gprs在线监测系统在计量装置中的应用p

GPRS在线监测系统在计量装置中的应用TOC\o"1-3"\h\z一、前言 3二、GPRS监测系统组网及数据通讯 4（一）GPRS系统应用技术简介 4（二）、GPRS监测系统总体架构图 6（三）、GPRS组网的接入方式 6三、交流采样 7（一）、GPRS监测终端交流采样原理 7（二）交流采样模块的功能 9四、防窃电 9（一）GPRS在线监测系统防窃电的原理 9（二）窃电的常用方法及对策 10五GPRS在线监测系统的用电监察功能 12（一）客户计量装置运行状况监测 12（二）GPRS在线管理系统在电费管理中的作用 14六、GPRS在线监测系统线损分析 16七、实际案例分析 17（一）人为窃电 17（二）计量自然故障损失电量 18八、总结 19一、前言以先进成熟的计算机技术、网络技术、电子通讯技术、电能计量技术为主要手段，从强化电能计量管理和提高客户服务质量为出发点，建成一个智能化的、高质量的、高效率的计量管理信息系统，彻底解决人工抄表及现场用电监察的落后局面。通过GPRS在线监测在计量装置中的应用，使电力计量的科学管理上一个新台阶。福建省长乐供电公司2005年的售电量已达到近三十亿度，而主要用电大户大部分是钢铁厂，电费在钢铁企业中成本中所占的比例相当大，因此窃电便成为该行业产生利润的重要方法，GPRS在线监测的计量装置在长乐供电公司的应用效果十分显著。二、GPRS监测系统组网及数据通讯（一）GPRS系统应用技术简介GPRS技术是传统通讯技术经过几十年的研究发展起来的应用成果，代表现代通讯技术的精髓。2002.5由中国移动在国内率先引用，还在不断发展，具有强大的生命力。1GPRS网络现状GPRS网络与传统通讯技术不同的是采用的是一种“蜂巢”技术，GPRS即“通用分组无线业务”（GeneralPacketRadioService）,是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传输方式，GPRS是分组交换技术，具有永远在线、自如切换、高速传输等优点。它能全面提升移动数据通信服务。现在在全国已在数百个城市开通。利用中国移动现有的GPRS通信网络，终端和主台的所有交换信息通过中国移动的数据通信服务中心，在移动的数据服务中心和供电部门之间建立VPN专网，并在供电部门建立中心主站，所有终端设备通过GPRS网络及移动数据中心连至该中心主站，实现终端和主站的实时在线连接。2GPRS终端速度目前网络支持CS-2编码，RLC层每信道速率13.4kbps。无线上网卡和通讯模块一般是CLASS10或CLASS12，捆绑4个信道，实际应用带宽大约在10－70Kb/s.网络升级后，将支持CS-4编码，可以捆绑8个信道，每信道RLC层速率将达21.4kbps。对于一支持8信道的终端来说，最高速率可达171.2kbps.而230M终端最高速率只达2400bps，GPRS终端数据传输速度是230M终端的几十倍。应用厂家若掌握不好通讯技术，容易出现丢包和掉线现象。3GPRS容量基站小区中，可以设置最多8个固定数据信道（专做数据用），动态信道（用完即释放）视载频容量而定。如某小区信道有45个，一般话音占用10个，则剩余35个信道可用。而且GPRS业务属分组业务，用户仅在数据传输时才占信道，同时小区的每信道最多达8个用户复用，可以充分保证大量用户同时在线。说明GPRS终端通讯除了“公用”专门的数据通道外（不与话音通道混在一起），还可占用语音通道（动态信道），人们往往将GPRS数据通讯与所谓“公网”（语音通话）混为一谈，而目前除电力系统产品较多使用GPRS传输外，其它系统产品使用不多。（二）、GPRS监测系统总体架构图（三）、GPRS组网的接入方式1、数据终端（GPRSDTU）的接入中国移动GPRS网络为用户提供CMNET和APN两个网络接入方式，APN针对相关行业用户使用。APN用户通常在一个组内，需要设定用户名和密码，具有更好的安全性，APN用户可以申请绑定移动内网的固定IP地址，长乐公司采用APN专线接入，通过专线接入中国移动的路由器，移动公司提供私有IP地址。数据安全性好，稳定可靠，传输延迟小。2．GPRS数据中心与主站应用程序接口GPRS数据中心与应用系统的应用软件接口两种方式，即动态连接库（DLL）和GPRS数据中心服务程序转发方式。动态连接库方式需要进行接口程序的编程与开发，采用宏电公司提供的GPRS数据中心服务程序与应用系统软件之间进行数据转发，包括实际串行口转发、虚拟串行口转发、UDP/IP转发、TCP/IP转发等连接方式。三、交流采样（一）、GPRS监测终端交流采样原理交流采样模块采用先进的交流采样技术及模糊控制功率补偿技术与量程自动校正技术，是一种集传感器、变送器、数据采集、显示、遥信与遥控、远距离传输数据于一体的全电子式多功能电力监控模块。能够测量单相两线、三相三线、三相四线系统的电流（A相、B相、C相、N）、电压(A相、B相、C相、AB线、BC线、CA线)、功率（kw）、电度（kwh）、无功功率（kvar）、无功电度（kvarh）、功率因数（PF%）、频率（hz）、开口三角形电压（V0）、最大开口三角形电压（V0）、需量电流（DA），最大需量电流（MDA）等电力参数，精度高、抗干扰能力强、体积小、易于安装和操作。交流采样模块以INTEL公司的80C196KC十六位微控制器为核心，采用27C256EPROM及62256SRAM扩展了程序存储器和数据存储器。通过锁存器扩展了I/O口。另外，还配有低电压检监测电路MB3773,用于监测电源电压是否正常，以保证CPU可靠工作。同时还配有新型铁电NVRAM存储器FM25040,用于保存设定数据及测量数据（如CT比、VT比、仪表地址、波特率、电能等）。通过80C196KC的P0口扩展了按键开关及设定开关，用于数据操作及设定。除此之外，系统还具有输入、输出模板，遥信与遥测模板及电源模板。交流采样模块硬件结构框图如图1：图1交流采样模块硬件结构框图模块软件主要由监控程序，键盘扫描程序，设定程序，模糊控制功率补偿程序，交流采样程序，零点及量程自动校正程序，频率测量程序，数字滤波程序，算法程序，遥信与遥控程序，通信程序，运算子程序等组成，采用汇编语言编程，并进行模块化设计。（二）交流采样模块的功能交流采样模块测量的电力参数有以下几种：电流（A）、电压（V）、功率（KW）、电度（KWH）、无功功率（kvar）、无功电度（kvarh）、功率因数（PF%）、频率（HZ）。无论对于单相两线系统、三相三线系统还是三相四线系统，采用的方法时将一次电压和电流信号经过一次电压和电流互感器变成标准的电压信号（100VAC、220VAC/380VAC、100VAC/⊙）和电流信号（5A、1A），然后经过二次电压和电流互感器变成1～2.5mA的电流信号，经过取样电阻获得幅度为0～5VAC的交流电压信号，由微控制器进行交流采样，计算出上述电力参数。CPU模板中微控制器的模拟量输入通道直接对滤波和限幅处理后的信号进行交流采样，不会产生零点及满量程飘移。当仪表进入测量状态，根据不同的电压和电流输入信号，采用模糊控制技术自动实现功率、电度、无功功率、无功电度及功率因数的补偿，再不提高硬件成本的前提下，减小了测量误差，提高了电力参数监测的测量精度和可靠性。四、防窃电（一）GPRS在线监测系统防窃电的原理GPRS监测终端的主要功能是避免因为人为的或者设备故障的原因造成电能表计量电量比实际使用电量少计量甚至不计量，从而达到防窃电和追缴电费的目的。GPRS监测终端是在负荷管理终端的基础上加装交流采样模块实现负荷管理和用电监察功能（防止电量丢失）。交流采样模块采用高速单片机交流采样技术，采用三相计量表计的工作原理，在多功能表计的基础还增加了错（逆）相序判别和对CT回路短路的监测，可以通过自身的RS485数据接口与终端RS485接口相连，能够全面地监测用户的用电情况。交流采样模块也可安装在用户的计量回路或者保护回路中，电流回路可以与现场已有的其他设备串接。交流采样模块可以监测出电流回路中发生的短接现象或者通过比较防窃电模块和正常表计的电量来监测计量表的计量。原理框图见图2。图2GPRS监测终端原理框图（二）窃电的常用方法及对策1、失压、欠压窃电，使引入电表接线端子的电压值没有或降低，从而达到少计量的目的。2、电流互感器二次侧开路、短路、分流，使引入电表接线端子的电流值没有或降低，造成计量电量减少。3、用电计量装置损坏（人为因素和设备故障因素）。4、绕越供电企业用电计量装置用电。针对电量丢失常见的方式，在用户处安装GPRS监测终端，将保护PT、CT引入交流采样模块，通过高速交流采样计算出每相电压、每相电流、每相的有无功功率、每相的功率因数、有无功电表读数、周波。终端定时读取交流采样数据，计算出小时电量，将该电量与电能表的脉冲采样的小时电量进行比较，作为该用户是否有电量丢失的判断依据。对于有2路或者多路进线的用户要加装交流采样模块，通过RS485与终端相连。具体的连接关系见图3。保护CT、PT保护CT、PT进线1三相电能表1内置的交流采样模块三相电能表2用电监察终端RS485计量CT、PT计量CT、PT保护CT、PT加装的交流采样模块进线2图3用电监察终端现场安装连接示意图交流采集模块还能提供以下数据：三相电压、三相和零线电流、总有功功率、三相有功功率、总无功功率、三相无功功率、总功率因数、三相功率因数、周波、有功电表读数、无功电表读数、谐波等。利用负荷管理装置，强化计量装置的工况监视，防止窃电和因装置故障漏抄电量。负荷管理装置所具有的实时数据采集和通信功能，可定时将电力用户电能计量表中储存的各时段用电量、最大需量、电能表缺相时间、过载时间等数据抄录下来，并随时采集。同时具有交流采样模块的终端可以更加准确的监视电力用户的用电信息。负荷管理终端的合理利用，可有效杜绝窃电和因计量装置故障造成的漏计电量，并可在与电力用户交涉中出具计算机原始数据，增加了裁决的依据。5、人为窃电行为监测利用终端附加的高精度交流采样装置测量客户的用电量，并与从电能表抄得的数据相比较，分析由交流采样计算得到的分时电量曲线和从表计得到的分时电量曲线的对比图，从中可反映表计问题，也可发现人为窃电行为，以技术手段保障供用电合同的正常履行，规范供用电秩序，保证供用电双方的合法权益。五GPRS在线监测系统的用电监察功能（一）客户计量装置运行状况监测对重要用户安装交流采样装置，一方面做到与其计量回路作比较，给计量提供一个参考，从中发现计量过程中出现的问题和情况；一方面利用自身采集的电流、电压等情况，发现用户用电过程中出现的异常情况，充分发挥负荷管理智能化管理功能。对交流采样采取1分钟采集数据1次，不对数据保存，当发现异常时，自动记录异常时间和数据。对客户计量装置运行状况监测及报警：对高压用户，交流采样中如出现采样电压某相为零，若485口采集的数据中也出现相同相电压为零的信息，可向值班员提示用户PT出现电压断相的可能。对高压用户，若交流采样电压某相数据为零，而485口采集的电压正常，主站软件向值班员提示用户保护回路电压保险可能出现烧断的情况。根据交流采样和485口采集的功率与变压器容量×80%作比较，如两者所采集的功率都超过这个数，主站向值班员提示用户出现变压器超负荷运行。若交流采样数据正常，脉冲回路无数据，485口抄表失败，可向主站提示用户电能表可能出现故障。若交流采样数据正常，脉冲回路和485口之中一个无数据一个正常，可向主站提示用户终端脉冲回路或485口出现故障。若交流采样数据正常，485口采集的电流数据中出现部分相电流为零或全部相电流为零的情况发生，主台可向值班员提示用户用电出现电流异常的情况发生。若交流采样采集的数据和485口采集的电压、电流中无为零的情况发生，但二者形成的电量曲线的差值超过设定值（定值可灵活设置），主站向用户值班员提示用户用电异常，可检查用户计量CT或交流采样CT是否准确。对交流采样的数据和485口的采集数据，如出现超大值的现象发生，可提示主站值班员有异常数据现象发生。交流采样数据正常，485口采集的数据中若有负电流出现，主站能够判断下列情况，若为并网点或关口点，提示有电流反向的情况发生，若不是上述情况，应提示用户表计接线错误情况发生。对上述发生的异常情况，终端应自动记录发生时间、发生异常前一分钟的功率、电量，正点巡测时将异常标志发给主站，由主站提示值班人员将上述异常情况及记录召回主站，并按异常情况归类存储备查。上述异常情况发生后，由检修人员现场检验核实后，将分析结果通过电子工作票传至营业管理部门处理。（二）GPRS在线管理系统在电费管理中的作用通过系统远程抄表功能，将智能电表的各种监测数据、运行参数抄读回系统中心站，以定时跟踪了解客户计量装置的运行状况，从而做到及时发现和记录异常情况，为事后追忆和有效处理解决，提供依据和方向。电费是电力企业效益的最终体现，为实现电费的及时准确全部回收到位，负荷管理系统提供了相当有力的技术手段。对电力企业来说，电能计量自动化及“抄、核、收”一体化一直是电力营销管理部门所追求的目标。利用电力GPRS负荷管理系统实现远方抄表，由终端读取表中的各种数据，并以数据包的形式传回主台，可准确和方便地获得电能表的各种计费数据，实现远方抄表数据时间的一致性，通过计算机网络送往营销MIS系统，作为电费结算依据，节省了大量人力、物力，提高了劳动生产率。利用系统中文信息发送功能，电费信息可以在客户的终端上存储、显示，并以语音的形式通知客户，改变了过去上门催收的方式，为电力企业提供了简便、高效、快捷的电费催收方法。预购电控制

对季节性生产或受市场变化影响较大的客户，如：高耗能企业，以及信誉等级差的客户，可实行“预购电控制”。

预购电控功能可同中文信息发送、电子传票结合使用。当用户买电后，由营业部门操作人员填写购电通知单，并通过电子传票方式通知负荷管理中心，再由操作人员按传票内容将所买电量下发至终端，由终端执行当地闭环购电控制。当用户的剩余电量达到报警定值时，终端发出警报，告知客户应及时再次购电，如剩余电量达到跳闸定值后，终端执行跳闸以终止供电。

实行“预购电控”为电力企业回收电费提供了重要的有效手段。

另外，系统中心站的预购电控制模块也可根据实际情况，独立安装并运行于电力局的其它部门，如：营业所等，为方便购电参数和控制定值等数据的下发设置，以简化预购电功能的运作流程，从而也减少差错的产生。 六、GPRS在线监测系统线损分析数据自动采集：自动定时采集各个大用户计量电能量、瞬时量、用电事件、电能质量等供电数据，实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性，为电量结算提供准确依据。充分利用用户各种实时、完整、准确的数据加以分析，并采取必要的措施以降低线损提高供电企业供电和用户现场管理水平。线损分析图4七、实际案例分析（一）人为窃电长乐市供电公司于2003年7月安装了一套《用户远程在线管理系统》，现场稽查人员依据该系统异常信息提示，准确查获两起通过台变计量窃电用户。这两起窃电，采用了在电表接线盒内部安装磁控干簧管继电器方式，通过在计量箱外置强力磁铁控制继电器吸合，造成二次计量电流回路短接，使计量失准达到窃电的目的。该条馈线长期以来线损率高居不下（平均7.5%），供电部门数次逐户突击检查未果。系统安装后，很快就自动锁定两用户，判定为二次回路，A、B相窃电一户，B、C相窃电一户，遥控窃电。2004年2月2日在长乐市供电公司领导高度重视、亲自牵头，在相关部门配