农村电网远程自动抄表技术发展

     前 言

     在科技迅猛发展的今天，各县级电力企业仍在沿用最原始的人力抄表方法，扛着梯子、骑着摩托走村串街的去抄表，不管刮风下雨、不论酷暑严寒日复一日。抄表工作是目前各县级电力企业耗费人力资源最大的一项工作，特别是随着农村电网规模的扩大，用户数量迅速增加，人工抄表工作量大，效率低，人为误差严重，漏抄、估抄、冒抄现象时有发生，不利于科学管理和电费的及时足额征收，同时对优质服务工作也造成了一定影响。近年来，远程自动抄表技术发展非常迅速，在城市居民小区已有应用实例。但相对于城市电网用户分散、电网结构薄弱的农村电网，远程自动抄表技术的应用还比较罕见。

    1 远程自动抄表系统的通讯方式

    远程自动抄表系统是集电表数据采集、载波传输、数据存储、数据通信、数据处理及断电控制等功能于一体的自动化系统。远程自动抄表技术现存的主要技术难点之一是通信技术。通信设备占据抄表系统投资的大部分，而通信的可靠性对抄表系统的可信赖性有着决定性的影响。选择一种合适的通信方式，可以在很大程度上提高系统的可靠性和实用性，从而使系统得到广泛的推广。目前国内外研究中常见的远程抄表系统的通信方式主要有以下几种形式。

    1.1专用有线通信线路方式

    采用此种通信方案一般为总线通信方式，主要包括:RS485/422总线。这是自动抄表系统底层通信广泛使用的方式，一般用于各电表到集中抄表器之间的通信，物理介质为双绞线。双绞线的抗干扰能力强，信道稳定，通信速率和通信距离都能很好地满足城市居民小区自动抄表系统底层通信的要求。但RS485/422只提供物理层规范，进行产品开发时软件开发工作量大，不利于产品的规范化。

    ProfiBus、BitBus、CAN、LnoWorks等现场总线。其物理层与RS485/RS422相同，但加入了数据链路层或更高层的协议支撑，以信息包的方式传递数据，其内部软件模块完成数据打包/解压包、CRC校验等任务。这类规范化的现场总线，技术成熟，二次开发工作量小，大多数产品在数据链路层以及传输层采用了差错控制技术而使通信的可靠性大大提高。但专用有线通信方式，布线工作量大，通讯信道易受人为损坏，损坏后故障排除困难、恢复慢，一般只适用于近距离通信。

    1.2电话线通信方式

    电话线通信方式主要用于集中抄表以后的数据远程传输，较多的应用在集中器和抄表管理中心的通信过程中。目前大多采用在数据集中器和管理中心主机加装外置调制解调器(MODEM)或内置MODEM芯片方案实现，其通信速率可达2.4kbps、9.6kbps甚至56kbps。主机对集中器的呼叫可通过拨号由交换机自动完成，也可以租用专线，但费用较高。电话线方式进行数据通信时，线路续接(包括呼叫应答等)时间较长，通常需几秒到几十秒。这一方面使得管理中心无法对用户实时监控;另一方面当终端数目较多时，租用电话线路多，其租用费用也很可观，因此不适合大容量系统。

    1.3专用无线通信方式

    无线方式主要包括无线电通信和红外通信两种方式，属于比较成熟的常规技术。该种方式在传输带宽、通信速率、通信距离、安装调试等方面具有较大的灵活性，在布局分散的终端之间进行通信时是一种较好的选择。其主要缺点是需申请频点使用权，如果频点选择不合理，相邻两个信道会产生相互干扰。其使用场合有一定的限制。

    以中继传输，自动组网为技术特征，无线自组网技术近年得到迅速发展。例如，Zigbee网络技术，该技术主要用于传感器之间的近距离通信，由于其具有低成本，自动组网等特点，可应用于自动抄表系统中的底层通信。尤其是用户比较集中时，可采用微功率发送，中继传输，自适应路由的方式将各表计的数据传送至集中器。

    1.4电力线载波通信方式

    低压电力线载波通信是指利用现有低压220V线路作为通信载体，通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术。该技术不需再铺设通讯线路，施工量少，节约资金投入，而且有利于管理，信道不易破坏。

    在自动抄表系统中一般采用将多用户的数据集中后远传的方式，以避免通信资源的浪费和成本的增加。但农村居民居住分散，各电力表计到集中器之间距离较远，底层通信难于采用双绞线等有线通信方式。另一方面，农村供电网分支少，适宜于电力线载波通信。所以电力线载波通信在农村电网的自动抄表系统中具有一定优势。

    1.5基于移动电话网络的GPRS/短信息通信方式

    GPRS/短信息通信依附于GSM移动电话网络，GPRS的数据速率可达到115kbps。短信息通信的数据速率可达到9.6kbps。

    GPRS允许业务用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源，根据数据流量进行收费，因而适用于间歇的、非周期的数据传输;少量数据的频繁传输;较大容量数据的不频繁传输。短信息通信适用于数据量少，实时性要求不高的场合。

    目前，移动电话网络基本实现了居民区域的全覆盖，服务质量逐年提高，资费逐步降低，而自动抄表系统具有数据量不大，实时性要求不高的特点，所以GPRS/短信息通信方式在自动抄表系统中具有较好应用前景。

    2 农村末端电网的结构特点

    武邑县地处冀中大平原，农村各户住房相对山区比较集中，但相对城市略显分散，村内南北、东西向一般都有主要街道，相邻两村之间的距离一般都在5公里以内。照明变压器一般为每村1台，较大的村有的2-3台，每台照明变压器的容量大多为30千伏安和50千伏安，低压出线根据变压器的位置决定，变压器在村中间的一般低压都有2回出线(三相四线)，为了尽量保证三相负荷平衡，每根相线上所带户数约为全村户数的六分之一;变压器安装位置在村一头的，一般低压都是一回出线(三相四线)，每根相线上所带户数约为全村户数的三分之一，一般较小的村也就几十户、一百多户，较大的村可达几百户。农村相邻两户之间的距离和城市平房住户没有多大差别，一般都在几十米、上百米。户表都用集表箱固定在室外墙壁上，根据每个区域(胡同)居民户数的多少采用不同型号的集表箱，每个集表箱所安装电能表(标准外形尺寸)的数量一般分为4块、6块、8块不等。

    3 农村电网远程自动抄表系统技术方案

    根据农村电网的结构特点，将远程自动抄表系统设计为四层结构较为适宜，即抄表管理中心、供电所数据中继及管理分站、村级数据集中器、载波集抄电表。系统结构如图所示：

    3.1抄表管理中心

    抄表管理中心与各供电所通过现有的光纤通道进行通信，负责将远程抄表终端传输上来的用户电量信息汇总、整理后加以处理，提供给收费系统、用电管理系统使用。抄表管理中心还通过上位机管理系统对辖区各集中器进行管理，对集中器和载波电表进行不同的设置和维护。

    根据系统规模和管理体制，一个县级供电公司可设立一个或多个抄表管理中心。各管理中心之间可以通过电力系统内部的通信网络进行连接。

    抄表管理中心由抄表管理计算机和上位机抄表管理系统软件组成，是抄表管理人员与本系统直接交流的部分。上位机管理系统位于抄表管理中心的计算机上，它实际上就是一套建立在数据库基础上的软件管理系统。抄表管理中心和供电所是1：N的关系，一个抄表管理中心负责管理区域下的多个供电所。

    3.2供电所数据中继及管理分站

    武邑局各供电所/变电站(均为站所合一模式)都开通了与局机关之间的光缆通讯，只要将集中器采集到的数据送到供电所，就可由供电所集中上传到县局抄表管理中心。而供电所与35kV变电站为站所合一模式，与各村的照明变压器均有10kV电力线直接相连，具备实现载波通信的条件。所以，采用村级数据集中器的数据经10千伏载波通信上传至变电站(供电所)，再由供电所利用现有的微机网络上传至县局抄表管理中心的模式比较经济、实用。

    供电所数据中继及抄表管理中心主要由载波通信机，光纤通信设备(现有)和供电管理计算机(现有)构成，主要完成数据中继和供电所辖区内用电数据的处理功能。由于供电所可对各用户用电量实时监视，在自动抄表的基础上，还可以增加防窃电、安全监视等功能。这对增加电网的安全经济运行具有重要作用。

    3.3 数据集中器

    数据集中器，跨接在村级低压配电变压器的高压和低压侧，是最主要的数据采集终端设备。向上通过10kV电力线载波通道、光纤通道与供电所、抄表管理中心通讯，接收供电所、管理中心的指令，自动完成电表数据抄录。向下通过低压电力线载波通信方式汇集该配变下所有载波电表和村级配电总表的数据(基本功能)，并根据指令向采集终端发送用户停、送电分合指令，完成对用户的远程分、合闸控制工作(可选功能)。

    3.4载波电表

    载波电表装于集表箱内，完成对装于同一集表箱内的所有用户电表(1-8个)的抄收工作。并将抄收到的数据上传至集中器。载波电表主要通过对用户电表的数据进行二次处理的方式进行数据采集，这样既可避免大量更换电表而造成客户投资的浪费，又可使远程自动抄收数据与现有电表数据相互验证，增加了数据的可靠性。

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