一种配电网计量防护系统的制作方法

本发明涉及配电领域，尤其涉及一种配电网计量防护系统。

背景技术：

近年来，电网计量违法犯罪行为具有隐蔽性、流动性、突发性等基本特征，而且还呈现专业化、高科技化、跨省流窜化的趋势，查处难度越来越大。

用电检查人员到达嫌疑用户计量装置检查的时候，不法分子提前将损坏电网计量的装备去掉，难以发现。即使发现表箱被破坏等现象，由于缺乏有力证据，造成处理难的现状。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种配电网计量防护系统，包括：监控服务器，与监控服务器通过GPRS或光纤通信连接的数据采集子系统；

数据采集子系统用于对各个监控区域内的电能表，控电开关进行数据采集，数据采集子系统包括：数据采集储存模块、电能表数据采集模块、状态量采集模块、脉冲量采集模块、交流模拟量采集模块、历史数据处理模块、抄表日数据处理模块、历史月数据处理模块；

电能表数据采集模块用于按设定的抄表日或定时采集时间间隔对电能表数据进行采集、存储，并在监控服务器驱动下将采集电能表数据的发送给监控服务器；

状态量采集模块用于实时采集低压台区低压开关位置状态，低压开关发生变位时，将低压开关变位信息储存，并发送给监控服务器；

脉冲量采集模块用于接收电能表输出的脉冲，并根据电能表脉冲常数Kpimp/kWh，TV变比KTV，TA变比KTA计算每分钟的平均功率，并记录当日、当月功率最大值和出现时间，并发送给监控服务器；

交流模拟量采集模块用于按使用要求预设电压、电流、功率、功率、功率因数模拟量采集，测量电压、电流、功率、功率因数，并具有电压监测越限统计，电压准确度等级为0.5，具有谐波数据统计，谐波分量准确度等级为1；

历史数据处理模块用于将采集的数据以日为单位，在次日零点形成历史日数据，并保存最近30日数据，按照设定的冻结间隔以15min，30min，45min，60min形成各类冻结曲线数据，并保存最近30天曲线数据，并发送给监控服务器；

抄表日数据处理模块用于将采集的数据在设定的抄表日及抄表时间形成抄表日数据，并保存最近12次抄表日数据，并发送给监控服务器；

历史月数据处理模块用于将采集的数据在月末零点生成各种历史月数据，并保存最近12个月的月数据，并发送给监控服务器；

监控服务器包括：电能表运行状况监测模块、电压监测模块、功率因数监测模块、校时模块、限值设置模块、预付费控制模块、抄表日期时段设置模块；

电能表运行状况监测模块用于数据采集子系统发送的数据信息，监测电能表运行状况，监测电能表运行状况包括：电能表参数变更、电能表时间超差、电表故障信息、电能表示度下降、电能表飞走、电能表停走、红外感应记录、磁感应干扰记录；

电压监测模块用于对用电网电压偏差监测，对用电网电压合格率统计；

功率因数监测模块用于按设置的功率因数分段限值对监测点的功率因数进行分析统计，记录每月功率因数越限值发生在各区段的累计时间；

校时模块用于向数据采集子系统发送时钟校时指令，使数据采集子系统采集的时钟与监控服务器的晶振时钟相同；

限值设置模块用于设置监控区域内电能表的电压及电流越限值、功率因数分段限值；

预付费控制模块用于设置和查询预付电费值、报警门限值、跳闸门限值预付费控制参数；

抄表日期时段设置模块用于设置数据采集子系统的抄表日、抄表时间、抄表间隔、抄表参数。

优选地，监控服务器还包括：功率设置模块；

功率设置模块用于设置每个用电户的功率上限值；

数据采集子系统还包括：消耗功率限电模块；

消耗功率限电模块用于在功率限值范围内监测实时功率，当用电户消耗功率达到限值则自动执行功率定值闭环控制功能，执行跳闸。

优选地，监控服务器还包括：电量统计模块、日电能统计模块、计量分析模块、变压器监测模块、台区用电分析模块；

电量统计模块用于生成每个用电户电能量示数曲线并计算总电能量曲线，并在数据库中进行存储，当电能量示数曲线或电能量曲线异常时，生成相关的告警事件；

日电能统计模块用于生成每个用电户的日电能量示值并计算日总电能量，当电能量示值或日总电能量数据异常时，生成相关的告警事件；

计量分析模块用于通过对采集的电压、电流、功率、功率因数、示值和开关量信息，进行分析生成异常信息的实时工况；

变压器监测模块用于监测变压器的三相电压，计算三相电压不平衡率，并关联到具体用电户的电流、电压、功率曲线图，据谐波数据，计算电压畸变率，电压波形畸变的程度；电压谐波畸变率为各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示：

式中:α——电压谐波畸变率；

u_n(n＝2，3，...)——n次谐波电压有效值·u₁——基波电压有效值，

还用于监测变压器的三相有功功率，计算三相有功功率不平衡率，并能关联到具体用电户的电流、电压、功率曲线图；

台区用电分析模块用于统计计算每天台区总表整点负荷及最大负荷，统计台区下用户用电量，计算台区综合用电系数；综合用电系数为变压器最大负荷/台区内全部低压用户计算总负荷，对台区变压器选择、台区低压线路选择提供依据。

优选地，数据采集子系统还包括：设置在一次侧三相电电流互感器，一次侧三相电压互感器，二次侧三相电电流互感器，二次侧三相电压互感器；一次侧三相电电流互感器实时采集高压侧三相电流数据并传输给监控服务器；二次侧三相电电流互感器实时采集低压侧三相电流数据并传输给监控服务器；

监控服务器还包括：线路损耗分析模块、视在功率曲线生成模块、视在功率对比模块、数据交互平台；

线路损耗分析模块用于根据电网的拓扑结构，按天采集线路下的单相、三相用户和台区总表的用电量，通过建立线损分析模型，实时地分析每条线路的实际损耗，在超过一定阀值后进行告警；

视在功率对比模块用于根据实时传输的一次侧三相电电流，一次侧三相电压，二次侧三相电电流，二次侧三相电压，计算出有功功率，无功功率，并得出视在功率，制成视在功率曲线；

视在功率对比模块用于对比一次侧用电信息和二次侧用电信息，进行数据对比并在同一页面绘制成两条视在功率曲线，在显示屏上反映给用户一、二次侧用电信息是否存在用电异常；

数据交互平台用于实现使用人员与运维人员之间交流通信，对系统进行跟踪处理，并且提供移动终端连接的客户端端口，使使用人员与运维人员使用移动终端连接数据交互平台；

平台还用于提供用电信息采集系统建设规范、标准、采集系统操作手册，对常见问题异常处理方法相关资料进行归类、展示，方便用户查阅，实现知识文档管理、知识搜集与指导、常见问答功能，以根据问题发生地区、问题类别、提交时间、解决时间等角度进行统计汇总、分析。

优选地，监控服务器与数据采集子系统之间的通信设有中继器。

优选地，监控服务器还包括：二次侧相电压比较判定模块、二次侧相电流比较判定模块、功率判定模块、功率因数判定模块；

二次侧相电压比较判定模块用于将二次侧各相电压数据与二次侧各相电压基础数据中的参考电压进行比较，若测得电压比参考电压低20％以上，则判断为欠压；若测得电压比参考电压高20％以上，则判断为超压；若电压为0，则判断为失压；

二次侧相电流比较判定模块用于根据二次侧各相电流数据，计算电流三相不平衡率，满足(最大电流值-最小电流值)/最大电流值≥30％的条件则判断为三相电流不平衡；若最小电流值为0，则判断为失流；

功率判定模块用于

满足下列条件时，则判断为功率异常：

(P₂-P₃)/P₂≥30％

三相三线：

三相四线：

将P₁与有功功率数据比较，较大的值取为P₂，小的值取为P₃

其中，U_A，U_B，U_C为各相电压值，I_A，I_B，I_C为各相电流值，取为正常值，一般为0.8-0.9，可设为0.866，即取为30°；

功率因数判定模块用于

若满足下列条件，则判断为“功率因数异常”：

P：用电信息采集系统采集的有功功率

S：视在功率，为根据电流电压计算所得数据，其中：

三相三线：

三相四线：S₁＝U_AI_A+U_BI_B+U_CI_C。

优选地，数据采集子系统还包括：二次侧电流采样变换模块、A/D转换模块、处理器、存储器、电源模块；

电源模块从一次侧线路上获取电能经变压、整流、滤波后供整个装置使用；

二次侧电流采样变换模块用于将二次侧三相电流转换为标称值为5A的电流，再把5A的电流转换为标称值为5V的电压信号；电压信号经过过零比较器生成频率相同的方波；以利于测频和实现缺相检测。

A/D转换模块用于对电压信号进行A/D转换，并将转换后的电压信号传输给处理器；

处理器用于将电压信号作为基准电压u(n)进行电流和功率有效值的计算，

计算公式如下：

$I=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}i{\left(n\right)}^2}---\left(1\right)$

$P=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}u\left(n\right)\×i\left(n\right)---\left(2\right)$

其中i(n)为采样值，N为采样次数；

并将计算后得到的结果保存在存储器内。

优选地，数据采集子系统还包括：设置在各个监控区域的摄像头，视频处理模块，视频传输模块；

摄像头用于摄取监控区域内的视频图像；

视频处理模块用于对摄像头摄取监控区域内的视频图像进行压缩加密处理，并通过视频传输模块将视频图像传输至监控服务器。

优选地，数据采集子系统还包括：探测装置；

所述探测装置包括：热敏电阻，热敏电阻一端接到放大器的二脚，另一端连接放大器的三脚，与热敏电阻并联的光电隔离器的一端连接放大器的二脚，另一端连接放大器的三脚，放大器的四脚连接+5V的电源VCC1，放大器的十一脚脚接地，放大器的输出端连接定时器的四脚，定时器的六脚和二脚同时接至电阻R4第二端和电容C1第一端的之间，电阻R4的第一端与电阻R3第二端连接；电阻R3第一端通过电阻R2连接电源VCC2，电容C1第二端接地，定时器的八脚接电源VCC3，定时器的一脚接地，定时器的三脚为信号的输出端，输出的信号连接报警装置；

所述报警装置包括：与定时器的三脚连接的发光二极管LED，发光二极管LED与三极管的基极相连，三极管的集电极连接电源VCC4，发射极连接电阻R5第一端，电阻R5第二端接地，三极管发射极连接电容C2第一端，电容C2第二端与发声器第一端连接，发声器第二端接地。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

系统实现了对电能表的实时跟踪查询与抄表，并将将抄表信息发送给监控服务器，能够及时的发现电网计量违法犯罪行为的发生。一旦出现电能表异常状况，监控服务器即可及时发现处理，并且能够保留历史证据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为配电网计量防护系统的整体示意图；

图2为监控服务器与数据采集子系统之间的示意图；

图3为探测装置电路图；

图4为报警装置电路图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种配电网计量防护系统，如图1、图2所示，包括：监控服务器1，与监控服务器1通过GPRS或光纤通信连接的数据采集子系统2；

数据采集子系统2用于对各个监控区域内的电能表，控电开关进行数据采集，数据采集子系统2设置在各个监控区域内，也就是系统中包括了多个数据采集子系统2，在每个监控区域内设有数据采集子系统2。每个数据采集子系统2与监控服务器1通信连接。

数据采集子系统2包括：数据采集储存模块11、电能表数据采集模块12、状态量采集模块13、脉冲量采集模块14、交流模拟量采集模块15、历史数据处理模块16、抄表日数据处理模块17、历史月数据处理模块18；

电能表数据采集模块12用于按设定的抄表日或定时采集时间间隔对电能表数据进行采集、存储，并在监控服务器驱动下将采集电能表数据的发送给监控服务器；

状态量采集模块13用于实时采集低压台区低压开关位置状态，低压开关发生变位时，将低压开关变位信息储存，并发送给监控服务器；

脉冲量采集模块14用于接收电能表输出的脉冲，并根据电能表脉冲常数Kp imp/kWh，TV变比KTV，TA变比KTA计算每分钟的平均功率，并记录当日、当月功率最大值和出现时间，并发送给监控服务器；

交流模拟量采集模块15用于按使用要求预设电压、电流、功率、功率、功率因数模拟量采集，测量电压、电流、功率、功率因数，并具有电压监测越限统计，电压准确度等级为0.5，具有谐波数据统计，谐波分量准确度等级为1；

历史数据处理模块16用于将采集的数据以日为单位，在次日零点形成历史日数据，并保存最近30日数据，按照设定的冻结间隔以15min，30min，45min，60min形成各类冻结曲线数据，并保存最近30天曲线数据，并发送给监控服务器；

抄表日数据处理模块17用于将采集的数据在设定的抄表日及抄表时间形成抄表日数据，并保存最近12次抄表日数据，并发送给监控服务器；

历史月数据处理模块18用于将采集的数据在月末零点生成各种历史月数据，并保存最近12个月的月数据，并发送给监控服务器；

这样就实现了对电能表的实时跟踪查询与抄表，并将将抄表信息发送给监控服务器，能够及时的发现电网计量违法犯罪行为的发生。一旦出现电能表异常状况，监控服务器即可及时发现处理，并且能够保留历史证据。

监控服务器1包括：电能表运行状况监测模块21、电压监测模块22、功率因数监测模块23、校时模块24、限值设置模块25、预付费控制模块26、抄表日期时段设置模块27；

电能表运行状况监测模块21用于数据采集子系统发送的数据信息，监测电能表运行状况，监测电能表运行状况包括：电能表参数变更、电能表时间超差、电表故障信息、电能表示度下降、电能表飞走、电能表停走、红外感应记录、磁感应干扰记录；

电压监测模块22用于对用电网电压偏差监测，对用电网电压合格率统计；

功率因数监测模块23用于按设置的功率因数分段限值对监测点的功率因数进行分析统计，记录每月功率因数越限值发生在各区段的累计时间；

校时模块24用于向数据采集子系统发送时钟校时指令，使数据采集子系统采集的时钟与监控服务器的晶振时钟相同；限值设置模块25用于设置监控区域内电能表的电压及电流越限值、功率因数分段限值；预付费控制模块26用于设置和查询预付电费值、报警门限值、跳闸门限值预付费控制参数；抄表日期时段设置模块27用于设置数据采集子系统的抄表日、抄表时间、抄表间隔、抄表参数。

本实施例中，监控服务器1还包括：功率设置模块28；功率设置模块28用于设置每个用电户的功率上限值；

数据采集子系统2还包括：消耗功率限电模块19；消耗功率限电模块19用于在功率限值范围内监测实时功率，当用电户消耗功率达到限值则自动执行功率定值闭环控制功能，执行跳闸。

本实施例中，监控服务器1还包括：电量统计模块29、日电能统计模块31、计量分析模块32、变压器监测模块33、台区用电分析模块34；

电量统计模块29用于生成每个用电户电能量示数曲线并计算总电能量曲线，并在数据库中进行存储，当电能量示数曲线或电能量曲线异常时，生成相关的告警事件；

日电能统计模块31用于生成每个用电户的日电能量示值并计算日总电能量，当电能量示值或日总电能量数据异常时，生成相关的告警事件；

计量分析模块32用于通过对采集的电压、电流、功率、功率因数、示值和开关量信息，进行分析生成异常信息的实时工况；

变压器监测模块33用于监测变压器的三相电压，计算三相电压不平衡率，并关联到具体用电户的电流、电压、功率曲线图，据谐波数据，计算电压畸变率，电压波形畸变的程度；电压谐波畸变率为各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示：

式中:α——电压谐波畸变率；

u_n(n＝2，3，...)——n次谐波电压有效值·u₁——基波电压有效值，

还用于监测变压器的三相有功功率，计算三相有功功率不平衡率，并能关联到具体用电户的电流、电压、功率曲线图；

台区用电分析模块34用于统计计算每天台区总表整点负荷及最大负荷，统计台区下用户用电量，计算台区综合用电系数；综合用电系数为变压器最大负荷/台区内全部低压用户计算总负荷，对台区变压器选择、台区低压线路选择提供依据。

本实施例中，数据采集子系统2还包括：设置在一次侧三相电电流互感器，一次侧三相电压互感器，二次侧三相电电流互感器，二次侧三相电压互感器；一次侧三相电电流互感器实时采集高压侧三相电流数据并传输给监控服务器；二次侧三相电电流互感器实时采集低压侧三相电流数据并传输给监控服务器；

监控服务器还包括：线路损耗分析模块、视在功率曲线生成模块、视在功率对比模块、数据交互平台；

线路损耗分析模块用于根据电网的拓扑结构，按天采集线路下的单相、三相用户和台区总表的用电量，通过建立线损分析模型，实时地分析每条线路的实际损耗，在超过一定阀值后进行告警；

视在功率对比模块用于根据实时传输的一次侧三相电电流，一次侧三相电压，二次侧三相电电流，二次侧三相电压，计算出有功功率，无功功率，并得出视在功率，制成视在功率曲线；

视在功率对比模块用于对比一次侧用电信息和二次侧用电信息，进行数据对比并在同一页面绘制成两条视在功率曲线，在显示屏上反映给用户一、二次侧用电信息是否存在用电异常；

数据交互平台用于实现使用人员与运维人员之间交流通信，对系统进行跟踪处理，并且提供移动终端连接的客户端端口，使使用人员与运维人员使用移动终端连接数据交互平台；

平台还用于提供用电信息采集系统建设规范、标准、采集系统操作手册，对常见问题异常处理方法相关资料进行归类、展示，方便用户查阅，实现知识文档管理、知识搜集与指导、常见问答功能，以根据问题发生地区、问题类别、提交时间、解决时间等角度进行统计汇总、分析。

本实施例中，监控服务器1与数据采集子系统2之间的通信设有中继器3。

本实施例中，监控服务器1还包括：二次侧相电压比较判定模块、二次侧相电流比较判定模块、功率判定模块、功率因数判定模块；

二次侧相电压比较判定模块用于将二次侧各相电压数据与二次侧各相电压基础数据中的参考电压进行比较，若测得电压比参考电压低20％以上，则判断为欠压；若测得电压比参考电压高20％以上，则判断为超压；若电压为0，则判断为失压；

二次侧相电流比较判定模块用于根据二次侧各相电流数据，计算电流三相不平衡率，满足(最大电流值-最小电流值)/最大电流值≥30％的条件则判断为三相电流不平衡；若最小电流值为0，则判断为失流；

功率判定模块用于

满足下列条件时，则判断为功率异常：

(P₂-P₃)/P₂≥30％

三相三线：

三相四线：

将P₁与有功功率数据比较，较大的值取为P₂，小的值取为P₃

其中，U_A，U_B，U_C为各相电压值，I_A，I_B，I_C为各相电流值，取为正常值，一般为0.8-0.9，可设为0.866，即取为30°；

功率因数判定模块用于

若满足下列条件，则判断为“功率因数异常”：

P：用电信息采集系统采集的有功功率

S：视在功率，为根据电流电压计算所得数据，其中：

三相三线：

三相四线：S₁＝U_AI_A+U_BI_B+U_CI_C。

本实施例中，数据采集子系统2还包括：二次侧电流采样变换模块、A/D转换模块、处理器、存储器、电源模块；

电源模块从一次侧线路上获取电能经变压、整流、滤波后供整个装置使用；

二次侧电流采样变换模块用于将二次侧三相电流转换为标称值为5A的电流，再把5A的电流转换为标称值为5V的电压信号；电压信号经过过零比较器生成频率相同的方波；以利于测频和实现缺相检测。

A/D转换模块用于对电压信号进行A/D转换，并将转换后的电压信号传输给处理器；

处理器用于将电压信号作为基准电压u(n)进行电流和功率有效值的计算，

计算公式如下：

$I=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}i{\left(n\right)}^2}---\left(1\right)$

$P=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}u\left(n\right)\×i\left(n\right)---\left(2\right)$

其中i(n)为采样值，N为采样次数；

并将计算后得到的结果保存在存储器内。

本实施例中，数据采集子系统2还包括：设置在各个监控区域的摄像头，视频处理模块，视频传输模块；

摄像头用于摄取监控区域内的视频图像；

视频处理模块用于对摄像头摄取监控区域内的视频图像进行压缩加密处理，并通过视频传输模块将视频图像传输至监控服务器。

本实施例中，如图3和图4所示，数据采集子系统2还包括：探测装置；

所述探测装置包括：热敏电阻，热敏电阻一端接到放大器的二脚，另一端连接放大器的三脚，与热敏电阻并联的光电隔离器的一端连接放大器的二脚，另一端连接放大器的三脚，放大器的四脚连接+5V的电源VCC1，放大器的十一脚脚接地，放大器的输出端连接定时器的四脚，定时器的六脚和二脚同时接至电阻R4第二端和电容C1第一端的之间，电阻R4的第一端与电阻R3第二端连接；电阻R3第一端通过电阻R2连接电源VCC2，电容C1第二端接地，定时器的八脚接电源VCC3，定时器的一脚接地，定时器的三脚为信号的输出端，输出的信号连接报警装置；

所述报警装置包括：与定时器的三脚连接的发光二极管LED，发光二极管LED与三极管的基极相连，三极管的集电极连接电源VCC4，发射极连接电阻R5第一端，电阻R5第二端接地，三极管发射极连接电容C2第一端，电容C2第二端与发声器第一端连接，发声器第二端接地。

当热敏电阻R1检测到人体热量向放大器发出感应信号，感应信号通过放大器U2进行放大，放大的信号经过定时器U3，定时器U3的4脚则为高电平，定时器处于触发的工作状态。定时器构成了多谐振荡器，其振荡的周期与外电路中的电阻R2、R3、R4和电容C1有关。在多谐振荡的作用下，定时器U3的三脚则输出方波信号，在方波信号的作用下，报警装置中的发光二极管不断闪烁亮，方波信号通过三极管后发声器发声报警。

当光电耦合器U1中间的光被遮挡，则光电耦合器检测到有人经过，产生感应信号，感应信号通过放大器U2进行放大信号，放大的信号经过定时器U3，定时器U3的四脚则为高电平，定时器处于触发的工作状态。

在多谐振荡的作用下，定时器输出方波信号，在方波信号的作用下，报警电路中的发光二极管D1不断闪烁亮，同时方波信号通过三极管后发声器发声报警。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。