農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)初探

0 引言

：在科技迅猛發(fā)展的今天，各縣級(jí)電力企業(yè)仍在沿用最原始的人力抄表方法，扛著梯子、騎著摩托走村串街的去抄表，不管刮風(fēng)下雨、不論酷暑嚴(yán)寒日復(fù)一日。抄表工作是目前各縣級(jí)電力企業(yè)耗費(fèi)人力資源最大的一項(xiàng)工作，特別是隨著農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，用戶數(shù)量迅速增加，人工抄表工作量大，效率低，人為誤差嚴(yán)重，漏抄、估抄、冒抄現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不利于科學(xué)管理和電費(fèi)的及時(shí)足額征收，同時(shí)對(duì)優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作也造成了一定影響。近年來(lái)，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)發(fā)展非常迅速，在城市居民小區(qū)已有應(yīng)用實(shí)例。但相對(duì)于城市電網(wǎng)用戶分散、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的農(nóng)村電網(wǎng)，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)的應(yīng)用還比較罕見(jiàn)。

1 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的通訊方式

遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)是集電表數(shù)據(jù)采集、載波傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理及斷電控制等功能于一體的自動(dòng)化系統(tǒng)。遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)現(xiàn)存的主要技術(shù)難點(diǎn)之一是通信技術(shù)。通信設(shè)備占據(jù)抄表系統(tǒng)投資的大部分，而通信的可靠性對(duì)抄表系統(tǒng)的可信賴性有著決定性的影響。選擇一種合適的通信方式，可以在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，從而使系統(tǒng)得到廣泛的推廣。目前國(guó)內(nèi)外研究中常見(jiàn)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通信方式主要有以下幾種形式。

1.1專用有線通信線路方式

采用此種通信方案一般為總線通信方式，主要包括:RS485/422總線。這是自動(dòng)抄表系統(tǒng)底層通信廣泛使用的方式，一般用于各電表到集中抄表器之間的通信，物理介質(zhì)為雙絞線。雙絞線的抗干擾能力強(qiáng)，信道穩(wěn)定，通信速率和通信距離都能很好地滿足城市居民小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)底層通信的要求。但RS485/422只提供物理層規(guī)范，進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)工作量大，不利于產(chǎn)品的規(guī)范化。

ProfiBus、BitBus、CAN、LnoWorks等現(xiàn)場(chǎng)總線。其物理層與RS485/RS422相同，但加入了數(shù)據(jù)鏈路層或更高層的協(xié)議支撐，以信息包的方式傳遞數(shù)據(jù)，其內(nèi)部軟件模塊完成數(shù)據(jù)打包/解壓包、CRC校驗(yàn)等任務(wù)。這類規(guī)范化的現(xiàn)場(chǎng)總線，技術(shù)成熟，二次開(kāi)發(fā)工作量小，大多數(shù)產(chǎn)品在數(shù)據(jù)鏈路層以及傳輸層采用了差錯(cuò)控制技術(shù)而使通信的可靠性大大提高。但專用有線通信方式，布線工作量大，通訊信道易受人為損壞，損壞后故障排除困難、恢復(fù)慢，一般只適用于近距離通信。

1.2電話線通信方式

電話線通信方式主要用于集中抄表以后的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，較多的應(yīng)用在集中器和抄表管理中心的通信過(guò)程中。目前大多采用在數(shù)據(jù)集中器和管理中心主機(jī)加裝外置調(diào)制解調(diào)器(MODEM)或內(nèi)置MODEM芯片方案實(shí)現(xiàn)，其通信速率可達(dá)2.4kbps、9.6kbps甚至56kbps。主機(jī)對(duì)集中器的呼叫可通過(guò)撥號(hào)由交換機(jī)自動(dòng)完成，也可以租用專線，但費(fèi)用較高。電話線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，線路續(xù)接(包括呼叫應(yīng)答等)時(shí)間較長(zhǎng)，通常需幾秒到幾十秒。這一方面使得管理中心無(wú)法對(duì)用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控;另一方面當(dāng)終端數(shù)目較多時(shí)，租用電話線路多，其租用費(fèi)用也很可觀，因此不適合大容量系統(tǒng)。

1.3專用無(wú)線通信方式

無(wú)線方式主要包括無(wú)線電通信和紅外通信兩種方式，屬于比較成熟的常規(guī)技術(shù)。該種方式在傳輸帶寬、通信速率、通信距離、安裝調(diào)試等方面具有較大的靈活性，在布局分散的終端之間進(jìn)行通信時(shí)是一種較好的選擇。其主要缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰兩個(gè)信道會(huì)產(chǎn)生相互干擾。其使用場(chǎng)合有一定的限制。

以中繼傳輸，自動(dòng)組網(wǎng)為技術(shù)特征，無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)近年得到迅速發(fā)展。例如，Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)主要用于傳感器之間的近距離通信，由于其具有低成本，自動(dòng)組網(wǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的底層通信。尤其是用戶比較集中時(shí)，可采用微功率發(fā)送，中繼傳輸，自適應(yīng)路由的方式將各表計(jì)的數(shù)據(jù)傳送至集中器。

1.4電力線載波通信方式

低壓電力線載波通信是指利用現(xiàn)有低壓220V線路作為通信載體，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。該技術(shù)不需再鋪設(shè)通訊線路，施工量少，節(jié)約資金投入，而且有利于管理，信道不易破壞。

在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中一般采用將多用戶的數(shù)據(jù)集中后遠(yuǎn)傳的方式，以避免通信資源的浪費(fèi)和成本的增加。但農(nóng)村居民居住分散，各電力表計(jì)到集中器之間距離較遠(yuǎn)，底層通信難于采用雙絞線等有線通信方式。另一方面，農(nóng)村供電網(wǎng)分支少，適宜于電力線載波通信。所以電力線載波通信在農(nóng)村電網(wǎng)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)中具有一定優(yōu)勢(shì)。

1.5基于移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的GPRS/短信息通信方式

GPRS/短信息通信依附于GSM移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)，GPRS的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到115kbps。短信息通信的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到9.6kbps。

GPRS允許業(yè)務(wù)用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，根據(jù)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行收費(fèi)，因而適用于間歇的、非周期的數(shù)據(jù)傳輸;少量數(shù)據(jù)的頻繁傳輸;較大容量數(shù)據(jù)的不頻繁傳輸。短信息通信適用于數(shù)據(jù)量少，實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。

目前，移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)了居民區(qū)域的全覆蓋，服務(wù)質(zhì)量逐年提高，資費(fèi)逐步降低，而自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量不大，實(shí)時(shí)性要求不高的特點(diǎn)，所以GPRS/短信息通信方式在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中具有較好應(yīng)用前景。

2 農(nóng)村末端電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

武邑縣地處冀中大平原，農(nóng)村各戶住房相對(duì)山區(qū)比較集中，但相對(duì)城市略顯分散，村內(nèi)南北、東西向一般都有主要街道，相鄰兩村之間的距離一般都在5公里以內(nèi)。照明變壓器一般為每村1臺(tái)，較大的村有的2-3臺(tái)，每臺(tái)照明變壓器的容量大多為30千伏安和50千伏安，低壓出線根據(jù)變壓器的位置決定，變壓器在村中間的一般低壓都有2回出線(三相四線)，為了盡量保證三相負(fù)荷平衡，每根相線上所帶戶數(shù)約為全村戶數(shù)的六分之一;變壓器安裝位置在村一頭的，一般低壓都是一回出線(三相四線)，每根相線上所帶戶數(shù)約為全村戶數(shù)的三分之一，一般較小的村也就幾十戶、一百多戶，較大的村可達(dá)幾百戶。農(nóng)村相鄰兩戶之間的距離和城市平房住戶沒(méi)有多大差別，一般都在幾十米、上百米。戶表都用集表箱固定在室外墻壁上，根據(jù)每個(gè)區(qū)域(胡同)居民戶數(shù)的多少采用不同型號(hào)的集表箱，每個(gè)集表箱所安裝電能表(標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸)的數(shù)量一般分為4塊、6塊、8塊不等。

3 農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)技術(shù)方案

根據(jù)農(nóng)村電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四層結(jié)構(gòu)較為適宜，即抄表管理中心、供電所數(shù)據(jù)中繼及管理分站、村級(jí)數(shù)據(jù)集中器、載波集抄電表。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：

3.1抄表管理中心

抄表管理中心與各供電所通過(guò)現(xiàn)有的光纖通道進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程抄表終端傳輸上來(lái)的用戶電量信息匯總、整理后加以處理，提供給收費(fèi)系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)使用。抄表管理中心還通過(guò)上位機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)轄區(qū)各集中器進(jìn)行管理，對(duì)集中器和載波電表進(jìn)行不同的設(shè)置和維護(hù)。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和管理體制，一個(gè)縣級(jí)供電公司可設(shè)立一個(gè)或多個(gè)抄表管理中心。各管理中心之間可以通過(guò)電力系統(tǒng)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

抄表管理中心由抄表管理計(jì)算機(jī)和上位機(jī)抄表管理系統(tǒng)軟件組成，是抄表管理人員與本系統(tǒng)直接交流的部分。上位機(jī)管理系統(tǒng)位于抄表管理中心的計(jì)算機(jī)上，它實(shí)際上就是一套建立在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的軟件管理系統(tǒng)。抄表管理中心和供電所是1：N的關(guān)系，一個(gè)抄表管理中心負(fù)責(zé)管理區(qū)域下的多個(gè)供電所。

3.2供電所數(shù)據(jù)中繼及管理分站

武邑局各供電所/變電站(均為站所合一模式)都開(kāi)通了與局機(jī)關(guān)之間的光纜通訊，只要將集中器采集到的數(shù)據(jù)送到供電所，就可由供電所集中上傳到縣局抄表管理中心。而供電所與35kV變電站為站所合一模式，與各村的照明變壓器均有10kV電力線直接相連，具備實(shí)現(xiàn)載波通信的條件。所以，采用村級(jí)數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)經(jīng)10千伏載波通信上傳至變電站(供電所)，再由供電所利用現(xiàn)有的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至縣局抄表管理中心的模式比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

供電所數(shù)據(jù)中繼及抄表管理中心主要由載波通信機(jī)，光纖通信設(shè)備(現(xiàn)有)和供電管理計(jì)算機(jī)(現(xiàn)有)構(gòu)成，主要完成數(shù)據(jù)中繼和供電所轄區(qū)內(nèi)用電數(shù)據(jù)的處理功能。由于供電所可對(duì)各用戶用電量實(shí)時(shí)監(jiān)視，在自動(dòng)抄表的基礎(chǔ)上，還可以增加防竊電、安全監(jiān)視等功能。這對(duì)增加電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用。

3.3 數(shù)據(jù)集中器

數(shù)據(jù)集中器，跨接在村級(jí)低壓配電變壓器的高壓和低壓側(cè)，是最主要的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備。向上通過(guò)10kV電力線載波通道、光纖通道與供電所、抄表管理中心通訊，接收供電所、管理中心的指令，自動(dòng)完成電表數(shù)據(jù)抄錄。向下通過(guò)低壓電力線載波通信方式匯集該配變下所有載波電表和村級(jí)配電總表的數(shù)據(jù)(基本功能)，并根據(jù)指令向采集終端發(fā)送用戶停、送電分合指令，完成對(duì)用戶的遠(yuǎn)程分、合閘控制工作(可選功能)。

3.4載波電表

載波電表裝于集表箱內(nèi)，完成對(duì)裝于同一集表箱內(nèi)的所有用戶電表(1-8個(gè))的抄收工作。并將抄收到的數(shù)據(jù)上傳至集中器。載波電表主要通過(guò)對(duì)用戶電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這樣既可避免大量更換電表而造成客戶投資的浪費(fèi)，又可使遠(yuǎn)程自動(dòng)抄收數(shù)據(jù)與現(xiàn)有電表數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，增加了數(shù)據(jù)的可靠性。

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