CN107436420A - 一种电能计量远程校验监测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能计量远程校验监测系统及其工作方法，包括现场监测单元、通讯网络和管理中心，其中：现场监测单元，对现场各个接入的电能计量点的校验信号采集，并将采集数据通过通讯网络传输给管理中心，所述原理中心对现场监测数据进行统一管理，同时为数据的网络共享提供数据源；该装置的核心系统可对在运行中的关口、大用户等各种类型的电能计量点计量装置进行全方位在线测试、故障判断、记录分析和自动校验。其监测范围包括：电能表、电流互感器及其二次回路、电压互感器及其二次回路。本发明将计算机技术、远程通讯与控制技术、B/S结构技术与计量二次回路现场检定技术相结合，实现对整个电能计量二次回路中的各个组成部分的远程、全方位的在线监测。

Description

一种电能计量远程校验监测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种电能计量远程校验监测系统及其工作方法。

背景技术

电网的分布地域辽阔,电能计量装置的现场维护、现场检验工作任务重、难度大。计量装置管理工作困难大。有些220kV变电站所在地位于交通不便的偏远山区，工作人员只能靠徒步到达，计量表计每季度的现场周期检验几乎很难实现。另外，在线周期检定时，误操作、接错线等时有发生，给人员和运行设备造成了安全隐患。

随着电能计量技术和通信网络技术的发展，实时校验，数据结果远程传输已成为可能和将来的发展方向。

与传统周期检定方法相比，电能计量远程校验监测装置的使用，不仅能够大大提高效率，节省工作成本，而且解决了偏远、极寒、自然条件恶劣地区现场校验无法实现的难题。另外，它的实时在线远程校验功能，能够每隔几秒钟就可以比对一次，大大降低了计量误差或差错造成的计量纠纷的风险，可以做到随时跟踪，出现问题有迹可查，方便追溯，及时调整等。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电能计量远程校验监测系统及其工作方法，本发明能够实现电力参数的准确、快速测量和监测，提高了相关从业人员的工作效率，并具有信息传递等功能的电能表检验与远程传输系统对保证电网安全与经济运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电能计量远程校验监测系统，包括现场监测单元、通讯网络和管理中心，其中：

所述现场监测单元，对现场各个接入的电能计量点的校验信号采集，并将采集数据通过通讯网络传输给管理中心，所述原理中心对现场监测数据进行统一管理，同时为数据的网络共享提供数据源；

所述现场监测单元，包括标准计量模块、异频导纳测试模块、CT二次负荷测试模块和PT二次回路负荷测试模块，

所述标准计量模块对电能表进行误差检测，对电能表误差监测数据进行统计；

所述异频导纳测试模块，采用异频导纳法对CT及其二次回路异频导纳的在线测量；

所述CT二次负荷测试模块，对CT二次回路的二次电流和二次负荷数据进行检测；

所述PT二次回路负荷测试模块，根据当前接入的母线PT二次电压，测量PT二次回路压降及二次负荷。

所述现场监测单元，通过敷设各种信号电缆，将被监测回路的各种信号引入进行采集，且现场监测单元的所有模块集中于一个计量屏柜中。

所述标准计量模块，通过计算电能表冻结数据中正/反向有功电能示值与正/反向有功各费率示值之和的差值，判断差值的绝对值是否大于设定阈值，排除正/反向有功电能示值为0或正反向有功各费率示值之和为0的情况。

所述管理中心，根据标准计量模块的采集数据对该电能表误差监测数据进行统计、生成报表，利用电能表误差测试曲线和电能误差报表查找误差异常点的工况。

所述异频导纳测试模块，在CT及其二次回路带电运行时，在CT二次回路中原有频率信号上叠加一个音频测试信号，进而测量CT及其二次回路的异频导纳。

所述通信网络包括RS232串行通讯、公共电话网络(PSTN)、广域(INTERNET)、局域网(LAN)或GSM/GPRS无线网络，且通信网络通过点对点发送方式传输数据。

所述现场监测单元，还包括电压互感器误差测试模块，具体包括一、二次绕组、铁芯和绝缘部件，当在一次绕组上施加电压时，一次绕组产生励磁电流，在铁芯中就产生磁通，根据电磁感应定律，在一、二次中分别产生感应电势，绕组的感应电动势与匝数成正比，改变一、二次绕组的匝数，产生不同的一次电压与二次电压比。

所述电压互感器误差测试模块，由于一次绕组存在电阻和漏抗，励磁电流在激磁导纳上产生了电压降，形成电压互感器的空载误差，当二次绕组接有负载时，产生的负荷电流在二次绕组的内阻抗及一次绕组中感应的一个负载电流分量在一次绕组内阻抗上产生的电压降，形成了电压互感器的负载误差。

所述现场监测单元，还包括电流互感器测试模块，具体包括铁心、一次线圈和二次线圈，铁心存在绕组，会产生励磁电流，而产生电流互感器的误差，且该误差包括比值差和相角差。

所述管理中心，根据监测的电能表误差、压降、CT和PT误差，在线统计出电能计量装置的综合误差，对电能计量二次回路的状态进行整体评估，为电能计量二次回路的在线分析提供有力依据。

一种基于上述系统的工作方法，具体包括以下步骤：

(1)当停电时进行检验，得到监测数据，计算差值函数，建立模型；

(2)利用一次电流变化引起励磁电抗变化与负荷变化引起励磁电抗变化的等效关系，计算在任意负荷、任意电流下的误差；

(3)通过系统实际监测得到的工作点电流与负荷，结合已建立的数据模型进行差值得到实际工作点的误差。

本发明的有益效果为：

(1)本发明可对在运行中的关口、大用户等各种类型的电能计量点计量装置进行全方位在线测试、故障判断、记录分析和自动校验，实现了电力参数的准确、快速测量，保证电网安全与经济运行，降低总体成本，解决现场校验人员少、维护难的问题；

(2)有利于提高电能计量管理的整体水平；提高高压电能计量装置远程校验监测系统的兼容性；降低电能计量装置远程校验监测系统应用成本。

(3)本发明将计算机技术、远程通讯与控制技术、B/S结构技术与计量二次回路现场检定技术相结合，实现对整个电能计量二次回路中的各个组成部分的远程、全方位的在线监测。；

(4)本发明采用当代先进的通讯技术，充分利用PSTN/GSM/Internet等网络资源，兼容多种的通讯方式，方便不同场合需要；

(5)应用于用电能计量和检定，实现电力参数的准确、快速测量和监测，提高了相关从业人员的工作效率，并具有信息传递等功能的电能表检验与远程传输系统对保证电网安全与经济运行。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，1.一种电能计量远程校验监测装置，可对在运行中的关口、大用户等各种类型的电能计量点计量装置进行全方位在线测试、故障判断、记录分析和自动校验。

主要由三个部分组成：现场监测设备、通讯网络和后台管理中心。其中：

1)现场监测设备：实现对现场各个接入的电能计量点的校验信号采集、分析处理、结果存储；并支持本地/远程通讯，可实现与本地/远程计算机进行数据传输、参数修改、远程遥控等。

2)通讯网络：作为系统数据传输的媒体。本发明可支持的通讯方式有：本地RS232串行通讯，公共电话网络(PSTN)、广域(INTERNET)或局域网(LAN)、GSM/GPRS无线网络等。

3)后台管理中心：作为系统远程控制中心，对现场设备监测数据、测试参数及远程测试的统一管理中心；同时，也作为后台WEB发布数据服务器，为数据的WEB网络共享提供数据源。

2.电能计量装置远程校验监测装置的系统现场监测设备采用高集成设计，其所有监测功能模块(除后台管理计算机及软件外)均集中在一个标准计量屏柜中；通过敷设各种信号电缆，将被监测回路的各种信号引入到系统设备中进行采集；该设计使得系统现场监测设备结构紧凑、现场安装方便，具有很高的可靠性和稳定性。其整体功能模块包括：标准计量模块、电流输入切换单元、电压切换单元、异频导纳测试模块(含信号发生器及信号采集单元)、CT二次负荷测试模块、PT二次回路压降及负荷测试模块、开关电源、通讯模块、脉冲采集单元、信号输入/出端子和机柜、以及后台管理软件和WEB发布软件。

可对在运行中的关口、大用户等各种类型的电能计量点计量装置进行全方位在线测试、故障判断、记录分析和自动校验。其监测范围包括：电能表、电流互感器及其二次回路、电压互感器及其二次回路。本发明将计算机技术、远程通讯与控制技术、B/S结构技术与计量二次回路现场检定技术相结合，实现对整个电能计量二次回路中的各个组成部分的远程、全方位的在线监测。同时，采用当代先进的通讯技术，充分利用PSTN/GSM/Internet等网络资源，兼容多种的通讯方式，方便不同场合需要。

电能计量装置远程校验监测装置主要由三个部分组成：现场监测设备、通讯网络和后台管理中心。

1)现场监测设备：实现对现场各个接入的电能计量点的校验信号采集、分析处理、结果存储；并支持本地/远程通讯，可实现与本地/远程计算机进行数据传输、参数修改、远程遥控等。

2)通讯网络：作为系统数据传输的媒体。本发明可支持的通讯方式有：本地RS232串行通讯，公共电话网络(PSTN)、广域(INTERNET)或局域网(LAN)、GSM/GPRS无线网络等。

3)后台管理中心：作为系统远程控制中心，对现场设备监测数据、测试参数及远程测试的统一管理中心；同时，也作为后台WEB发布数据服务器，为数据的WEB网络共享提供数据源。

2.电能计量装置远程校验监测装置的系统现场监测设备采用高集成设计，其所有监测功能模块(除后台管理计算机及软件外)均集中在一个标准计量屏柜中；通过敷设各种信号电缆，将被监测回路的各种信号引入到系统设备中进行采集；该设计使得系统现场监测设备结构紧凑、现场安装方便，具有很高的可靠性和稳定性。

其整体功能模块包括：标准计量模块、电流输入切换单元、电压切换单元、异频导纳测试模块(含信号发生器及信号采集单元)、CT二次负荷测试模块、PT二次回路压降及负荷测试模块、开关电源、通讯模块、脉冲采集单元、信号输入/出端子和机柜、以及后台管理软件和WEB发布软件。本发明主要功能说明如下：

1)电能表正反向有、无功误差在线测试。

通过计算电能表冻结数据中正/反向有功电能示值与正/反向有功各费率示值之和的差值，判断差值的绝对值是否大于“费率数×K”。排除正/反向有功电能示值为0或正反向有功各费率示值之和为0的情况。实现对电能表误差的自动在线测试和远程遥控测试，可作为替代人工周检或减少人工现场校表次数的有力工具；并且系统的后台管理软件可自动对该电能表误差监测数据进行统计、生成报表；并具备图形分析功能，使得对电能表误差的分析、对比更加直观。同时，也可利用电能表误差测试曲线和电能误差报表查找误差异常点的工况，搜集积累电能表现场运行工况对电能表误差影响的一手信息。

2)对CT二次负荷在线测试。

CT二次负荷测试时仪器主要技术指标如下：

阻抗测量范围：0.1Ω—50.0Ω

阻抗测量准确度：

△X＝(1％×X+1％×Y±2个字)

△Y＝(1％×X+1％×Y±2个字)

这里的2个字为仪器的量化误差，电流表头：1％。

本发明用于对CT带载情况在线监测，可对CT超载或轻载现象进行及时报警；同时，还可作为对CT二次回路运行状况在线监测的一种方法。

3)CT故障及窃电在线监测技术。本发明采用异频导纳法对CT及其二次回路异频导纳的在线测量，异频导纳法是指在CT及其二次回路带电运行时，在CT二次回路中原50Hz信号上叠加一个音频测试信号，进而测量CT及其二次回路的异频导纳。利用测试得到的异频导纳结果对CT及其二次回路的运行状况进行在线评估，对各种常见异常/故障情况进行定性分析。

对结果的分析可在主站管理软件中自动实现；并通过观测一段时间内模值及相角的变化情况，就可以定性判断故障来源，如：CT匝间短路、接点接触不良、接地故障等。并且，还可对各种异常情况，提供报警提示，以便更加直观地帮助检测人员分析、查找和处理故障。通过对各现场设备监测结果分析、建立长期数据库、趋势图显示等等。异频导纳法能够较好指导二次回路状态检修，还可帮助发现潜在故障区域，减少故障恶化的概率。但导纳法的直接应用并不能用于判断所有的故障类别，也不可能完全准确定位故障地点，因此结合现场工作人员的经验，收集大量长期监测的数据，开发专用的数据分析系统弥补这一不足；并可结合监测CT二次电流及CT二次负荷等参数为更加准确的分析、判断故障。

4)本发明可实现对PT二次回路压降及PT二次负荷在线监测，

PT二次负荷测试时仪器主要技术指标如下：

导纳测量范围:0.1ms—50.0ms

导纳测量准确度:

二次电压(50V－120V)

△X＝(1％×X+1％×Y±2个字)

△Y＝(1％×X+1％×Y±2个字)

这里的2个字为仪器的量化误差，电压表头：0.5％。

该功能的作用有：

1、可作为替代目前的人工现场周期检测PT二次回路压降，对压降进行在线自动周期测试；

2、作为对PT二次负荷的考核，用于考核PT二次负荷是否满足规程要求，并可实现对PT超载或轻载现象进行及时报警；

3、可作为对PT及其二次回路运行状况在线监测的一个途径。

此外，考虑到目前变电站广泛采用的一台半断路器接线方式，当测量PT二次回路压降及二次负荷时需要考虑到两段母线PT电压的切换功能；即系统测试时，应能正确地选择当前接入的母线PT二次电压。

5)电压互感器误差在线测试。

电压互感器的基本结构和变压器很相似。它由一、二次绕组，铁芯和绝缘组成。当在一次绕组上施加电压U1时，一次绕组产生励磁电流I0，在铁芯中就产生磁通根据电磁感应定律，在一、二次中分别产生感应电势E1和E2，绕组的感应电动势与匝数成正比，改变一、二次绕组的匝数，就可以产生不同的一次电压与二次电压比。当U＝1在铁芯中产生磁通时，有激磁电流I0存在，由于一次绕组存在电阻和漏抗，I0在激磁导纳上产生了电压降，就形成了电压互感器的空载误差，当二次绕组接有负载时，产生的负荷电流在二次绕组的内阻抗及一次绕组中感应的一个负载电流分量在一次绕组内阻抗上产生的电压降，形成了电压互感器的负载误差。可见，电压互感的误差主要与激磁导纳，一、二次绕组内阻抗和负荷导纳有关。

电力系统中电压互感器的现场校验，是在停电的情况下，带实际二次负荷进行校验。但在实际运行中，无法采用这一方法实现在线校验。为解决这一难题，用一种简便的推算电力系统运行中电压互感器实际二次负荷下误差的方法；本发明就是采用这种方法测试电压互感器实际运行负荷下的误差值。

6)电流互感器误差在线测试。

电流互感器主要由三部分组成：铁心、一次线圈和二次线圈。由于铁心磁阻的存在，电流互感器在传变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。

基于CT带电运行的各种状态考虑，本发明通过以等效阻抗原理为基础的误差改进算法，即能达到稳态无故障条件下的误差监测(测试)，基本步骤简述如下：

1、利用停电检验所得的数据(如：100％负荷及25％负荷下的各电流点的误差值)计算插值函数，建立模型。

2、利用一次电流变化引起励磁电抗变化与负荷变化引起励磁电抗变化的等效关系，计算在任意负荷、任意电流下的误差。该算法假定条件为：CT在实际运行条件下无出现故障，CT工作在允许一次工作电流、允许负荷范围之内。

3、通过系统实际监测得到的CT实际工作点：CT二次电流和CT实际二次负荷；结合已建立的数据模型进行差值得到CT在该实际工作点下的误差。

7)电能计量装置综合误差在线测试。本发明结合上述电能表误差、压降、CT和PT误差的测试功能，参考《SD109-83电能计量装置检定规程》，在线统计出电能计量装置的综合误差；该功能可作为对电能计量二次回路的状态进行整体评估，为电能计量二次回路的在线分析提供有力依据。

3.通讯网络：作为系统数据传输的媒体。本发明可支持的通讯方式有：本地RS232串行通讯，公共电话网络(PSTN)、广域(INTERNET)或局域网(LAN)、GSM/GPRS无线网络等本发明的通讯实现如下：

本发明的数据传输方式采用Modbus RTU协议，通过点对点发送模式。通信接口采用RS232接口，利用转换装置可实现RS232与其他通讯网络对接。通过系统后台管理软件实现数据的下载和上传，整个通信系统可根据实际情况适当调整通讯方案。数据传输方案列出以下四种：

1)通过PSTN传输数据。需要在系统设备端和后台PC端都接有普通MODEM，数据上传和下载在MODEM拨号建立连接后即可进行。

2)通过GSM传输数据。需要在系统设备端接有GSM MODEM，并且需要两张能够提供数据被叫业务的GSM卡；后台PC端可以通过GSM Modem、普通MODEM。

3)通过GPRS传输数据。需要在系统设备端接有GPRS DTU，并且需要一张能够提供数据被叫业务的UIM卡；后台PC端需申请一条固定IP的固网电信网络或GPRS专用服务器。

4)通过以太网传输数据。这是我们推荐采用的数据传输方案，以太网能够提供比上述几种通信方案高得多的可靠性和稳定性，几乎不可能发生中途掉线的情况，能够提供实时连接。

4.后台管理中心：作为系统远程控制中心，对现场设备监测数据、测试参数及远程测试的统一管理中心；同时，也作为后台WEB发布数据服务器，为数据的WEB网络共享提供数据源。

1)数据网络化管理，即WEB发布功能。为了充分利用互联网资源，让更多的用户可以共享数据，我们将系统后台管理软件的数据库作为数据源，在主站设计了基于B/S结构的数据库网页，实现了通过互联网进行关口装置信息的查询、修改和统计等功能。

在B/S结构中，Web服务器接受远程或本地浏览器的HTTP查询请求，然后会同应用服务器根据查询的条件到数据服务器获取相关数据，再将结果翻译成HTTP和各种语言传送给提出查询请求的浏览器。

2)数据共享。本发明充分考虑国家电网公司SG186工程建设要求，可完全根据SG186工程要求提供监测数据共享，实现将本发明所得到的各种监测数据或信息进行上传到营销信息系统中。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：包括现场监测单元、通讯网络和管理中心，其中：

所述现场监测单元，对现场各个接入的电能计量点的校验信号采集，并将采集数据通过通讯网络传输给管理中心，所述原理中心对现场监测数据进行统一管理，同时为数据的网络共享提供数据源；

所述现场监测单元，包括标准计量模块、异频导纳测试模块、CT二次负荷测试模块和PT二次回路负荷测试模块；

所述标准计量模块对电能表进行误差检测，对电能表误差监测数据进行统计；

所述异频导纳测试模块，采用异频导纳法对CT及其二次回路异频导纳的在线测量；

所述CT二次负荷测试模块，对CT二次回路的二次电流和二次负荷数据进行检测；

所述PT二次回路负荷测试模块，根据当前接入的母线PT二次电压，测量PT二次回路压降及二次负荷。

2.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述现场监测单元，通过敷设各种信号电缆，将被监测回路的各种信号引入进行采集，且现场监测单元的所有模块集中于一个计量屏柜中。

3.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述标准计量模块，通过计算电能表冻结数据中正/反向有功电能示值与正/反向有功各费率示值之和的差值，判断差值的绝对值是否大于设定阈值，排除正/反向有功电能示值为0或正反向有功各费率示值之和为0的情况。

4.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述异频导纳测试模块，在CT及其二次回路带电运行时，在CT二次回路中原有频率信号上叠加一个音频测试信号，进而测量CT及其二次回路的异频导纳。

5.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述通信网络包括RS232串行通讯、公共电话网络、广域、局域网或GSM/GPRS无线网络，且通信网络通过点对点发送方式传输数据。

6.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述现场监测单元，还包括电压互感器误差测试模块，具体包括一、二次绕组、铁芯和绝缘部件，当在一次绕组上施加电压时，一次绕组产生励磁电流，在铁芯中就产生磁通，根据电磁感应定律，在一、二次中分别产生感应电势，绕组的感应电动势与匝数成正比，改变一、二次绕组的匝数，产生不同的一次电压与二次电压比。

7.如权利要求6所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述电压互感器误差测试模块，由于一次绕组存在电阻和漏抗，励磁电流在激磁导纳上产生了电压降，形成电压互感器的空载误差，当二次绕组接有负载时，产生的负荷电流在二次绕组的内阻抗及一次绕组中感应的一个负载电流分量在一次绕组内阻抗上产生的电压降，形成了电压互感器的负载误差。

8.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述现场监测单元，还包括电流互感器测试模块，具体包括铁心、一次线圈和二次线圈，铁心存在绕组，会产生励磁电流，而产生电流互感器的误差，且该误差包括比值差和相角差。

9.如权利要求1所述的一种电能计量远程校验监测系统，其特征是：所述管理中心，根据标准计量模块的采集数据对该电能表误差监测数据进行统计、生成报表，利用电能表误差测试曲线和电能误差报表查找误差异常点的工况。

10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：具体包括以下步骤：

(1)当停电时进行检验，得到监测数据，计算差值函数，建立模型；

(2)利用一次电流变化引起励磁电抗变化与负荷变化引起励磁电抗变化的等效关系，计算在任意负荷、任意电流下的误差；

(3)通过系统实际监测得到的工作点电流与负荷，结合已建立的数据模型进行差值得到实际工作点的误差。