电力用户用电信息采集系统2010年工程建设初步设计

- 1 - 电力用户用电信息采集系统 江苏省 建设 方案 （ 2010 年度） 初步设计 总说明书 江苏省电力设计院 工程设计 甲级 100001-sj 工程勘察 甲级 100001-kj 二一年三月 检索号： 32-X0563C-A 编 号： X0563C-A-01 - 2 - 电力用户用电信息采集系统 江苏省建设方案 （ 2010 年度） 初步设计 总说明书 批 准： 审 核： 校 核： 编 写 ： - 3 - 目 录 1.编 制 说明 .4 1.1 编制背景 .4 1.2 编制依据 .4 2.主 要 设计 原 则 .5 3.设 计 内容 和 范围 .5 4.系 统 概况 .6 4.1 江苏电网概况 .6 4.2 计量装置现状、采集现状 .7 4.3 存在主要问题 .7 5.系 统 建设 的 必要 性 、可 行 性、 紧 迫性 .8 6.系 统 建设 目 标及 遵 循的 原 则 .9 6.1 建设目标 .9 6.2 系统建设原则 .9 7.工 程 建设 规 模及 方 案 .10 7.1 用电信息采集系统工程建设规模 .10 7.2 采集系统工程建设 方案 .10 7.2.1 方案设计 .10 7.2.2 建设方案 .15 - 4 - 1.编制说明 1.1 编制背景 根据国网公司的要求， 利用 5 年时间（ 2010 2014），建设覆盖公司系统全部用户、实现用电信息实时采集、全面支持预付费控制，即 “ 全覆盖、全采集、全费控 ” 的采集系统，用电信息采集成果在电网规划、安全生产、经营管理、优质服务工作中得到全面应用。 采集系统采集的覆盖范围为本单位经营区域内全资公司直供直管的五类电力用户和公用配变考核计量点，其中五类电力用户分别是大型专变用户、中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户和居民用户。 1.2 编制依据 DGJ32/J11-2005 居住区供配电设施建设标准 供电营业规则 国家电网公司“十一五”发展 规划 国家电网公司“十一五”电网发展规划及 2020 年远景目标 国家电网公司“十一五”信息化规划 国家电网公司关于加快电力营销现代化建设指导意见 国家电网公司“十一五”电力营销发展规划 国家电网公司“十一五”科技发展规划 国家电网公司营销技术支持系统功能规范 电力二次系统安全防护规定（电监会 5 号令） 国家电网公司信息化“ SG186”工程安全防护总体方案（试行）（国家电网信息 2008 316 号） “ SG186”工程营销业务应用标准化设计 电力用户用电信息采集系统主站软件 标准化设计国家电网营销 2010 153 号 关于加快用电信息采集系统建设的意见国家电网营销 2010 119 号 电力用户用电信息采集系统建设方案编制工作要求国家电网公司 2010.02.20 江苏电网智能化规划江苏省电力公司 2009.11 - 5 - Q GDW 373-2009电力用户用电信息采集系统功能规范 Q GDW 374 -2009电力用户用电信息采集系统技术规范 Q GDW 375 -2009电力用户用电信息采集系统型式规范 Q GDW 376 -2009电力用户用电信息采集系 统通信协议 Q GDW 377-2009电力用户用电信息采集系统安全防护技术规范 Q GDW 378 -2009电力用户用电信息采集系统设计导则 Q GDW 379 -2009电力用户用电信息采集系统检验技术规范 Q GDW 380 -2009电力用户用电信息采集系统管理规范 Q GDW 354-2009 智能电能表功能规范 Q GDW 365-2009 智能电能表信息交换安全认证技术规范 2.主要设计原则 （ 1） 优化用电信息采集系统 原则： 建设一套完整的用电信息采集系统 ， 在江苏 省 现有的用电信息采集主站基础上，按照国网公司“全采集、全覆盖、全费控”要求，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，实现全省电力用户的 远程费控 和负荷管理等业务的应用 。 （ 2）先进性原则：发挥 智能 电能表和 采集 终端的技术性能优势，利用数据网络通信资源，实现 用户 电能表电量信息与主站电量采集系统的传输，符合电能量采集技术的发展方向。 （ 3）经济性原则：充分利用现有系统和设备资源，节约投资，提高系统整体的性能价格比。 3.设计内容和范围 2010 年按照国网公司的整体规划和江苏省公司的建设计划核准 要求，建设用电信息采集系统主站，实现用户用电阶梯电价和预付费控制管理； 建设配电网光纤通信信道，覆盖到配网线路下的专变和配变， 2010 年敷设 200 公里光缆。 建设 3 万专变用户的用电信息采集，完成全部专变用户的电能信息采集建设；建设 475 万规模的城网 低压 用户用电信息采集，使城网 低压 电力用户用电信息采集覆盖率达到 50%。 - 6 - 本报告设计内容为 2010 年江苏 3 万专变用户、 475 万城网低压电力用户 用电信息采集系统工程 的实施方案，包括采集主站系统的改造、通信信道的建设、现场终端和计量装置设备等 安装及改造 。 4.系统概况 4.1 江苏电网 概况 江苏电网是华东电网重要组成部分，供电范围包括苏南的南京、镇江、常州、无锡、苏州五市及苏北扬州、泰州、南通、徐州、连云港、盐城、淮安、宿迁八市共 13 个省辖市。 江苏电网东联上海、南邻浙江、西接安徽，现有 8 条 500kV 省际联络线分别与上海、浙江、安徽相联， 3 条 500kV 线路与山西阳城电厂相联， 1 条 500kV 直流线路与三峡电站相联。 2009 年全省全社会用电量 3313.99 亿千瓦时，同比增长 6.27%。供电量 2851 亿千瓦时，售电量 2624.45 亿千瓦时 , 同比增长 6.38%。 电网 用电最大负荷为 52297MW，同比增长10.64%。 全省综合线损率累计 7.93%，其中国网属 6.21%； 10kV 及以下配电网线损率累计 7.89%，有损线损率 8.13%，其中国网属 7.38%，有损线损率 7.58%。 近年来，江苏加快 了 新农村电网和城乡配电网建设，加大对重点城市及地、县级电网建设的改造力度，加强和完善了地区配电网结构，不断提升配电供电能力和供电可靠性，逐步消除供电 “ 瓶颈 ” ，为坚强智能配电网建设提供了良好的物质基础。目前全省 10/20kV配电网线路共计 16868 条，总长 18.9 万公里；绝缘化率 26.96%,电 缆化率 14.92%，架空线路占比 86%；线路每条平均长度 10.67km，线路每段平均长度 4.01km。 2009 上半年，按国网 SG186 标准化设计开发的新版“营销业务应用系统”在江苏全省及 13 个地市供电公司正式上线运行，与营销业务应用系统集成的“电力用户用电信息采集系统”作为营销业务应用的组成部分也同步正式上线运行。 电力用户用电信息采集系统采用分布式部署模式，在 13 个地市供电公司分别部署采集系统，各地市采集数据汇总至省公司应用平台完成数据汇总与省级应用。 采集系统与营销业务应用紧密集成，共用同一套数据库实 现数据共享，与营销业务应用系统间不需要接口。采集系统主站符合国网 SG186 标准化设计，完全符合 Q GDW - 7 - 378.1-2009电力用户用电信息采集系统设计导则：主站软件设计导则的要求，基本符合电力用户用电信息采集系统主站软件标准化设计的要求。 4.2 计量装置现状、采集现状 1） 315kVA 及以上专变 用户： 目前 江苏省 315kVA 及以上专变计费用户 已全部安装 了 5.7万台 I 型 电力 负荷管理终端，覆盖率为 100%，主要采用 230MHz 无线专网信道 通讯， 现役负荷管理终端满足终端相关技术规范和标准。 2） 100kVA-315kVA 专变 用户： 目前 江苏省 100kVA-315kVA 专变计费用户 已全部安装 了4.1 万台 I 型 电力 负荷管理终端，覆盖率为 100%，主要采用 230MHz 无线专网信道 通讯， 现役负荷管理终端满足终端相关技术规范和标准。 3） 100kVA 以下专变 用户： 目前 江苏省 100kVA 以下专变计费用户 已安装了 1.3 万台 II型 电力 负荷管理终端，覆盖率为 31%，主要采用 GPRS 无线公网信道通讯 ， 现役负荷管理终端满足终端相关技术规范和标准。 4）台区现状： 目前 江苏省 各地零散的装有一些集抄终端， 已 接入 80 万低压用户，但台区尚 未安装公变采集终端 。 5）用户电能表情况： 目前在运行单相电能表 2670万，三相电能表 278万。 其中 950万城网用户安装复费率电表和单费率电表，具备 RS485接口，基本满足用电信息采集和 阶梯电价的要求（复费率用户的阶梯电价通过日抄表的功能辅助实现）。 4.3 存在主要问题 1）现役低压用户采集终端（集中器、采集器）不满足终端相关技术规范和标准，需要按照建设规划全部更换。 2） 现役 所有电表均不具备跳闸功能，需根据电表轮换周期逐步安排轮换成复费率远程费控智能电能表。 其中 2000 万农网用户目前安装的单费率电表不具备通 信接口，在建设用电信息采集系统时需全部更换。 3） 低压居民用户和小于 60A 的三相一般工商业用户的欠费跳闸控制功能采用电表内部跳闸开关实现，不需更换计量箱内开关；大于 60A 的三相一般工商业用户采用外置开关实现跳闸， 5 年需更换 60 万计量箱内开关。 - 8 - 4） 目前采集终端的检测以抽检为主，采集终端的检测并未大规模开展。采集系统建设中将会大量新增 采集终端 设备，需要增配采集设备检测装置，并加强专业培训。 5.系统建设的必要性、可行性、紧迫性 经过 江苏省 负荷管理系统和低压集中抄表系统多年的建设，在运行管理上积累了一定经验，显 现了一定效果。 虽然 目前电力行业已经制定颁布了电力负荷管理系统、低压用户（含居民）集抄系统等管理规范。但是，对于整个 用电信息 采集领域 ， 还缺乏一套全面、统一、完善的技术标准和运行管理规范。由于缺乏统一、完善的技术标准与规范， 用电信息采集领域 存在设备制造厂家各自为阵，产品功能重复、各类通讯规约五花八门等现象。一方面增加了公司 用电信息采集 系统建设投入，另一方面阻碍了 用电信息采集 统一平台的建设，影响了 用电 信息采集与运行管理工作的长期发展。同时，随着 用电信息 采集系统功能的拓展和各项应用的深入，现有的运行管理规范已难以适 应当前的需要， 需要 继续进行补充、完善。 同时， 随着电力企业提高自身经营效益要求的不断深化，以及电力客户对电力企业服务水平要求的不断提高，加强用电信息的采集与应用，搭建电网企业与电力客户之间快速有效沟通的桥梁日益成为公司提升优质服务水平的一项重要工作。但是， 由于目前采集系统 总体覆盖用户分散、覆盖率低，技术标准差异大，功能相对简单，满足不了“三集五大”和统一坚强智能电网的特征要求，满足不了“ SG186”系统深化应用的需求，难以支撑新能源使用、阶梯电价执行及互动式服务的开展。特别是近年来公司上下强化集约化经营、精细化管理的工作力度， 迫切需要建设 一套高效、集约的用电信息采集系统和规范的运行管理体系。 因此，加快采集系统建设 已成为建设“大营销”体系和统一坚强智能电网，实现公司发展方式和电网发展方式转变的必然要求。当前，国网公司已正式发布了采集系统和智能电能表系列技术标准，营销信息系统已全面推广应用，为系统建设提供了很好的平台。 采集系统的 建设 将 按照“统一规划、统一标准、统一建设”的原则，实现电力客户用电信息采集的“全覆盖、全采集、全费控”。 - 9 - 6.系统建设目标及遵循的原则 6.1 建设目标 根据国网公司电力用户用电信息采集系统建设要求， 利用 5 年时间（ 2010 2014），建成电力用户用电信息采集系统，覆盖 全省经营区域内直供直管的五类电力用户和公用配变考核计量点 、 实现电力用户用电信息实时采集 、全面支持预付费控制， 实现 “ 全覆盖、全采集、全费控 ” 的建设目标 。满足 “ 三集五大 ” 和统一坚强智能电网的特征要求，满足“SG186” 信息化深化应用的需求，支撑新能源使用、阶梯电价执行及互动式服务的开展，使得用电信息采集成果在电网规划、安全生产、经营管理、优质服务工作中得到全面应用。 用户信息采集系统规模，以目前全 省 2977 万用户为基础，按照年 6%的增长率进行设计与建设， 2010 年建成系统接入的 5 类用户的总覆盖率不低于 15%； 2011 年建成系统接入的 5类用户的总覆盖率不低于 40%； 2012年建成系统接入的 5类用户的总覆盖率不低于 65%；2013 年建成系统接入的 5 类型用户的总覆盖率不低于 90%； 2014 年完成全部 5 类用户的系统接入，总覆盖率达到 100%。 6.2 系统建设原则 用电信息采集系统项目建设按照“统一领导、统一规划、统一标准、统一组织实施”的原则开展，具体建设原则如下： 1.整体规划、分步实施 统一规划 江苏省 上 网关口及变电站侧关口电能信息采集和用户侧用电信息采集系统的整体建设计划。整体规划主站、远程信道的建设；首先完成高压用户的信息采集；重点开展低压用户用电信息采集，低压用户优先从用电量大的城网用户开始实施；继续用好已建用电信息采集系统。 2.安全第一、质量至上 牢固树立“安全第一、预防为主”、“百年大计，质量第一”的意识，处理好安全、质量、进度的关系，制定并落实工程建设施工技术安全管理规定，做到安全质量可控、在控、能控。 3.标准统一、技术先进 严格执行国网公司已经发布的用电信息采集和智能电能表技术标准，主站应 用公司最新统一推广部署的营销业务应用电能信息采集系统，并开发全省业务应用监控平台。努力探索农网用电信息采集的技术方案，保持 江苏省 的采集系统技术领先态势。 - 10 - 4.加强协调、经济合理 统筹考虑与智能配电网建设的协调，实现远程通信网络与配电网光纤网络共享。出台新建居住区设计导则，新建小区和新报装专变用户同步建设采集（负荷管理）系统，光纤到表箱。 7.工程建设规模及方案 7.1 用电信息采集系统工程建设规模 2010 年按照国网公司的整体规划和江苏省 电力 公司的建设计划核准要求，建设用电信息采集系统主站，实现用户用电阶梯 电价和预付费控制管理；建设配电网光纤通信信道，覆盖到配网线路下的专变和配变， 2010 年敷设 200 公里光缆。建设 3 万专变用户的用电信息采集，完成全部专变用户的电能信息采集建设；建设 475 万规模的城网低压用户用电信息采集，使城网低压电力用户用电信息采集覆盖率达到 50%。 7.2 采集系统工程建设方案 7.2.1 方案设计 用电信息采集系统针对江苏 省营销业务管理模式，在省公司部署“省公司电能信息应用平台”，实现全省电力用户用电信息的整体汇总管理分析，在地 (市 )公司部署“营销电能信息采集系统”实现电力用户的数据采集和 控制运行，构成“以省公司为核心，以地市为实体”分布式的全省电力用户用电信息采集系统。 各地 (市 )公司部署的“营销电能信息采集系统” 是 “SG186”营销技术支持系统的重要组成部分 ，以业务应用模块的形式，集成在营销业务应用系统中，与营销业务应用系统统一部署，并与业扩、预付费、自动化抄表等业务高度集成。 7.2.1.1 主站系统 主站系统按照全覆盖、全采集、全费控的要求，在营销业务应用系统中实现 数据采集管理、有序用电、预付费管理、电量统计、决策分析、增值服务等 各种 功能 。主站软件集成在营销业务应用系统中，数据交互由 营销业务应用系统统一与其他业务应用系统（如生产管理系统等）进行交互，充分满足各业务应用的需求， 并为其他专业 信息 系统提供数据支持 。 主站软件在营销业务应用系统中的关系如下图所示： - 11 - 图 1 主站系统结构图 主站软件从物理上可根据部署位置分为主站、通信信道、采集设备三部分，其中系统主站部分单独组网，与其它应用系统以及公网信道采用防火墙进行安全隔离，保证系统的信息安全。 7.2.1.2 远程信道 远程通信信道建设以光纤信道为主，在光纤信道暂未到达的地区利用 GPRS 无线公网信 道辅助通信，现有 230MHz 无线专网信道、 GPRS 无线公网信道继续保持，在光纤信道建成后转换成光纤通信。 - 12 - 光 纤 专 网G P R S 无 线 公 网2 3 0 M H z 专 网采 集 前 置 集 群采 集 对 象主 站 系 统天 线R S 2 3 2终 端通 讯 服 务 器电 台电 台信 道 监 控终 端终 端 设 备无 线 模 块终 端无 线 模 块无 线 公 网通 讯 服 务 器防 火 墙光 电 转 换光纤通 讯 服 务 器光纤终 端O N UO L T路 由 器 图 2 主站通信信道示意图 （ 1）配电网光纤通信信道，光纤网络主要用于低压居民用户。在系统建设的进程中逐步以光纤通信网络替换现有 230MHz 和 GPRS 通信信道，最终实现全部电力用户在光纤通信网络上的用电信息数据的采集与应用。 （ 2） 230MHz 无线专网信道已经作为 江苏省 100kVA 及以上用户的数据远程传 输信道使用多年，在用电信息采集系统中仍作为远程通信信道使用。 （ 3） GPRS 无线公网信道在 江苏省 已经建设了分别以地市公司为接入点的 GPRS 专网通信信道，作为 50 100kVA 用户采集的主要信道。在用电信息采集系统中也可作为远程通信信道使用。 7.2.1.3 专变用户采集 方案 根据 江苏省 管理要求，对大型专变用户继续应用安装 I 型负荷管理终端，对中小型专变用户继续应用 II 型负荷管理终端终端，。 I 型 /II 型负荷管理终端国网的最新规范和 江苏省 现在运行的 04 版 I 型负荷管理终端基本一致。协议与现有 江苏省 执行的标准 Q/GDW130 略有差异，采集系统主站将同时支持这两种协议。 7.2.1.4 低压用户采集方案 低压用户的用电信息采集方案原则上以配变台区为单元建设采集系统，用一台集中器实现台区下所有低压用户的信息采集，同时采集配变考核关口电能表，实现配变关口采集。 - 13 - 根据国网公司的总体设计方案，低压用户用电信息采集的总体架构是小范围内先行集中 采集，然后统一上传到主站。系统建设最主要的难点是需要选择可靠性 满足要求的低成本本地信道解决方案。 国网公司将目前所能采用的本地信道归纳为窄带低压电力线载波、宽带低压电力线载波、微功率无线、 RS485 总线共 4 个种类。 （ 1）窄带低压电力线载波 利用电力线来抄表是最便捷的解决方案，应用于抄表中已有 30 多年。窄带载波芯片价格低廉，可直接内置于电表内，成为载波电能表。 （ 2）宽带低压电力线载波 是基于家庭内电力线通信的技术发展而来，目前最高速率能达到 200 兆，曾用于宽带入户的业务推广。 该技术有效通信距离短，在抄表业务中的应用还不成熟，不宜大规模应用。 （ 3）微功率无线 目前能符合抄表要求的微功率无线技术有很多种，统称为无线传感器网络 （ WSN：Wireless Sense Network ）， 其采用了微型 蜂窝组网技术通过多点接力来解决微功率和距离的矛盾，物联网是国内对这一技术的最新称呼。 无线电通信需要有频段 许可，目前使用的是业余无线电频段，易受外界干扰。无线通信不能穿透墙壁，受到城市高楼的阻挡及各种外来干扰，抄表成功率偏低。 （ 4） RS485 总线 RS485 是一种传统的点对多点总线型通信网络，通过两芯双绞线连接各个节点实现中等速率的通信，简单、可靠、实用，目前电能表均提供此接口。应用 RS485 总线网络作台区下的电表集中抄表连接时一个可靠的通信方案，但在已建成小区内施工放线 较为困难 。 RS485 总线通信抄表 ，相比于前三种方案，最大的优点是简单、成熟、可靠。最大的缺点是需要布线施工，在已建成小区重新施放电缆工程量巨大，管理困难。 本地信道 选择 1） 江苏省 总体方案中对新安装的智能电能表采用远程费控方式，要求有可靠的通信信道。宽带载波和小无线还不成熟，窄带载波信道的现状不能满足远程费控要求。 2） 江苏省 城网用户电表均具备 RS485 接口，大部分是分时电表，在用电信息采集系统工程中电表不更换，基本采用集中表箱安装，具备采用 RS485 方案的条件。 基于上述条件，建议今年城网的建设以 RS485 总线方案为主。 - 14 - 本地集中方 式 1）在集中表箱安装的低压用户区域，在不具备将全部表箱施放电缆到配变时，采用“楼栋局部集中方案”。 R S 4 8 5 电 能 表（ 集 中 表 箱 ）RS485集 中 器配 变 总 表本 地 通 信 信 道集 中 器电 能 表集 中 器R S 4 8 5 电 能 表（ 集 中 表 箱 ）单 个 电 能 表R S 4 8 5 电 能 表（ 集 中 表 箱 ）RS485R S 4 8 5 电 能 表（ 集 中 表 箱 ）集 中 器楼栋楼栋光 纤 或 G P R S 上 传RS485集 中 器 图 3 楼栋 局部集中方式 示意图 根据现场的情况，连接尽可能多的表箱，一个台区分多个集中器上传，对零散的工商业户以 RS485 线缆连接，配变安装带 GPRS 模块的智能（无线）电能表。 此类用户约占全省城网用户的 70%。 2）对具备电缆井、沟道等施工敷设电缆容易的区域，如高层楼宇等，采用 “ 全 RS485电缆 台区集中方案 ” 。 集 中 器R S 4 8 5 电 能 表( 集 中 表 箱 )配 变 考 核 表R S 4 8 5本 地 通 信 信 道集 中 器电 能 表R S 4 8 5 电 能 表( 集 中 表 箱 )R S 4 8 5 电 能 表( 集 中 表 箱 )光 纤 或 G P R S 上 传 图 4 全 RS485 台区集中方式 示意图 从各个表箱敷设 RS485 电缆到配变，在配变侧安装集中器和配变总表。如果配变在地下室等无 GPRS 信号的地区，可将集中器安装在某一表箱旁。此类用户约占全省城网用户的 15%。 - 15 - 7.2.2 建设 方案 一、方案说明 首先完成专变用户全覆盖，根据 江苏省 专变用户建设的管理要求，安装 II 型负荷管理终端 ； 完成全省城网 配变和农网综合 变的关口计量点采集，实现供 电量的全面实时监控，为低压分台区线损考核打好基础 ；针对低压商业户的用电管理问题，重点实施低压工商业用户 的用电信息采 集，今年完成全部城网低压 工 商业用户的 用电信息 采集，实现费控功能。 2010 年 共计完成 3 万专变用户、 9.5 万农网综合变关口计量、 5.2 万城网配变关口计量和 475 万户 城网 低压用户用电信息采集。 专变： 共计 新增 II 型负荷管理终端 3 万台 。 城网 配变 ： 通过加装 CT、新增配变总表，通过无线公网 直接或经 RS485 线接入 集中器 与主站通信。 农网综合 变 ： 将 农网综合变 关口表 全部更换为带 GPRS 模块的多功能电能表，通过无线公网直接与主站通信。共计 新增综合变总表（带 GPRS 模块） 9.5 万只。 低压工商业用户、居民用户： 低压 用户包 括 居民用户 385.9 万户， 工商业用户 89.1 万户（其中， 电流大于 60A 的三相工商业用户 2.5 万户 ） 。 具备 全部施放电缆到配变 条件的 用户 ， 采用 “ 全 RS485 电缆 台区集中方 式 ” 采集 ； 其余 用户 采用“ 局部集中方式 ” 采集 ，具体实施如下表： 序号 项目名称 项目内容 方案 1 100kVA 以下专变用户采集 补装 II 型终端 3 万台，改造 50%用户供电回路 安装 II 型负荷管理终端 2 完整台区采集（ 85 万户，台区集中方式） 0.57 万台配变关口采集 安装 集中器（光纤或 GPRS 上行通信），RS485 总线方式连接到各个 表箱 安装 配变总表（ 0.5 级智能电能表） 85 万居民用户 部分轮 换为远程费控智能电能表，内跳闸 3 完整台区采集（ 332.2 万户，局部集中方式） 1.63 万台配变关口采集 安装 0.5 级智能电能表（无线） 0.8 万三相工商业用户（ 80A） 安装 远程费控智能电能表（无线），外跳闸 8