全光纤集抄信息采集系统技术方案Word下载.docx
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●抄表数据自动校核。
在实现远程自动抄表的基础上,进行抄表数据的准确性的核算。
能自动报告抄读不成功的数据。
能自动报告电表档案信息,报告新装,换装,撤表现场施工信息。
能自动报告抄读异常(现场停电事件、止码倒走等)的数据。
●冻结数据抄读功能
主站通过通信网络,按设定抄表周期自动抄收读取集中器保存的电表的月、日冻结数据。
●电表的运行状态异常检查
主站根据抄读回的电表继电器状态,判断是否存在异常;
利用抄读数据对各电表的用电量进行异常检查:
表底电量异常、用电量波动异常(同前三个月的电量平均值比较)、长时间没有用电的情况检查;
●统计分析功能
电量比较:
统计指定用户或配电台区本年用电量与历年同期用电量,绘制比较曲线。
用电水平统计:
按照配电台区,统计不同用电水平的用户数。
用电负荷曲线:
绘制指定配电台区的日、月、年负荷曲线,并绘制成图表进行分析。
各相负荷曲线:
绘制该指定配电台区的日、月、年各相用电曲线,并可绘制三相负载均衡曲线。
线损计算:
指定配电台区,计算该台区的日、月、年线损,并绘制成图表进行线损分析。
异常用电统计:
在指定的时间范围内,统计本月用电异常的用户信息。
故障信息统计:
统计设备故障报警信息和通信异常信息。
停电统计:
统计指定用户或配电台区在指定时间范围内停电时间及次数。
台区综合信息:
用户数量、线损、停电时间、月或年最大负荷(出现日)、月或年最小负荷(出现日)、平均负荷
通信情况分析:
统计指定用户或配电台区在指定时间范围内抄表成一次成功率、补抄成功率,补抄次数统计。
通信流量分析:
统计指定用户或配电台区在指定时间范围内数据流量及净流量。
●校时功能
主站具有准确的时钟(如GPS时钟同步),并通过上行通讯网络对集中器同步校时和强制校时的功能。
●自动诊断
可自动进行系统自检,发现设备异常(包括通讯)应有记录和报警,报警方式包括本地报警和向上方主站报警
2.光纤集抄系统与电力营销系统接口
光纤集抄系统具有电表档案的自动搜索及上报功能,当主站接收到终端的主动上报表计档案信息时,与营销系统档案进行台区档案比对。
如果发现档案与营销系统不一致,及时告警并提示。
可以有效地杜绝表计与台区的对应关系不一致问题。
同时营销系统完成电费核算后可以通过与用电信息采集系统之间的接口程序对智能电能表进行远程控制,如客户欠费或用电异常通过营销系统获得的信息进行远程拉合闸。
四、电力光纤到户建设
1.光纤复合低压电缆
光纤复合低压电缆是电力光纤接入网发展的一种最终形式。
光纤接入网以光网络单元的位置所在,分为FTTH、FTTB(光纤到大楼)、FTTP(光纤到驻地)和FTTC(光纤到路边)等几种情况,统称FTTx。
光纤连接用户主要有两种方式:
一种是用光纤直驱;
另一种是采用无源光网络技术,用分光器把光信号进行分配,同时多个用户提供服务。
将光纤组合在电力电缆的结构层中,使其同时具有电力传输和光纤通信功能的电缆称为光纤复合低压电缆。
光纤复合电缆示意图
采用光纤复合电缆既能供电,又能彻底解决电网信息化问题,能够完全满足全社会的所有信息服务的接入需求,是国家实现“三网融合”战略部署的有效支撑;
也彻底避免了各种线路重复建设,解决安全距离、抢占通道、交叉跨越等问题,提高资源利用率,降低生产成本。
2.EPON技术
EPON(基于以太网方式的无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。
EPON系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成,OLT到ONU下行方向采用广播的方式,OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。
ONU到OLT上行方向采用TDMA多址接入方式,ONU发送的信号只会到达OLT,而不会到达其他ONU。
EPON典型结构示意图及设备实物图如下所示:
EPON典型结构示意图
组网结构:
本方案选用了树形结构的组网方式:
对于安全性要求不高的应用一般使用树形结构,如宽带社区用户接入。
树形结构有两种基本形式。
1)当OLT与ONU之间按一点对多点配置,即每一个OLT与多个ONU相连,中间设有一个光分路器(OBD)时就构成树形结构
(一)见下图,其优点是跳接少,减少了光缆线路全程的衰减和故障率,便于数据库管理管理,缺点是光分路器后面的光缆数量大,特别在光分路器集中安装时,对管道的需求量大。
树形结构
(一)示意图
2)当采用两个或两个以上光分路器(OBD)按照级联的方式连接时就构成树形结构
(二)见下图,优点是由于光分路器分散安装减少了对管道的需求,适用于比较分散的ONU分布,缺点是增加了跳接点,即增加了线路衰减,出现故障概率增加,同时数据库的管理增加难度。
树形结构
(二)示意图
台区的光纤建设是通过从10kV箱变至楼宇电缆分支箱敷设光纤低压复合电缆,和普通光缆一起构建了光纤网络系统,依托EPON通信技术,搭建高速、可靠的通信网络平台,基于该网络平台通过与开闭所系统内部光纤网络连通,实现全省“大营销”用电信息的高效采集,通过与小区外部公网连通,实现用户端“三网融合”功能,还可以为今后的智能用电小区业务和95598交互业务提供高速、可靠的光纤通道。
该方案实现了“电力光纤到户(PFTTH)”,为用电信息高效采集和交互提供网络支撑的同时也可实现“三网融合”业务以及智能用电小区业务,组网结构示意图如图所示:
电力光纤到户组网示意图
五、光纤低压信息采集部分建设
1.光纤低压信息采集的优点
目前电能量集中采集在全国范围内全面铺开应用,并取得了很大的成效。
但在应用过程中发现,在传统的集抄方案中经常会遇到以下问题:
①目前的集抄方案抄表实时性及成功率不佳;
②部分台区抄读成功率无法进一步提升;
③被拉闸用户交了电费但是不能及时通电,需要前往现场手动通电;
④台区档案的错乱,需要进行大量的基础排查工作;
⑤线损数据计算不及时,采样频率低,线损数据时间偏差大;
⑥故障数据上报不及时,不能及时发现故障。
目前用电信息采集系统的本地通信主要有电力线载波(PLC)、RS485总线和短距离无线三种方式,PLC在不同台区线路通信成功率有较大差异,还不能达到实时可靠通信;
RS485初始安装工程量比较大,对安装工人的要求较高;
无线天生具有无法穿越屏蔽、容易受到干扰的缺点,因此在用电信息采集主站和智能电表之间必须建立一个实时、可靠而且成本较低的通信通道。
随着光纤通信资源逐渐延伸到台区,并进一步延伸到楼道,使得光纤成为智能电表的通信通道成为可能。
而塑料光纤(PlasticOpticalFiber,简称POF)近几年发展迅速,塑料光纤具有易连接,可绕性好,易于弯曲,成本低等各种优势,其光电转换所使用的光器件便宜实用,是一种优异的短距离数据传输介质。
我们所提出的光纤集抄方案是一种光纤通信的用电信息采集应用方案,能有效提高智能电表与用电信息采集系统之间以及用电信息采集系统与主站之间的通讯可靠性和稳定性。
此项目结合光纤各自的特点,它能实现档案主动上报、安装维护方便、支持智能电表的远程实时通断电等高级应用,有效控制成本和功耗。
此方案所具备的优势必定会深远影响用电采集系统智能化的发展,且能有效、可靠的处理智能电网重要的数据来源,为推动坚强智能电网的建设提供有力的技术支持。
从功能上分析,其主要优势如下:
①系统设计创新
整个系统中以光为信息载体,形成一个光纤的用电信息采集系统。
集中器与主站之间通过石英光纤通信,集中器与表之间通过塑料光纤进行通信,且通过光纤收发模块实现电表数据采集;
此光纤用电信息采集系统立足创新,强调实用,控制成本、发挥高效,完全满足智能电网提出的新需求。
②档案主动上报
由于每只智能电表到集中器之间有一个单独的通信通道,不再是总线方式,软件上可实现自动搜索电表功能。
因此智能电表可以主动向集中器上报档案和各类事件,无论是新装、拆除、还是更换智能电表,主站可以立即接到档案变动的事件报告。
此创新具有重大的现实意义,可以彻底改变目前智能电表档案难以核对的问题,并且主站的档案将和现场同步变化,不会因为各种拆换表而造成混乱,大大简化电力公司的管理流程,减少人员工作量。
用户表计撤装主动上报显示
用户新装表计主动上报显示
③极大提高故障排查效率
工程人员在安装智能电表时,直接安装连接智能电表和集中器之间的塑料光纤,不需要做任何的设置,通过指示灯来判断是否连接好,只要指示灯显示正确,就说明安装工作全部完成,其余都由智能电表和集中器自动完成,具备简单、方便、快捷的安装维护特点。
解决了PLC、RS485总线、RF短距离无线等通信方式现场故障非常难以排查的问题,大大简化了安装工作流程。
在平时的故障排查中,可以直接观察集中器和智能电表上的指示灯,简单地判断出是集中器、光纤、光纤通信模块、还是智能电表的故障,普通的工程人员经过简单培训就可以很快完成这类工作。
④支持智能电表的高级应用
智能电表的核心问题是通信问题。
光纤集抄方案为智能电表和主站之间提供了一个可靠、实时的通信信道,不但能实现远程通断电、预付费、阶梯电价等功能。
为未来智能电表各种高级应用的实现,提供了关键的可靠通信通道,是其坚实的技术基础。
⑤材料低碳环保
塑料光纤低碳环保、成本低廉、不受电磁环境干扰、安装方便,不需要专业的切割、熔接设备。
由于塑料光纤的光收发器件比较便宜,在批量使用时,智能电表中的光通信模块成本与目前载波模块的成本相当。
从经济效益角度分析:
①设备购置费
包括集抄终端,电能表及其他环节设备成本;
光纤采集方式与485、电力载波方式费用相当。
②工程实施费用
包括工程设备安装及调试费用,因噪声干扰大导致电力载波台区抄读效果不佳,需加装集抄终端,甚至需要进行台区线路改造费用,而485需要大量专业技术人员现场调试,而光纤集中器独立通信通道,安装后即所免调试,费用大大降低。
③运行维护费用
采用光纤模式,上行通道光纤线路节省通信费用,无需GPRS通信费用;
现场排查维护直观简便,节省维护费用。
光纤集抄方案在表计集中安装的场合有明显优势,在供电局管辖的台区范围内,挑选电表集中安装的新建台区,安装国网规范单相表和光纤集中器。
采用此智能光纤方案不仅安装调试方便,现场一次通信成功率可达99.99%,抄读成功率可达100%,而且能有效控制成本和功效。
2.现场设备方案配置
光纤集抄方案
光纤集中器
光纤智能电表
塑料光纤
1)光纤集中器
光纤集中器主要面向城镇居民表计集抄系统使用,尤其适合表计集中安装的场合。
集中器上行通道通过光纤与主站通讯,下行通道通过塑料光纤与表计通讯。
光纤模块按照国家电网公司只能电表型式规范进行设计,可以实现模块互换,从而实现通讯通道升级。
光纤集中器下行通道配备16路光纤通道,表计通讯模块为单路收发器。
以这样的方式,1个集中器可完成与16个单相表的全双工通讯。
在高速上行通道的配合下,可确保主站与表计之间实时通讯,从而可靠实现远程拉合闸,确保系统有效实现远程预付费。
产品详细参数
主站规约
Q/GDW376.1-2009主站通信协议
电表规约
DL/T645电能表通信规约
面板显示
16路光纤连接指示灯、电源指示灯、告警指示灯、上行通信指示灯、下行通信指示灯
上行数据传输接口
光纤/以太网/GPRS
本地接口
16路POF光纤抄表口,1路维护RS232接口,1路调制式红外,1路USB主接口,1路以太网接口(可选)
远程升级
光纤移动网络
存储容量
128MBFLASH
工作电源
AC220V±
20%
工作环境
相对湿度≤95%,工作温度-25℃~+70℃,极限工作温度-40℃~+75℃
功耗(静态)
≤3W
可靠性
MTBF≥7.6×
104h
电磁兼容性
抑制高频干扰、静电放电、快速瞬变干扰、雷击浪涌等指标都达到4级标准
产品功能特点
抄表功能:
按设定抄收周期自动抄收各电表累计电能量及其它信息,可执行多费率多时段抄收。
并具备接收控制中心命令进行实时全部抄收和随机抄收功能。
参数自动上报功能:
每个下行抄表通道是独立通道,支持表地址等参数主动上报,新装、撤表等事件主动上报功能。
设置功能:
可通过主站或本地手持设备设置终端档案、通信参数、抄表参数等,并有防止非授权人员操作的措施。
扩展功能:
可接收控制中心命令或按照设定冻结时间,实现指定时间对电能表累计电能量的冻结。
控制功能:
可接收控制中心命令,控制预付费用户的供电和断电。
维护功能:
可通过光纤、USB、RS232、红外实现数据备份、参数设置及程序升级等功能。
防窃电监测功能:
可监测用户用电信息窃电或异常时主动上报。
校时功能:
支持主站远程校时,支持具有校时功能的表计及其它设备校时。
自诊断功能:
可自动进行自检,发现设备(包括通信)有异常时做记录存档并报警。
保护功能:
提供本地维护调制型红外接口,支持手持设备从红外线口设置参数和现场抄读电能量数据,并有权限和密码管理等安全措施,防止非授权人员操作。
无线远程通信功能:
终端内嵌光纤无线数据通信模块,它利用光纤数据网进行数据抄读。
数据通信遵循国际、国家、电力部及无线通信产品入网检测机构的有关标准,借鉴国外类似产品设计思想的长处、融入了本公司多年来产品研发经验。
具有高可靠、大容量、低延时、开放性好、性价比高等特点。
补抄及告警功能:
终端对在规定时间内未抄读数据的电能表会进行补抄,直到抄到电能表数据为止。
并且终端对在规定的抄读间隔时间内未抄到数据的电能表主动向主站发送报警,同时保存一定数量的异常记录供主站召测。
数据存储功能:
终端的存储系统采用128M的FLASH电子盘。
可长时间保存各种数据,各类数据的存储点数可由主站配置。
事件记录:
集抄终端能根据设置的事件属性,将事件按重要事件和一般事件分类记录。
在平衡传输信道下,重要事件集抄终端主动向主站发送告警信息。
终端保存最近500条事件记录。
显示:
终端上面膜具备电源指示灯、告警指示灯、上行通信指示灯、下行通信指示灯、以太网指示灯、16路POF光纤通信连接指示灯,分别指示对应功能。
终端下面膜具备电源指示灯和网络指示灯,分别指示模块电源状态与上行光纤通道是否已经连接网络。
停电事件上报功能:
集抄终端具备超级电容后备电源,在市电停电以后仍可维持工作一段时间,完成停电事件的上报。
2)光纤智能电表
光纤智能电表下行通信采用模块化设计,电气接口兼容载波模块和微功率无线模块。
光纤模块具备单路光纤接口,塑料光纤可以直接接入模块内,并通过螺丝固定。
•结构安装尺寸与国网规范载波模块一致,电气接口符合国网规范单相表标准,可以与其它下行模块替换
•具备运行指示灯,模块的工作状态一目了然,方便现场安装与排查问题
•简单方便的光连接接口,不需要专业的光纤连接工具
3.目前集抄主要采集信道对比
信道
对比
微功率无线
(两种模式)
窄带载波
宽带载波
RS485
总线
POF
(塑料光纤)
层次结构
主站
集中器
无线表
无线采集器
485电表
载波表
载波采集器485电表
采集终端
光纤表
应用范围
较广
广泛
较少
新推
采集成功率
高
较高
数据准确性
通信稳定性
通信实时性
较好
差
好
通信速率
低
中
通信距离
远
较远
近
初期投资
较大
大
小
安装工程量
较小
维护工作量
安装特点
分散安装
集中安装
影响因素
障碍物/同频干扰
噪声/用电负载变化
高频信号
衰减
通信线被
人为破坏
4.光纤低压设备的安装调试
现场安装环境如下所示,国网规范单相表上装有单路光模块,可以连接单根光纤,右下角空位可以安装小集中器,小集中器上有16路光口,可同时连接16支单相表。
对应的安装示意图如下:
1).光纤集中器安装调试
终端的外形布局图如下所示:
外形布局图
终端为壁挂式安装,可直接安装在配电表屏上,外型尺寸为160mm×
112mm×
71mm,如下图所示。
按以下步骤安装终端:
1.选择易于安装的位置,对照终端上挂钩中间位置用Φ7mm钻头钻一个孔;
对照终端底壳两个螺孔位置用Φ5mm钻头钻两个孔。
2.将终端垂直悬挂在挂钩螺钉上,并拧紧下方固定螺钉。
注意保证挂钩与挂钩螺钉之间、挂钩螺钉与大地之间接触良好。
3.按要求将各种线路接入终端。
安装尺寸图
接线说明
终端采用单相电源,具备16路POF光纤抄表口,接线如下所示:
信号端子与电源端子接线说明
●POF光纤接法:
终端通过POF光纤采集电表的数据,终端与电表之间接线如下图所示。
POF光纤芯线直径1mm,加上外层保护层外径2.2mm,光纤材料为PMMA,应用波长为650nm。
POF光纤插入终端和电表的光纤接口后,用螺丝刀拧紧固定。
POF光纤在安装时可以弯曲但不可以弯折,最小弯曲半径8cm,以保证通讯的正常。
终端与电表连接线图
注意事项
必须严格按照集中器端盖后所贴的接线图接线。
上电后检查集中器界面显示是否正常,以判断接线及集中器运行情况。
按以下步骤安装集中器:
●打开产品包装
●在电表屏上选择易于操作的位置,对照低压集抄集中器上挂钩中间位置用7mm钻头钻一个孔;
对照配变计量集中器底壳两个螺孔位置用5mm钻头钻两个孔。
●将低压集抄集中器垂直悬挂在挂钩螺钉上,并拧紧下方固定螺钉。
注意保证挂钩与挂钩螺钉、挂钩螺钉与大地这两点接触良好。
●按要求将各接线端子接入集中器,详细方法见接线说明
●集中器加电,进入调试程序
2)光纤智能电表安装调试
外观示意图以及具体安装尺寸图如下图所示:
光纤智能表安装尺寸和安装方式与光纤集中器一样,光纤智能电表下行通信采用模块化设计,电气接口兼容载波模块和微功率无线模块。
光纤模块外观如下图所示:
光纤模块
光纤模块安装于光纤智能电表上,电表和模块的关系如下图所示:
光纤智能表有两个指示灯,分别为连接和收发。
其中连接指示灯指示光纤链路的工作状态:
每3s闪一次:
工作正常
每1s闪一次:
光链路异常(大多可能是没有接好光纤)
常亮:
未接收到表数据(模块或表有故障)
收发指示灯指示光纤模块的数据接收和发送状态,有数据通信时即闪烁。
5.光纤低压设备现场工程实施方案
1)工程实施准备
工程施工前,局方需完成如下工作:
①确定具体的试点,对试点进行详细查勘;
②根据现场查勘结果,整理、提供如下资料并核对资料与现场准确无误:
●试点平面图
●试点一次接线图
●试点小区用户及电表资料明细
③通信通道调试
通道的物理连接
根据现场的实际情况,确定通过光纤通讯实现虚拟数据专网(VPN)接入的方式。
VPN(VirtualPrivateNetwork)即虚拟数据专用网络VPN技术是指采用隧道技术以及加密、身份认证等方法,在公众网络(一般是Internet)上构建专用网络的技术,数据通过安全的"
加密管道"
在公众网络中传播。
VPN技术实现了内部网信息在公众信息网中的传输,就如同在茫茫的广域网中为用户拉出一条专线。
对于用户来讲,公众网络起到了“虚拟专用”的效果。
通过VPN,网络对每个使用者也是专用的。
2)工程技术保障措施
①在工程实施正式开始前,对小区进行详细查勘,制定符合现场实际情况的设备安装和组网方案。
确保每块电表都能抄通。
②设备安装调试正式开始前,对安装人员进行技术、质量、安全等方面的充分培训,设备安装过程中严格按照规范进行,做到安装调试一次成功。
③制定严密的技术和管理措施,在设备试运行期间,不对用户进行远程断、送电及其他远程控制的操作,以免引起用户不满和投诉。
只有经过设备SAT验收并投入正式运行后才允许远程控制操作。
④对抄读不成功的表计现场排查应组织电业局抄表员或其他指定人员进行专门培训。
3)工程实施特别注意
①在工程实施正式开始前,一定要准备好台区平面图,对照台区平面图对小区进行详细查勘。
②需保证所有轮换的表必须上电成功,用电用户只能通过出线开关控制用电,避免出现表计进线开关未上电而导致表计抄读失败。
③确保集中器安装位置有电力光纤线路的铺设到位。
④项目实施中,对于抄读不成功的表计需要提前确定表计现场位置,厂家会对电业局抄表员或其他指定人员进行专门表计排查培训。
4)工程实施有关标准和文档
●《项目质量保证计划》
●《培训签到表》
●《低压电力用户集中抄表系统终端设备施工及验收规范》
●《现场设备安装
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