安康水力發(fā)電廠電能計量系統(tǒng)改造

摘 要：隨著陜西省電力公司調(diào)度專網(wǎng)雙平面接入工作，安康水力發(fā)電廠在電量計量計費系統(tǒng)改造上也需將電能量接入雙平面。文章以EDAD2001-C電能數(shù)據(jù)綜合采集裝置改造為基礎(chǔ)，詳細闡述了電量自動計費系統(tǒng)的主要功能和特點，以及多通信規(guī)約電量自動計費系統(tǒng)的軟件、硬件改造方案；說明了電量自動計費系統(tǒng)在現(xiàn)代化電網(wǎng)的重要性和可應用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)雙平面；電量計費系統(tǒng)；多通信規(guī)約；二次安全防護

1 概述

陜西安康水電站位于陜南漢江上游，安裝4臺容量為200MW的混流式水輪發(fā)電機組，1990年至1992年先后投入運行，是目前陜西電網(wǎng)骨干調(diào)頻、調(diào)峰電廠，也是陜西電網(wǎng)和漢江上游梯級開發(fā)中最大的水電廠。在陜西安康水電站新建一套電能量計量系統(tǒng)，其目的是實現(xiàn)水電站關(guān)口計量點和廠用電計量點的電能量數(shù)據(jù)自動采集、存儲等功能，滿足陜西安康水電站對電量數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、考核、出具電量報表等需要，適應國家電力體制改革和發(fā)展的要求，是電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)。

建成的陜西安康水電站電能量計量系統(tǒng)能夠安全、可靠、準實時地采集水電站所有計量點的電量，為公司提供生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，為公司領(lǐng)導、各決策部門提供決策依據(jù)。主要包括：

（1）適應計量點規(guī)模的擴大，保證系統(tǒng)正常運行。

（2）提高系統(tǒng)的可靠性和響應能力。

（3）適應模擬通道、數(shù)字通道和數(shù)據(jù)網(wǎng)的投入應用，提高數(shù)據(jù)的實時性。

2 電能計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、實現(xiàn)途徑

本次對電量計量后臺管理系統(tǒng)進行技術(shù)改造，新上一套技術(shù)先進、功能齊全的電量計量后臺管理系統(tǒng)。其目的是實現(xiàn)安康水電廠關(guān)口計量點、機組及廠用電計量點的電能量數(shù)據(jù)自動采集、存儲等功能，滿足安康電廠對電量數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、考核、出具電量報表等需要。建成后的安康電廠電能量計量系統(tǒng)能夠安全、可靠、準實時地采集電廠所有計量點的電量。

電能量計量系統(tǒng)，將采用分布式體系結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο笤O(shè)計的數(shù)據(jù)模型，支持開放的通信協(xié)議，采用網(wǎng)絡、電話撥號并存的方式進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高度可靠性、實時性、穩(wěn)定性、開放性；系統(tǒng)具備豐富的數(shù)據(jù)合理性校驗、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計計算、電量管理、報表、數(shù)據(jù)發(fā)布等應用功能，在數(shù)據(jù)存儲、處理、管理、應用、發(fā)布方面更方便、快捷。安康電廠現(xiàn)有關(guān)口及廠用計量點共34個，全部接入北京煜邦電力技術(shù)有限公司的電量采集器（共1臺），采集器安裝于保護室內(nèi)的計量屏內(nèi)。建成后的電能量計量系統(tǒng)應能夠采集現(xiàn)有的所有計量點數(shù)據(jù)；能夠采集電能量的正反相有功、正反相無功等數(shù)據(jù)，并能夠進行電量數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計。主站與采集器的通訊方式采用網(wǎng)絡直連的方式，電量數(shù)據(jù)需要上傳至廠內(nèi)MIS網(wǎng)，并滿足國網(wǎng)公司對于二次安全防護的要求。電量計量后臺管理系統(tǒng)服務器需要單獨組屏，屏內(nèi)安裝一臺逆變電源。

3 后臺管理系統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)

3.1 軟件邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用多層B/S技術(shù)，實現(xiàn)用戶界面、應用邏輯與數(shù)據(jù)庫的分離，便于系統(tǒng)的維護和使用。所有各層都通過系統(tǒng)支撐平臺進行數(shù)據(jù)交換，避免文件的共享，杜絕病毒的入侵。軟件按層次結(jié)構(gòu)來組織，包括系統(tǒng)軟件層、支持軟件層和應用軟件層。

3.2 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用的是Oracle 10g 數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫具有高度的開放性和對海量數(shù)據(jù)支持能力，并提供多種接口，用于在不同編程環(huán)境的下調(diào)用。采集來的原始電量數(shù)據(jù)采用分區(qū)按天分表存儲的方式，能很好解決系統(tǒng)訪問性能問題，通過數(shù)據(jù)應用平臺的底層處理，系統(tǒng)應用不必設(shè)定查詢條件即可透明訪問電能數(shù)據(jù)，即對應用來講數(shù)據(jù)仍然存儲在一個庫表中。

動態(tài)創(chuàng)建年中月、月中日、日中時的臨時中間表，年中月的臨時中間表主要是方便對年、季的電量數(shù)據(jù)進行快速查詢計算，月中日的臨時中間表主要是方便對月、周的電量數(shù)據(jù)進行快速查詢計算，日中時的臨時中間表主要是方便對日、時的電量數(shù)據(jù)進行快速查詢計算，系統(tǒng)定時更新臨時中間表保持數(shù)據(jù)的一致性。

通過系統(tǒng)參數(shù)的配置可以對系統(tǒng)的性能和數(shù)據(jù)庫進行全面優(yōu)化，高效的批量入庫、批量刪除、批量計算、批量查詢技術(shù)來保證系統(tǒng)高性能的要求。

3.3 通訊采集子系統(tǒng)

系統(tǒng)能對電能量采集終端或電能表的所有數(shù)據(jù)進行自動采集，所有的電能量數(shù)據(jù)均帶時標存儲。如遇通信中斷，在通信恢復后，系統(tǒng)能自動獲取通信中斷期間原應采集的所有數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性。系統(tǒng)能通過通信協(xié)議獲取電能量采集終端和電能表的當前時鐘并進行對時（有對時原則：超過一個積分周期或跨積分周期不能對時），時鐘對時誤差≤±1秒，時鐘誤差超差時告警并周期檢查數(shù)據(jù)情況，根據(jù)數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)無效來自動進行數(shù)據(jù)補采。

3.4 應用管理子系統(tǒng)

應用管理子系統(tǒng)由以下幾個子模塊組成。

（1）系統(tǒng)維護：包括日志查詢、用戶授權(quán)、權(quán)限配置、系統(tǒng)常數(shù)配置、修改密碼、重新登錄操作。（2）基本信息：包括安裝單導入、計量點定義、元件定義、元件分類、班值定義、日志類型定義、日志查詢定義操作。（3）數(shù)據(jù)查詢：包括統(tǒng)計電量、取數(shù)時間、采集狀態(tài)、班值廠用電率、班值電量查詢操作。（4）數(shù)據(jù)維護：包括表碼維護、元件損耗、電量重新計算操作。（5）報表管理：包括自定義報表設(shè)置、自定義報表瀏覽操作。（6）系統(tǒng)圖形：包括電網(wǎng)系統(tǒng)圖設(shè)置、電網(wǎng)系統(tǒng)圖查詢、圖形曲線設(shè)置、圖形曲線查詢操作。

3.5 數(shù)據(jù)庫鏡像同步子系統(tǒng)

根據(jù)國網(wǎng)公司對于二次安全防護的要求，在電能量計量系統(tǒng)與MIS網(wǎng)之間需要加裝隔離設(shè)備。由于隔離器的隔離作用，導致傳統(tǒng)的接口方式（網(wǎng)絡直連等）無法使用，必須以文本的方式將數(shù)據(jù)由二區(qū)傳輸至三區(qū)。

本系統(tǒng)采用了最新的數(shù)據(jù)庫同步技術(shù)，完成對隔離器的穿透，達到及時、準確的進行二三區(qū)數(shù)據(jù)同步，滿足與電廠MIS網(wǎng)接口的要求，方便廠領(lǐng)導和其他相關(guān)部門的工作人員通過MIS網(wǎng)查看電量數(shù)據(jù)。

3.6 MIS網(wǎng)接口子系統(tǒng)

根據(jù)MIS系統(tǒng)的需要，本系統(tǒng)可以以中間表的形式，靈活的提供MIS系統(tǒng)對電量表底值、小時統(tǒng)計電量、日統(tǒng)計電量的訪問需求。并能滿足MIS系統(tǒng)對電量數(shù)據(jù)的實時性、準確性、全面性的要求。

4 實現(xiàn)途徑

4.1 電能量采集器設(shè)備換代更新

本次電能數(shù)據(jù)綜合采集裝置采用北京煜邦公司EDAD 2001-C（ARM）最新版，較上一代相比使用專用ARM926e低功耗CPU。兼容性更好、可靠性更高、功能齊全、容量大，能夠采集、處理、存貯、遠傳電能表輸出的電能相關(guān)信息，同時還能記錄和電能量相關(guān)的各種事件。

EDAD2001-C電能數(shù)據(jù)綜合采集裝置通過串行接口板，采集帶有串行接口RS485的電能表數(shù)據(jù)，按積分周期凍結(jié)并采集電能表的各項數(shù)據(jù)。通過開關(guān)量輸入板完成采集脈沖表和事件輸入，在輸入板中設(shè)有電平轉(zhuǎn)換和保護裝置，用來對不同種類的脈沖信號進行電平變換和輸入保護，采集器累加脈沖并按積分周期存儲。通過調(diào)制解調(diào)器、專線、網(wǎng)絡、GPRS、GSM、直連等接口，可實現(xiàn)與9個主站的通訊。

原始數(shù)據(jù)保存在FLASH存儲器中，系統(tǒng)采用了存儲器備份和數(shù)據(jù)校驗恢復技術(shù)。

采集器原理框圖如圖2所示。

EDAD2001-C電能數(shù)據(jù)綜合采集器有良好的人機界面，操作簡單，功能強大。能同時接入多種通訊規(guī)約的電能表，如我廠原使用的MAXsys2510表、EDMI表、湖南威勝公司的電能表、機組使用的恒通電能表以及其它采用DL/T645規(guī)約的電能表。

4.2 電量計量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集量接入

目前我廠使用發(fā)電機機端電能表為恒通DSSD25型，計量精度為0.5級。送檢超差需更換。線路關(guān)口表部分采用西門子關(guān)口表Maxsys2510，與采集器需進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，規(guī)約轉(zhuǎn)換器經(jīng)常故障。所以本次電量計量管理系統(tǒng)改造電能表全部更換為威勝DTZ341高精度電能表，采集接口為RS485端口，淘汰原RS/232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器，直接接入電能量采集裝置。接口連接電纜全部采用屏蔽485電纜。

4.2.1 機組部分

更換機組電能表，在各臺機組機旁通過電能表的485通訊接口接入屏蔽485電纜將采集量接入電量計量管理系統(tǒng)。

4.2.2 線路部分

更換330kV、110kV各線路電能主、副表，通過電能表的485通訊接口接入屏蔽485電纜將采集量接入電量計量管理系統(tǒng)。

4.2.3 330kV、110kV聯(lián)絡變及廠高變部分

通過330kV、110kV聯(lián)絡變測量盤高、中、低壓側(cè)電能表的485通訊接口接入屏蔽485電纜將采集量接入電量計量管理系統(tǒng)廠高變測量盤通過21B-25B及保壩線電能表的485通訊接口接入屏蔽485電纜將采集量接入電量計量管理系統(tǒng)。

4.2.4 其他計量點

分別利用現(xiàn)有330kV電抗器、宇南線、小南線電度表，通過485通訊接口接入屏蔽485電纜將采集量接入電量計量管理系統(tǒng)。同時將備用線電度表的采集量接入電量計量管理系統(tǒng)。

4.3 調(diào)度自動化一二平面電能量數(shù)據(jù)接入及其他系統(tǒng)電能量數(shù)據(jù)調(diào)用

電能量采集數(shù)據(jù)通過兩個TCP/IP網(wǎng)絡接口與調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)一平面、二平面主站以陜西102規(guī)約接入。本地水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)電量采集數(shù)據(jù)通過RS232接口按北京102規(guī)約獲取，本地MIS調(diào)用數(shù)據(jù)也通過TCP/IP網(wǎng)絡接口以陜西102規(guī)約接入本地電能量采集管理系統(tǒng)主機。

系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖如圖3所示。

電量自動計費系統(tǒng)主服務器對現(xiàn)場運行的電能表的計量值自動進行記錄，其積分周期（記錄間隔）設(shè)置為5min 。實現(xiàn)對電能計量數(shù)據(jù)的準實時記錄和保存，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)對電量、電費、負荷等的自動統(tǒng)計分析，不但能取代傳統(tǒng)的人工抄表計量電量結(jié)算電費方式，而且為多種電費計算方式和不同的電量考核提供了可能。

4.4 二次安全防護及MIS系統(tǒng)

二次安全防護選用南瑞集團公司生產(chǎn)的SysKeeper2000網(wǎng)絡安全隔離裝置（正向型），用于安全區(qū)II到安全區(qū)III的單向數(shù)據(jù)傳遞。硬件采用RISC體系結(jié)構(gòu)高性能嵌入式計算機芯片，雙機之間通過高速物理傳輸芯片進行物理連接，底板上各有兩個10M/100M以太網(wǎng)接口用來連接要隔離的兩個網(wǎng)絡。內(nèi)網(wǎng)串口可以用來連接配置終端，方便管理人員對網(wǎng)絡安全隔離設(shè)備的控制，硬件看門狗時刻監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，保證隔離裝置的穩(wěn)定、可靠運行。

電能量計量管理系統(tǒng)主服務器和電能量計量管理系統(tǒng)鏡像服務器通過網(wǎng)絡安全隔離裝置來連接，服務器也采用雙網(wǎng)卡配置。主服務器通過網(wǎng)絡安全隔離裝置向鏡像服務器以文本方式單向發(fā)送電能采集器采集的數(shù)據(jù)，主服務器與鏡像服務器程序數(shù)據(jù)庫均配置相同，數(shù)據(jù)也同步。

MIS系統(tǒng)從電量后臺管理系統(tǒng)鏡像服務器網(wǎng)口2至計算機監(jiān)控上位機室的交換機敷設(shè)一根超五類網(wǎng)線，接入信息內(nèi)網(wǎng)供數(shù)據(jù)查詢。電量后臺管理系統(tǒng)鏡像服務器可設(shè)置用戶查詢權(quán)限。在應用WEB的主菜單選擇【報表管理】->【自定義報表設(shè)置】，系統(tǒng)就可以打開自定義報表設(shè)置模塊界面查詢電量報表。也可以通過在應用WEB的主菜單選擇【數(shù)據(jù)查詢】->【原始電量】，即可以查詢到準確時刻（取樣間隔為5分鐘）的電表底數(shù)。極大地減輕了運行人員電能量計量數(shù)據(jù)的抄錄計算工作量。

5 系統(tǒng)投運情況

2012年8月30日本系統(tǒng)投入試運行，經(jīng)過不斷的整改與完善，大大提高了我廠電能計量管理系統(tǒng)的可靠及穩(wěn)定運行，同時滿足調(diào)度自動化通信數(shù)據(jù)上傳的可靠與安全性，對以后我廠調(diào)度自動化系統(tǒng)雙平面設(shè)備運行有著重大作用及意義重大。在科技高速發(fā)展的今天，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在發(fā)電廠中發(fā)揮的作用日益重要，已覆蓋發(fā)電廠生產(chǎn)運行各個方面，機組運行中各種信息所相關(guān)的各項考核甚至于以后的競價上網(wǎng)發(fā)電等都與發(fā)電廠的經(jīng)濟效益產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián)。本次電能計量管理系統(tǒng)改造，使電廠端至調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)傳輸更加安全、高效，為建設(shè)智能電網(wǎng)提供了強大的技術(shù)支撐。

作者簡介：韓濤（1974-），男，漢族，陜西安康人，助理工程師，大學本科，長期從事水電廠電氣檢修維護工作。