小区电表低压集抄系统设计
摘要
“新电改方案”2014年12月获国务院常务会议原则通过，这意味着“啃硬骨头的改革”终于要在2015年正式拉开帷幕，国内电力改革步伐有了前所未有的发展。电力销售是用户与电力系统接触的最前端，电表系统又是电力销售的最基础工程之一。在电力业务快速发展的同时，对基础工程自动控制技术的要求必定不断增长。目前，一般的家用全电子式的电能表，大多只有电量计量电路，不具有电能计量功能，不能分时计量、预付费、定时供电控制，给抄表、控制等带来困难。还基于我国国情，高成本的IC卡收费方式和自动抄表收费方式难以实施应用，国内很多地区用户表抄工作甚至还是人工上门抄表完成的，造成极大的浪费资源。
智能电能表的应用，将全面提升供电服务水平。本文根据东莞市某新建小区低压用户情况初步调研分析的基础上，结合近期广东电网低压用户集中抄表系统的建设应用情况，结合现场施工可行性和实际经验，设计出该小区电表集抄系统的施工方案。
关键词：智能电表集抄系统
Abstract
"New electricity reform program in December 2014 State Council executive meeting passed in principle, which means" kenyinggutou reform finally officially kicked off in 2015, the pace of reform of electricity has an unprecedented development. Electricity sales is the most front end of the user and the power system, the electric meter system is one of the most basic works of electricity sales. With the rapid development of electric power business, the requirement of automatic control technology for foundation engineering must be continuously increased. At present, the general household full electronic type electric energy meter, mostly only electricity metering circuit, does not have the electricity metering function and can not measure, prepaid, a timing power supply control, for the meter reading and control difficult. Also based on the national conditions of our country, the high cost of IC card charging method and automatic meter reading charges difficult to implement the application, the user of a lot of area table copy work or even manual door reading completed, resulting in a tremendous waste of resources.
The application of intelligent electric energy meter will comprehensively improve the level of power supply service. The according to the Dongguan City, a new residential low-voltage users preliminary investigation and analysis based on, combined with the recent focus on Guangdong user of low-voltage power grid construction and application of automatic meter reading system, combined with on-site construction feasibility and practical experience, to design the residential electric meters reading system scheme.
Key words: intelligent electric meter collection system
1绪论
本文的研究课题是电表低压集抄系统设计——以东莞某新开小区为例，本章主要说明课题设计的背景和实际意义，介绍了在抄表领域国内外的技术发展历史、现状和未来趋势，提出所要进行的设计内容和具体任务。
1.1题目背景及目的
我国电力业务快速发展，用电核算、用电收费以及相应的电能、电量的计算、计费系统的控制和管理有待完善。以前各个供电局是采用传统的抄表方式，每天都要派专人去抄写各线路的电能表读数，然后电力销售中心派人去变电所收取统计报表，搜集回来的数据通过人工统计分析出结果。这样的取样方式，不仅耗费大量的人力物力，对数据的处理分析能也过于滞后，更重要的是工作人员手工抄表和统计的误差无法避免，万一出错也不可逆转。
现代人的生活水平不断提高，小区住宅的环境、硬件要求越来越高，我们在追求人和自然的同时，又追求智能化家居生活，这样对住房环境和物业管理水平的要求也大大提高。建设部对此提出了建设小康型住宅小区的规划要求，明确了要逐步实行水、电、气三表出户统一管理的要求，实现微机自动检测、计量和收费。
本文试图通过实际案例，综合考虑楼盘开发情况，设计出整套集抄系统方案及施工流程，提出智能控制家居生活的初步设想。
1.2课题可行性论证结论
采用电表集抄系统后，主站能够直接及时采集到每个住户的用电情况、用电数据，与此同时进行储存、统计、整理、分析、计费等环节的计算机处理。另外，当电价调整后，集抄系统可以通过主站授权修改系统设置统一调整计费，而不需要操作人员现场对表改动了。从社会效益的角度讲，电表集抄系统实现了集中、智控、管理的功能，大大提高了效率，避免了人为因素的弊端。
电表集抄系统通过智能控制集中器统计分析数据，通过采集终端搜集数据，通过RS485电表计算流量并下行信道上传信息，大大方便了物业公司的管理，加强了电力部门的管理水平与经济效益。
本课题是运用该系统以东莞某新建小区的实际楼盘规划来设计出电表集抄系统，充分体现可行性和实践性。
1.3本文所完成的主要工作
针对目前东莞某小区的实际施工情况和存在问题，结合本课题的电表集抄系统技术要求，本文主要解决以下几方面的问题：
1、完成远程抄表系统的硬件设计，达到如下功能或者性能：
（1）能耗抄度：数据采集器正确采集电量信息，存储在采集器中；自动定时地DF 电表进行抄表，将抄得的数据存储在集中器中；能通过红外抄表器抄取集中器中的能耗数据；集中器自动定时地对采集器进行抄表，将抄表的数据存储在集中器中；上位机可以远程获取用户的各类能耗信息。
（2）参数设置：上位机可以对集中器、采集器的参数进行设定，可对用户的电量进行设置，并可以根据电表信息对采集器进行设定。
2、完成各部件和集中器的施工设计：
（1）达到低压集抄验收要求，进行实用化验收。
（2）设计出适应现场环境的施工方案。
2电表低压集抄系统总体设计
2.1楼盘概况
2.1.1供电设计
1、负荷等级：本程属一类高层建筑，其消防控制室、消防泵、防烟排烟设施、火灾自动报警系统、消防电梯和应急照明等消防用电设备为一级负荷；生活泵、客梯、网络、电信、保安监视系统等用电设备为一级负荷；其余用电设备均为三级负荷。
2、供电电源及电压：拟采用一路10KV高压环网供电，采用电缆沿城市电缆沟引入；装设400/230V应急式柴油发电机组作为一、二级负荷的备用电源。
3、供电系统：10kV系统采用单母线接线，放射式馈至各台变压器；400/230V系统采用单母线分段方式，正常时各变压器独立运行，变压器之间设低压联络。
4、变配电所：分别在本工程地下一层及一层相对负荷中心设置4座配变电所，其中1号变电所设在7#住宅下方地下一层（供会所，商业、01~09#住宅用电及部分地下室用电）内含高、低压变配电室，柴油发电机房，进排风井，储油间（柴油储量不大于1.0立方米），消防器材间，通风机房及值班室等，装设2台1000kVA干式变压器（供住宅）、1台1000 kVA干式变压器（供会所及公共）、1台1250 kVA干式变压器（商铺）及装设一台发电机组（公用），容量为800kW；2号变电所设在07#住宅下方地下一层（供03、04、06、07、09#住宅用电及部分地下室用电）内含高、低压变配电室，装设2台1000kVA 干式变压器（供住宅及部分地下室用电）；3号变电所设在05#住宅下方地下一层（供01、02、0
5、0
6、15~26 #住宅用电及部分地下室用电）内含高、低压变配电室，装设2台1000kVA干式变压器（供住宅及部分地下室用电）；4号变电所设在08#住宅下方地下一层（供08、10、27~48 #住宅用电及部分地下室用电）内含高、低压变配电室，装设2台1000kVA干式变压器（供住宅及部分地下室用电）；5号变电所设在12#住宅附近一层（供10~14#住宅用电）内含高、低压变配电室，装设1台1000kVA干式变压器。
2.1.2电力配电设计
电源、电压和配电系统：配电电源均由设于本工程相对配电范围内的变配电所供给，采用220/380V中性点接地TN-S系统。其中消防控制中心、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等消防设备为双电源双回路配电并在最末一级配电箱处设置自动切换装置；住宅用电则采用树干式与放射式相结合的配电系统。
住宅计量电度表按3~5层设置安装在电气竖井内；每套住宅均设置独立的住户配电箱。
2.1.3集抄系统设计
系统由主站、集中器、采集终端、RS485表组成，主站与集中器之间通信的采用GPRS 通信方式，集中器与采集终端之间采用电力载波通信方式，采集终端与电表之间采用RS485通信方式。
2.2系统主要技术内容
2.2.1系统基本原理
系统采用直读、脉冲采样等技术将水、电、气、热等各种计量表的计量值转换成数字信号：采集系统通过RS485、MBUS、电力载波、RF（无线）等多种信道采集并存储计量表示值，经GPRS、CDMA、LAN（以太网）、PSTN（电话拨号）、GSM、RS485、RS232等多种通信方式将计量表示值等信息上传给主站：主站对计量表示值进行存储和计算，实现计量收费、统计分析等功能。系统可实现自动抄表、自动费用汁算：通过对数据的深度挖掘和统计分折，可及时发现跑、冒、滴、漏、偷等现象，实时显示系统负荷，分析系统线损，以达到节能、降耗、减排的目的。
系统由四个层次组成，从下至上分别是信号转换层、数据采集层、数据集中层和数据管理层。
信号转换层把各种普通计量表的计量值转换成与其对应的电脉冲数，并传送给采集终端。或采用直读技术，直接读取计量表表盘示值，并采用数字传输方式将示值传送给采集终端。数据采集层的作用是及时采集信号转换层发来的脉冲信号，进行计数及相应的处理。或直接采集直读表计的数字信号，并对数据进行存储与处理。在系统中起数据采集、汇聚的作用。数据集中层定时读取下属各采集终端的数据，对数据进行存储与计算，同时可传递实时操作命令。
数据管理层也称为主站，对整个系统所采集的数据进行处理、储存、统计分析，并提供查询、报表、导入、导出、打印等功能。
2.2.2、技术关键
系统能够自动、准确、及时抄表，提高用户管理水平，是通过采样、通信（联网）、统计分析等关键技术来支撑和实现的。
1、采样
直读式表计采用直接读取字轮位置的方式来采样计量表示值，其最大的优点是零误差，真正的所见即所得。直读表平时不工作，抄表时由上层设备瞬时供电，完成计量表字轮数据采集、转换与上传工作后自动关断电源，平时不消耗电能，既节约能源，又延长了使用寿命。
系统采用的是光电式直接读取机械计数器数字的装置。光电式直读表有两大技术难点：进位时临界值的处理、抗强光干扰。通过特殊的反光角度设计和模拟采样，将数字“9”分成若干等分，提高识别精度；通过软件箅法，在低位为9和0时，同时判断高位字轮情况，决定最终读数解决了进位时临界值的处理问题。通过采用遮光罩设计，屏蔽外界光对光电对管的干扰；用模拟量采样替代数字采样，提高容错范围解决了抗强光干扰问题。
2、通信（联网）
集中抄表系统要大面积推广，其中一个关键的要素是要解决通信，也就是联网的问题。因为在集中抄表系统的应用中，大多数都是老房改造项目，其安装环境、布线条件千差万别，如果没有灵活、多变的组网方案，很难适应现场环境。
电力载波利用现成的电力线路进行通信，RF无线采用射频方式进行无线通信，这两种方式免除了布线之苦，适用于老房改造或工程布线施工困难的项曰，为了解决电力载波、RF无线易受环境干扰而造成通信成功率下降的问题，采用了自主设计的自动路由算法，可根据环境的变化自动调整抄表路径，使整个系统可及时采集数据。
3、统计分析
ENMS远程集中抄表系统除完成基本的抄表、收费功能外，其最大的附加价值就是通过统计分析功能为使用人的管理决策提供支持和依据，以达到节能、降耗、减排的目的。
通过对用量进行实时监控，可发现用量异常情况，比如突然增加或突然减少的情况，可对跑、冒、滴、漏、偷等现象进行预警，及时发现并制止，以减少损失。
通过对线损和负荷的分析，可及时发现线路异常情况，为调整线路、管道、平衡负荷等决策提供依据。
4、主要设备及运行管理
远程集中抄表系统的主要设备包括TCU4fiOO-A、TCU4506-A集中器、RTU7910-FA、RTU7911-FA系列终端、直读表计等。
系统投入使用后，用户只需操作管理计算机即可完成抄表、收费、统计分析等工作，下层设备自动全天候运行，无需人工干预。
2.2系统构成及配置
电表1236只纳入集中抄表系统：其中，住宅用户单相表1133只，住宅别墅74只，二级考核总表22只，一级多功能总表7只。
2.2.1电表安装情况
小区的电表均需安装于各台变所辖的电表箱内。
2.2.2现场抄表管路敷设情况
现场电表较集中，有管道可拉线。
2.2.3系统要求
A、采用载波（东软芯片）混合组网方式（半载波）
B、数据上传是通过集中器与东莞市供电局计量自动化系统进行信息交换。
C、系统结构示意图如下：
2.2.4系统结构和设备配置表
系统为低压电力集集中抄表系统，由计量自动化系统、集中器、采集终端、RS485电表组成
A电表
该小区用户电表统一更换为最新广电要求的RS485电表（电表由供电局规定提供）
B采集终端
为深圳成星公司生产的RTU7911-FA型采集终端，每台终端最多可抄取32只电表的数据信息，其工作电源为AC220V，上行通信为电力载波方式，下行通信为RS485总线方式。本小区预计采用27个采集终端，安装位置在该小区各台变所辖的电表箱内。
C集中器
选用我司生产的TCU4500-A型集中器，上行与主站通过GPRS进行数据传递和通信，下行采用载波通信方式，本系统预计采用3台集中器。
2.2.5主要设备配置
置，或在表箱外安装设
备箱
2.2.6设备连接
A集中器上行与主站通过GPRS进行数据传递和通信；
B集中器与终端采用电力载波通信；
C终端与485电表之间的连线为485通信线，型号为：RVVP2*0.2，表箱之间为防水防鼠485线，型号为：RVVP2*0.5
2.3施工设计方案
2.3.1电能表、采集器或集中器安装要求要求及示意图
集中器交流电源必须从低压配电柜母线铜排引出，如果一个配电室内有多个变压器，且每个集中器的电源必须从相应变压器的低压柜中取电。
RS485 通信方式集中表箱安装示意图：
2.3.2小区设备配置清单
详细说明终端设备与电表、表箱、台变配置关系。
2.3.3施工计划
**小区低压电力集抄系统工程施工进度一览表
备注：
1、485线的连接采用RVVP 2*0.2单股带护套电缆线，A黄、B绿，分别接在电表的A、B两脚上；
2、采集器安装在电表箱内采集器位置，特殊情况无位置可装，必须需要加装设备箱，练表计到采集终端间的485线，并采用RVV2 *1.0电源线连接到表箱总开关；
3、集中器安装在配电房内对应的台变附近移动信号较好位置，并加装集中器箱及开关，采用RVV4*1.0电源线连接到配电柜内开关；
4、集中器调试，调试各集中器和采集终端使达到抄表要求，检查路线情况，及时处理各种安装故障；
5、初步验收：按东莞供电局竣工验收资料要求编制好验收资料，交由供电公司及市局计量部审核，合格领取sim卡；
6、主站调试：由现场负责人找各供电分局在规定时间收集、核实整理，做好主站配置表；交由主站单位导入市局计量自动化系统，导入后检查系统接入情况；
7、达到稳定的抄表率后，按东莞低压集抄验收要求，协助供电公司进行实用化验收。
2.3.4施工说明
1、安装材料一览表
2、供电、接地、运行环境和安装要求
为确保系统设备的正常工作，系统的稳定性，各设备的取电与安装必须严格按照产品说明书要求来安装调试。
3、设备安装位置及取电点
A、集中器：安装在配电房的台变处，电源采用三相四线制供电方式，AC380V由台变取电点取电，电源线选用RVV4*1.0mm电源线。
B、终端：分别安装在各栋的电表箱旁，采用单相供电方式，取电自旁边的指定取电点，电源线选用RVV2*1.0mm电源线。
C、集中器应采用良好接地，接地线选用ZR-BVR2.5mm型铜芯聚氯乙烯难燃软线。每只集中器电源进线前面必须安装控制开关，方便安装和维护。
D、管线敷设和设备安装
1.以一个台变所辖供电区域为一个抄表子系统，配置一台集中器，集中器管理本系统内的采集终端所辖485电表。集中器（带防护箱）安装在配变监测计量终端（三相总表）附近。
2.采集终端通过RS485总线连接表箱内485电表，电表与电表间的485线采用手拉手连接方式。
3.楼道各单元两个电表箱之间通过485通信线进行连接，RS485总线外接部分须用PVC 套管并固定，管内线材不得有接头。跨墙部分须安装引护铁线，线管选用PVC25管。2.3.5、施工工艺
5.1、设备在确保安全、不丢失的情况下才可安装，并做好防盗、防潮湿措施。
5.2、线路走向应结合建筑物的整体规划，选择线路短，且电缆（以下所指“电缆”包括485信号采集电缆、电源电缆、专线电缆）不易遭受各种损坏的有利位置并根据现场情况，尽量做到不影响现场的安全和美观。
5.3、电缆敷设及接取时应做好安全措施，注意防止误碰其它带电设备及影响其它的安全运行设备。
5.4、电缆不得驳接，不得有扭结、断股、裸露芯线和其他明显损伤。
5.5、电缆穿过墙体、金属构件、进出表箱、装置或与施工现场现有管道等障碍物交叉处须加护套和保护。
5.6、电缆在室内敷设应使用符合消防要求的难燃线管或线槽保护。线管、线槽安装应符合下列要求：
5.6.1、线管应用管卡固定，固定间距均匀。
5.6.2、线管安装后应横平竖直，接口严密，槽盖齐全、平整、无翘角。
5.6.3、电缆转弯半径不得小于10D（D为电缆直径）。
5.7、引入电柜、盘内的电缆及其芯线应符合下列要求：
5.7.1、电缆原则上沿原有孔、槽引入盘、柜。需开孔引入电缆时，应做好防震、防误碰的措施且不得损坏设备。
5.7.2、引入盘、柜内的电缆应排列整齐美观、编号清晰，避免交叉且固定牢固。
5.7.3、盘、柜内的电缆不应有接头，电缆芯线应无损伤，且应加护套管保护。
5.7.4、盘、柜内的电缆芯线应按垂直或水平有规律地配置，不得任意歪斜交叉连接。芯线应有适当备用长度预留。
5.8、电缆敷设标志
5.8.1、在电缆终端头、拐弯处、夹层内及竖井的两端，电缆应挂设标志牌。
5.8.2、标志牌应写明电缆型号、规格、起止地点，且字迹清晰不易脱落。
5.8.3、标志牌的规格宣统一，能防腐，挂装应牢固。
5.9排线接线规定
5.9.1、接入485电表一端的485信号线应与接入终端的一端相对应，即485电表A端口及B端口引出的485信号线必须与终端相对应路数的z 85A、485B端口相对应。
5.9.2、屏蔽485信号电缆的一端屏蔽层必须可靠接地。
5.10、排线要求
5.10.1、接入485电表一端的485通信线应与接入下一个电表的485端口相对应，即485电表A端口及B端口引出的485信号线必须与下一个485A、485B端口相对应。同样，从电表485端口引出的485信号线应与接入采集终端的485端口相对应。
5.10.2、屏蔽485倍号电缆的一端屏蔽层必须可靠接地。
5.10.3、每对485信号线应有适度预留长度，且须加防护套，外露部分不得超过
6crn。
5.10.4、485信号线按从左至右、从上至下的顺序对应每一只电表排列。
5.11、接表要求
5.11.1、剥开每对485信号线的线端绝缘保护层，将剥开绝缘保护层的内芯折回绝缘层绕6圈—8圈，所绕线圈应紧凑、整齐，然后接入电表的485信号采集接线端子。
5.1 I．2、接入电表的485信号线应牢靠且接触良好。
7、设备调试、系统调试步骤及注意事项
(1)、调试所需资料
设计方案、系统结构图、小区平面图、设备一览表。
(2)、调试注意事项
系统调试与安装同步进行，系统调试前，检查线路是否有错，确保无误后再通电调试。
(3)、系统调试步骤
3.1、接通主电源，使用手操器和笔记本电脑调试采集终端，测试终端、电表的好坏，终端与485电表之间的连接是否良好。
3.2、使用笔记本电脑通过调试软件配置集中器参数，导入集中器配置表，进行抄
表。
3.3、测试系统各操作命令，以及集中器与东莞供电局主站测试、集中器功能测试等，信道畅通，应符合合同要求。
8、施工组织架构及管理
(1)、施工组织
根据本工程的特点，以及远程抄表系统的施工要求，本公司特制订如下组织机构来组织项目的实旋：
项目经理：对本工程的实施全面负责，负责项目在实施过程中与业主、监理及施工队之间的协调，处理所有有关的审核工作，对项目范围内的工程进度，质量、安全、技术、场容、成本等进行监督管理、处理现场的施工及技术问题。对项目施工进度进行有效控制，依据业主的进度要求，根据现场情况，提出施工人员和物资进场计划，负责工程施工中人事安排及劳资分配，严格执行有关技术规范和标准，负责从施工进场至交工验收全过程的质量脏督-l：作。负责施工现场人员的绩效考核，并依据管理制度提出奖惩办法。对施工过程中的工作及时向总监反映。
技术员：负责方案设计，施工图纸设计，主持审核施工图纸的设计深度，签发施工意见。编制施工工艺，及时变更设计内容，与相关单位协调对图纸、方案进行会审，负责解决施工中出现的技术问题，并对施工中遇到的难以解决的问题提出解决方案。负责本工程中系统的调试，组织验收工作。
施工队：在项圈经理的领导下，对工程施工进度，质量与技术的落实进行负责，根据设计图纸及施工工艺、规范要求以优质、高速、安全、文明为主轴，组织各施工队伍精心施工，大力推广先进施工技术，全面实行质量管理，创建全优工程。负责本项目自进场至交工验收全过程中的施工工作，根据施工计划及现场情况完成交办的任务。具体负责本工程的管线安装，设备安装，接线及相关单位的协调工作，并且负有对施工现场的安全保卫职责。
(2)施工管理要求
2.1、技术负责人要根据工程实际情况和施工作业的需要制定专门的《工程施工作业规范》文件，对项目实施的工艺标准、操作规范和调试验收标准进行具体的规划，并以文件的方式确定下来，作为工程作业的技术要求。确保工程的顺利实施和施工质量。
2.2、所有技术规范均需按《文件控制管理程序》执行拟制、审批、发行、传递、变更和回收作业，确保技术规范的适宜性、有效性。严格按照施工工艺规范进行。