远方抄表与电能计费系统

1 第 六 章 ： 远 方 抄 表 与 电 能 计 费 系 统 电 能 表 的 发 展 和 现 状 电 子 式 电 能 表 多 功 能 电 子 式 电 能 表 抄 表 技 术 综 述 采 用 IC卡 电 能 表 的 预 付 费 系 统 自 动 抄 表 技 术 2 6.1 电 能 表 的 发 展 和 现 状一 、 电 能 计 量 的 概 念 ： 电 力 系 统 中 装 设 了 各 种 各 样 的 测量 表 计 ， 用 于 检 测 所 需 要 的 各 种 参 量 ， 如 电 压 、 电流 、 功 率 、 频 率 、 电 能 等 。 这 些 仪 表 中 有 的 反 映 瞬时 值 ， 有 的 记 录 累 积 值 ， 电 能 表 是 专 门 用 来 测 量 电能 累 积 值 的 仪 表 。 3 4 二 、 电 能 表 的 分 类 ：按 照 所 测 电 流 种 类 分 ： 直 流 式 和 交 流 式按 照 不 同 用 途 可 分 为 ： 单 相 电 能 表 、 三 相 电 能 表 和 特种 用 途 电 能 表 。按 照 准 确 度 等 级 可 分 为 ： 普 通 电 能 表 （ 分 为 3.0、 2.0、1.0、 0.5级 ） 和 标 准 电 能 表 （ 分 为 0.5、 0.2、 0.1、0.05级 ） 。按 照 工 作 原 理 可 分 为 ： 机 械 式 （ 感 应 式 ） 电 能 表 、 机械 电 子 式 电 能 表 和 电 子 式 电 能 表 。 5 三 、 电 能 表 的 发 展 过 程 和 现 状 ：1、 机 械 式 电 能 表 ： 利 用 电 磁 感 应 原 理 来 测 量 电 能 。结 构 ： 由 测 量 机 构 和 辅 助 部 件 两 部 分 组 成 。 测 量 机构 包 括 驱 动 元 件 、 转 动 元 件 、 制 动 原 件 、 和 轴 承等 。 辅 助 部 分 包 括 基 架 、 底 座 、 表 盖 、 端 钮 盒 、铭 牌 等 6 驱 动 元 件 ： 包 括 电 压 元 件 和 电 流 元 件 ， 作 用 是 将 交变 的 电 压 和 电 流 转 变 为 穿 过 转 盘 的 交 变 磁 通 ， 与其 在 转 盘 中 的 感 应 电 流 相 互 作 用 ， 产 生 驱 动 力 矩 ，是 转 盘 转 动 。转 动 元 件 ： 由 转 轴 和 转 盘 构 成 ， 能 在 驱 动 元 件 所 建立 的 交 变 磁 场 作 用 下 连 续 转 动 。轴 承 ： 电 能 表 的 轴 承 是 主 要 元 件 ， 下 轴 承 位 于 转 轴下 端 ， 支 撑 转 动 元 件 的 全 部 重 量 ， 减 小 转 动 时 的摩 擦 ， 上 轴 承 位 于 转 轴 上 端 ， 起 着 导 向 作 用 。 7 制 动 元 件 ： 由 永 久 磁 铁 及 其 调 整 装 置 组 成 ， 永 久 磁 铁的 磁 通 与 转 盘 相 互 作 用 形 成 制 动 力 矩 ， 是 转 盘 的 转动 速 度 和 被 测 功 率 正 比 变 化 ， 调 整 装 置 只 是 为 了 改变 制 动 力 矩 的 大 小 。计 度 器 ： 又 称 为 积 算 机 构 ， 用 来 累 计 转 盘 的 转 数 ， 以显 示 测 定 的 电 能 。辅 助 部 件 ： 包 括 基 架 、 外 壳 、 端 钮 盒 、 铭 牌 。特 点 ： 价 格 低 且 经 久 耐 用 ， 制 造 技 术 成 熟 ； 对 电 源 及其 他 无 线 电 的 干 扰 不 敏 感 ； 测 量 精 度 不 高 且 难 以 改进 ， 功 能 单 一 ， 已 经 不 能 适 应 现 代 电 能 管 理 的 要 求 。 8 2、 机 械 电 子 式 多 功 能 电 能 表 ： 在 机 械 式 电 表 的 基 础 上发 展 起 来 的 ， 它 沿 用 了 机 械 式 电 能 表 的 测 量 机 构 ，数 据 处 理 机 构 则 用 电 子 电 路 和 微 机 控 制 系 统 实 现 ，给 现 代 化 电 能 管 理 带 来 一 些 方 便 ， 但 其 测 量 精 度 仍不 能 突 破 机 械 式 电 表 的 水 平 ， 且 功 能 不 够 丰 富 。 从结 构 上 可 分 为 整 体 式 和 分 体 式 两 种 类 型 。 9 机 电 脉 冲 式 电 子 电 能 表 ： 主 要 由 感 应 式 测 量 机 构 、 光电 转 换 器 、 分 频 器 和 计 数 器 等 组 成 。 10 3、 电 子 式 电 能 表 ： 是 20世 纪 70年 代 发 展 起 来 的 一种 更 新 换 代 产 品 ， 因 其 没 有 机 械 转 动 部 分 和 计 数机 构 ， 又 称 为 静 止 式 电 能 表 或 固 态 电 能 表 ， 与 机械 式 相 比 具 有 测 量 精 度 高 、 性 能 稳 定 、 功 耗 低 、体 积 小 、 重 量 轻 等 优 点 ， 它 还 可 以 实 现 其 它 更 丰富 的 功 能 ， 如 有 功 电 能 和 无 功 电 能 记 录 、 事 件 记录 、 负 荷 曲 线 记 录 、 功 率 因 数 测 量 等 。 11 12 6.2 电 子 式 电 能 表工 作 原 理 ： 电 能 是 电 功 率 对 时 间 的 积 分 ， 因 此 电 子 式 电能 表 是 采 用 乘 法 器 和 加 法 器 来 完 成 对 电 功 率 和 电 能 的测 量 ， 乘 法 器 使 电 压 、 电 流 信 号 相 乘 产 生 功 率 信 号 ，加 法 器 使 功 率 信 号 进 行 累 加 从 而 获 得 电 能 数 值 。 13 14 分 类 ： 根 据 转 换 原 理 ， 电 子 式 电 能 表 可 分 为 热 电 转 换 型 、模 拟 乘 法 器 型 和 数 字 乘 法 器 型 。热 电 变 换 型 电 子 式 电 能 表 ： 通 过 热 电 转 换 电 路 ， 使 热 电偶 的 输 出 与 线 路 平 均 功 率 成 正 比 ， 从 而 达 到 计 量 目 的 ，该 种 表 能 在 功 率 因 数 和 波 形 畸 变 严 重 的 情 况 下 获 得 较准 确 的 测 量 结 果 。 15 模 拟 乘 法 器 型 电 子 式 电 能 表 ： 模 拟 乘 法 器 主 要 有 时 分 割乘 法 器 、 跨 导 型 乘 法 器 和 霍 尔 效 应 乘 法 器 三 种 。 16 数 字 乘 法 器 型 电 子 式 电 能 表 ： 是 以 微 处 理 器 为 核 心 的 电 能 表 ， 对来 自 电 压 、 电 流 变 换 器 的 电 压 和 电 流 ， 采 用 A/D转 换 器 来 完 成其 交 流 采 样 和 数 字 化 处 理 工 作 。 利 用 微 处 理 器 的 强 大 处 理 能力 ， 使 这 种 电 能 表 的 功 能 更 加 丰 富 ， 可 以 完 成 其 它 原 理 的 电能 表 无 法 完 成 的 功 能 。 17 18 一 、 多 功 能 电 子 式 电 能 表 的 功 能 ： 电 子 式 电 能 表 由 于 采用 了 微 处 理 器 ， 一 般 可 以 具 有 十 余 种 基 本 功 能 ， 还 可以 加 一 些 辅 助 功 能 ， 基 本 功 能 可 以 分 为 以 下 几 类 ：1、 用 电 计 量 功 能 ： 包 括 累 计 计 量 和 实 时 计 量 功 能 。累 计 计 量 功 能 ： 累 计 双 向 供 电 的 有 功 功 率 、 无 功 功 率 和视 在 功 率 的 消 耗 量 ， 还 可 以 累 计 掉 电 时 间 、 掉 电 次 数等 。 6.3 多 功 能 电 子 式 电 能 表 19 实 时 计 量 功 能 ： 实 测 各 相 电 流 、 相 电 压 及 线 电 压 、有 功 功 率 、 无 功 功 率 、 视 在 功 率 、 功 率 因 数 、 供电 频 率 等 。2、 监 视 功 能 ： 主 要 由 最 大 需 量 监 视 和 防 窃 电 监 视 ，还 有 缺 相 指 示 、 断 电 、 恢 复 供 电 时 间 记 录 和 电 压异 常 报 警 等 。3、 控 制 功 能 ： 主 要 指 复 费 率 分 时 计 费 的 时 段 控 制 ，以 及 负 荷 控 制 功 能 。 20 4、 管 理 功 能 ： 包 括 按 时 段 /费 率 进 行 计 费 、 抄 表 等 ， 费率 可 以 根 据 季 节 、 时 间 或 峰 谷 周 期 不 同 而 不 同 ， 由供 电 部 门 设 定 。5、 存 贮 功 能 ： 讲 一 段 时 间 采 集 到 的 各 项 参 数 及 事 件 打上 时 标 并 存 贮 在 存 储 器 内 ， 并 做 到 掉 电 也 不 丢 失 。6、 自 恢 复 与 子 检 查 功 能 ： 安 装 监 视 定 时 器 以 确 保 电 表在 程 序 发 生 异 常 导 致 死 机 后 ， 能 够 及 时 复 位 电 能 表 ，同 时 还 要 求 可 以 通 过 程 序 进 行 硬 件 部 分 的 自 检 测 。 21 二 、 多 功 能 电 表 的 电 源 ： 电 源 是 电 子 式 电 能 表 工 作 的基 础 ， 所 以 要 求 电 能 表 有 稳 定 、 高 质 量 的 电 压 和 备用 电 源 。1、 电 源 电 路 ： 电 能 表 中 应 有 专 门 的 供 电 电 路 ， 满 足电 能 表 的 要 求 ， 供 电 电 路 的 功 能 ： 提 供 5V直 流 低压 电 ； 将 表 内 的 电 子 电 路 和 外 电 网 隔 离 开 ， 防 止 电网 噪 声 干 扰 ； 电 网 停 电 时 能 提 供 备 用 电 池 ， 防 止 丢失 数 据 ； 对 于 三 相 电 表 在 缺 相 运 行 时 仍 能 够 得 到 可靠 的 电 源 。 22 2、 交 流 电 源 ： 电 能 表 中 的 交 流 电 源 供 电 常 采 取 以 下方 式 ： 变 压 器 直 接 降 压 整 流 供 电 ； 电 阻 或 电 容 降压 方 式 ； 开 关 电 源 方 式 ； 变 压 器 降 压 加 线 性 电 源方 式 。3、 电 池 ： 电 能 表 中 要 备 有 电 池 在 掉 电 时 期 内 维 持 时钟 及 一 些 存 放 在 RAM里 的 数 据 ， 常 用 的 有 镍 镉 电池 和 锂 电 池 。 23 4、 掉 电 检 测 和 电 源 切 换 ： 电 能 表 掉 电 后 ， 在 电 容 的 作 用下 ， 电 路 的 电 源 电 压 成 指 数 规 律 下 降 ， 当 下 降 到 某 一值 时 ， 掉 电 检 测 电 路 应 能 察 觉 ， 给 出 一 个 信 号 使 微 处理 器 进 行 紧 急 现 场 数 据 保 护 ， 并 将 电 源 切 换 到 电 池 上和 去 掉 不 必 要 的 负 载 。 当 供 电 恢 复 时 ， 掉 电 检 测 和 电 源 切 换 模 块 又 将 表 内 电路 恢 复 到 正 常 状 态 。 24 6.4 抄 表 技 术 综 述一 、 抄 表 计 费 的 几 种 方 式 ： 1、 手 工 抄 表 方 式 ： 抄 表 员 带 质 纸 和 笔 到 现 场 根 据 用 户 的电 能 表 的 读 数 计 算 电 费 。 2、 本 地 自 动 抄 表 方 式 ： 采 用 便 携 、 使 用 方 便 的 抄 表 设 别到 现 场 完 成 抄 表 。 3、 移 动 式 自 动 抄 表 方 式 ： 利 用 汽 车 装 载 收 发 装 置 ， 不 必到 用 户 现 场 ， 在 附 近 一 定 的 距 离 内 能 自 动 抄 到 电 能 数 据 。 25 4、 预 付 费 电 能 计 费 方 式 ： 通 过 磁 卡 或 IC卡 与 预 付 费 电能 表 相 结 合 ， 实 现 用 户 先 交 钱 购 回 一 定 的 电 量 ， 用 完这 部 分 电 量 后 自 动 断 电 的 方 式 。 5、 远 程 抄 表 方 式 ： 采 用 低 压 配 电 线 、 电 话 网 、 无 线 电或 现 场 总 线 等 多 种 通 信 方 式 ， 结 合 点 表 上 的 软 件 和 供电 局 内 的 计 算 机 系 统 ， 不 必 外 出 就 可 抄 到 用 户 的 电 能数 据 。 26 二 、 预 付 费 电 能 计 量 方 式 ： 由 于 有 些 电 力 用 户 法 律 观 念 淡 薄 ， 拖 欠 电 费 ， 所 以 预付 费 电 能 计 量 方 式 受 到 关 注 ， 预 付 费 电 能 表 是 这 种 计量 方 式 的 核 心 设 备 ， 预 付 费 电 能 表 主 要 分 为 投 币 式 预付 费 电 能 表 、 磁 卡 式 预 付 费 电 能 表 和 IC卡 式 预 付 费 电能 表 三 种 27 三 、 预 付 费 计 费 方 式 和 远 程 自 动 抄 表 计 费 方 式 的 比 较 ： 1、 预 付 费 电 能 计 费 方 式 不 能 使 供 电 管 理 部 门 了 解 用户 的 实 际 用 电 情 况 和 对 电 能 的 需 求 ， 难 于 掌 握 用 电规 律 ， 确 定 最 佳 供 电 方 案 。 2、 采 用 预 付 费 电 能 计 费 方 式 ， 要 改 革 供 电 部 门 的 售电 机 构 ， 还 要 广 设 售 电 网 点 。 28 3、 拖 欠 电 费 现 象 应 用 过 法 律 途 径 解 决 ， 而 不 是 拉 闸 限电 ， 拉 闸 限 电 双 方 都 有 损 失 。 4、 自 动 抄 表 计 费 系 统 是 一 种 自 动 化 程 度 更 高 、 更 先 进的 计 费 方 式 ， 便 于 将 计 算 机 网 络 和 营 业 管 理 相 结 合 ，称 为 配 电 自 动 化 系 统 的 一 部 分 ， 以 后 还 可 以 发 展 成 和银 行 计 算 机 结 合 的 收 费 方 式 ， 确 保 了 电 力 企 业 的 合 法权 益 。 缺 点 是 系 统 建 设 复 杂 。 29 6.5 采 用 IC卡 电 能 表 的 预 付 费 系 统一 、 IC卡 电 能 表 的 组 成 ： 30 二 、 预 付 费 电 能 计 费 管 理 系 统 ： 采 用 IC卡 预 付 费 电 能 表 后 ， 就 必 须 有 与 之 相 配套 的 管 理 系 统 。售 电 终 端 ： 在 每 一 供 电 地 区 设 置 一 套 售 电 终 端 ， 一般 由 计 算 机 和 工 作 读 写 器 组 成 ， 可 以 通 过 通 信 网络 和 售 电 管 理 系 统 计 算 机 连 接 。 功 能 主 要 有 ： 日常 售 电 ； 用 户 查 询 ； 系 统 管 理 ； 打 印 制 表 等 。 31 三 、 售 电 管 理 计 算 机 网 络 32 IC卡 预 付 费 电 能 表 一 般 应 具 有 如 下 功 能 ： （ 1） IC卡 预 付 电 费 。 （ 2） 分 时 （ 峰 、 谷 、 平 时 段 ） 计 量 有功 电 度 和 无 功 电 度 并 计 费 。 （ 3） 分 时 计 量 有 功 最 大 需 量 和 无 功 最大 需 量 。 （ 4） 功 率 因 数 测 量 。 （ 5） 提 醒 与 跳 闸 。 （ 6） 防 窃 电 。 33 6.5 自 动 抄 表 技 术一 、 本 地 抄 表 技 术 ： 采 用 携 带 方 便 、 操 作 简 单 可 靠 的 抄 表 微 机 来 完 成抄 表 工 作 。 一 般 选 用 红 外 线 作 为 通 信 媒 介 ， 能 够完 成 非 接 触 式 数 据 传 输 ， 实 现 起 来 方 便 可 靠 。 34 二 、 远 程 自 动 抄 表 技 术 是 一 种 不 需 要 人 员 到 达 现 场 就 能 完 成 自 动 抄 表 的 新型 抄 表 方 式 ， 它 利 用 通 信 网 络 将 电 能 数 据 自 动 传 输到 计 算 机 电 能 计 费 管 理 中 心 进 行 处 理 ， 不 但 降 低 了劳 动 强 度 ， 还 提 高 了 抄 表 的 准 确 性 和 及 时 性 ， 杜 绝了 误 抄 、 漏 抄 等 现 象 。 35 三 、 远 程 自 动 抄 表 电 能 计 费 系 统 的 组 成 系 统 主 要 包 括 具 有 自 动 抄 表 功 能 的 电 能 表 、 抄 表集 中 器 、 抄 表 交 换 机 和 中 央 信 息 处 理 机 四 部 分 。电 能 表 ： 脉 冲 电 能 表 ； 智 能 电 能 表 。抄 表 集 中 器 ： 将 多 台 电 能 表 连 接 成 本 地 网 络 ， 并 将 它们 的 用 电 数 据 集 中 处 理 然 后 再 继 续 向 上 传 送 的 装 置 。其 自 身 含 有 特 殊 软 件 和 通 信 功 能 。 36 抄 表 交 换 机 ： 是 远 程 抄 表 系 统 的 二 次 集 中 设 备 ， 它 将抄 表 集 中 器 的 数 据 收 集 过 来 ， 再 通 过 一 定 的 通 信 方式 传 送 到 电 能 计 费 中 心 的 计 算 机 网 络 。中 央 信 息 处 理 机 ： 电 能 计 费 中 心 的 计 算 机 网 络 是 整 个远 程 自 动 抄 表 系 统 的 管 理 层 设 备 ， 由 单 台 计 算 机 或计 算 机 局 域 网 和 相 应 的 抄 表 软 件 构 成 。 37 四 、 自 动 抄 表 系 统 的 远 程 传 输 通 道 1、 利 用 电 话 网 络 实 现 远 方 超 标 2、 利 用 低 压 配 电 线 载 波 实 现 远 方 超 标 3、 利 用 负 荷 监 控 信 道 实 现 远 方 超 标 38 五 、 远 方 自 动 抄 表 系 统 的 典 型 方 案 39