设备的电度翻转值”计算电度量累加到虚拟电度表底值中，并记录本次读取的智能设备的电度表底值供下次自动判断和自动计算使用。
3.2 通过对一定时间内的电度的消耗情况自动识别
针对智能设备内部无法增加序列号的情况，监控系统软件通过通信实时读取电度表底值，根据“前次读取的智能设备的电度表底值”、“本次读取的智能设备的电度表底值”、“智能设备的电度翻转值”计算前后两次读取时刻之间的电度量，当该电度量与对应时段长度的比值大于或等于设定的阀值时，则自动判定抽屉已被更换，生成记录信息，记录信息包含抽屉所在的回路编号、更换时间、更换前的智能设备的电度表底值、更换后的智能设备的电度表底值，记录更换后的智能设备的电度表底值供下次自动判断和自动计算使用；
当该电度量与对应时段长度的比值小于设定的阀值时，自动判定为抽屉没有被更换，根据“前次读取的智能设备的电度表底值”、“本次读取的智能设备的电度表底值”、“智能设备的电度翻转值”计算电度量累加到虚拟电度表底值中，并记录本次读取的智能设备的电度表底值供下次自动判断和自动计算使用。
如图1所示解决方案流程图，完整地展示了两种解决方案的处理过程。
监控系统软件基于每个用电回路的智能设备对应的虚拟表底值制作计算生产电度量报表。监控系统软件还可以自动生成抽屉更换的记录，替代了人工记录抽屉更换日志，减少抽屉维修人员、监控系统值班人员之间的信息传递，大大提高了系统运行相关信息的完整性、正确性、及时性。
图1 解决方案流程图
4 应用案例
河北冀衡化学股份有限公司是目前国内唯一一家以消毒剂为主业的公司，是世界最大的含氯消毒剂生产商，是美国市场唯一合法供应商。
智能装置包括PMC-550J、PMC-550M、PMC-43M等13款不同功能和型号的装置，监控系统软件采用的是综合自动化组态软件PecStar V3.2。现场的供电回路都采用抽屉柜的形式，目的是为了在供电回路出现故障时能够快速地更换抽屉，尽量减少停电的时间，减少对生产工艺流程的影响，保证不产生环境污染。
但是由于更换抽屉柜后前后的两个抽屉柜的智能装置的电度表底值不一样，这样用表底值做减法得到的用电量与实际不符，系统生成的报表数据存在较大的误差，成本核算部门每天、每月统计用电量报表发现异常都需要找维修人员、值班人员核对，出现问题沟通起来不太方便，采用人工的方式修正电能数据，耗时耗力。
如图2所示未采用新的解决方案前的工作流程，不同岗位之间的沟通成本非常高，严重影响工作效率。希望实现更换抽屉并使智能装置及时恢复通信后，能够自动修正用电量数据并生成报表数据。
图2 未采用新的解决方案前的工作流程
通过升级硬件使智能装置能够通过软件设定电度表底值，确保抽屉更换后电度表底值保持不变从而不影响用电量数据报表，但负责维修人员比较多，有时候人员也很难固定，对于计算机较复杂的操作能力上达不到，因此这种方案不可行。希望尽量能够智能一点，减少维修人员的操作步骤及操作复杂度。
针对内部有序列号的智能装置，通过读取该序列号来自动识别抽屉更换，智能累加虚拟表底值；针对装置内部没有序列号的只能装置，则通过设定电度消耗阀值，定时读取一次电度表底值，进行电度消耗判断，智能识别抽屉更换，智能累加虚拟表底值。
在根据新的虚拟表底值进行用电量报表统计。通过上述方案的现场部署、应用，抽屉更换导致的电量数据异常的问题得到了很好的解决，减少了人为造成的各种错误、大大提升了工作效率。通过图3可以看出不同岗位之间的工作配合更为简单，各司其职，效率提升。
图3 采用新的解决方案后的工作流程
5 展望
本论文提出的方案应用范围包括电力监控、电能管理，通过系统软件与抽屉式配电柜的抽屉中安装的智能设备通信读取电能的表底值计算用电量。该方案也可以应用于能源管理涉及到各种能源计量，通过系统软件读取各种能源采集智能设备读取能源数据的表底值计算用能数据。