С развитием рыночных отношений в России активно развивается приборный учет энергоресурсов, как на стадии производства, так и на стадиях их транспортировки, распределения и конечного потребления. Освоено массовое серийное производство отечественных приборов учета всех видов энергоресурсов: счетчиков электрической энергии, тепла, газа, холодной и горячей воды. Ведется непрерывное повышение их точности и надежности, внедряются различные автоматизированные системы учета не только на промышленных предприятиях, но и в сфере коммунально-бытового хозяйства. В массовом порядке внедряются у бытовых потребителей новые типы электросчетчиков способных работать в автоматизированных системам контроля и управления энергоресурсами. Уходят в прошлое времена, когда энергоресурсы учитывались без приборов, «на глазок». С появлением автоматизированного приборного учета энергоресурсов открываются широкие возможности для более рационального использования энергоресурсов и проведения эффективного энергосбережения.

Совершенствуются требования к приборам и системам учета электроэнергии, исходя из опыта эксплуатации существующих приборов и систем на их основе. Проектирование и построение систем ведется на основе концепции интегрирования данных из различных АИИС КУЭ, что позволяет выбрать наиболее рациональный, удобный и экономически эффективный подход к автоматизации учета розничного потребления энергоресурсов.

В обобщенном виде систему можно представить (см. сайд №2) состоящую из трех уровней:

• Верхний - корпоративное управления;

• Средний - интеграционный;

• Нижний - измерительный.

Информационное взаимодействие между распределенными уровнями организационной структуры системы выполняется с помощью программных адаптеров разрабатываемых под конкретную АИИС КУЭ или корпоративное ПО.

В данной статье будет рассмотрено аппаратное обеспечение нижнего - измерительного уровня системы. Есть много критериев, которым должна отвечать АИИС КУЭ измерительного уровня, но главные из них это(см. сайд №3) :

• Экономическая эффективность;

• Автоматизированное измерение и передача данных на сервер;

• Функциональная надежность.

Экономическая эффективность любой АИИС КУЭ определяется в первую очередь, насколько эффективно снижаются коммерческие потери. Поэтому приборы учета электроэнергии должны иметь максимальную защиту от её хищения. На слайде №4 представлен график снижения потерь электроэнергии в частном секторе после внедрения АСКУЭ РМС 2050м. Из графика видно, что первые 1 - 2 месяца потребление электроэнергии резко возрастает, а потом плавно снижается до уровня платёжеспособности населения, т.к. все известные виды хищения электроэнергии полностью учитываются электросчетчиками с определением вида хищения. Данная информация как передается по каналам связи на сервер, так и запоминается в счетчике в журнале событий. Из графика видно также, что трансформаторная подстанция начинает работать в оптимальном режиме, что сразу сказывается на качестве электроэнергии - напряжение на воздушной линии (фидере) приводится в норму, т.к. снизилась нагрузка на трансформаторе.

Исходя из опыта эксплуатации АСКУЭ РМС 2050м разными регионами России была разработана новая линейка приборов для АИИС КУЭ, где кроме экономической эффективности решались две основные задачи:

• Полная автоматизация измерительного процесса электроэнергии;

• Функциональная надежность как прибора в системе, так и самой системы в целом.

При этом была поставлена задача максимально минимизировать количество функциональных устройств в АИИС КУЭ, т.е. цепочка передачи информации на сервер должна быть либо:

• Электросчетчик - Маршрутизатор каналов связи - Сервер;

• Электросчетчик - Сервер.

Так как наиболее массовое устройство АИИС КУЭ - это электросчетчик, то исходя из вышеизложенных задач были сформулированы и реализованы следующие основные характеристики электросчетчиков (см. слайд №5), при этом мы исходили из того, что электросчетчик не обязан быть самым дешевым оборудованием:

• Два физически разных канала передачи данных, работающих параллельно:

• - радиоканал (RF), на частоте 433,92 МГц;

• - силовая сеть (PLC), на частотах от 50 до 95 КГц.

• Унифицированные протоколы передачи данных по RF и PLC.

• Работа в качестве ретранслятора и моста (шлюза) между RF и PLC.

• Работоспособность в диапазоне питающих напряжений 120-380 В.

• Разнесение в пространстве измерителей счетчика (базового блока и дополнительного датчика) позволяет вести эффективную борьбу с хищениями электроэнергии.

• Межповерочный интервал для РиМ 109.ХХ - 30 лет.

• Номинальный / максимальный ток - 5/80(100) А.

• Отсутствие силовых контактов на РиМ 109.01.

• Расположение в труднодоступном для потребителя месте (на опоре ВЛ).

Внутренние каналы связи системы (см. слайд №8) - радиоканал (RF) работающий на частоте 433,92 МГц и канал передачи данных по силовой сети (PLC) работающий в диапазоне частот 50 - 95 КГц передают данные от измерительных приборов до маршрутизатора каналов связи (МКС) одновременно. Это позволило задействовать два разных физических канала и резко увеличить вероятность приема информации при наличии помех в этих каналах, т.к. структура и вид этих помех имеют разную природу возникновения. При этом все приборы, задействованные в АИИС, могут работать как ретрансляторы передаваемых данных, при этом не важно по какому каналу приняты данные, дальше от ретранслятора они передадутся опять одновременно по двум каналам, пока не достигнут своей конечной точки.

Кроме работы в качестве ретрансляторов измерительные приборы могут работать как «мосты» передавая данные из силовой сети в радиоканал и обратно, что позволяет очень гибко строить АИИС КУЭ при этом минимизируя количества аппаратуры.

Внешние каналы связи АИИС КУЭ (см. слайд №9) которые осуществляют связь между маршрутизатором каналов связи (МКС) и сервером сбора данных выполнены на основе сотовой связи (GSM/GPRS). Там где сотовой связи нет (небольшие поселки в глубинке) применяются радиомодемы среднего радиуса действия на 1 - 2 км, а при использовании их в качестве ретрансляторов и до 5 - 10 км.

Дополнительно предусмотрено, что данные с МКС можно снимать и помощью мобильного терминала (МТ) в зоне ближнего действия до 100 метров. Также с МТ можно проводить наладку АИИС КУЭ и проводить апгрейт ПО МКС.

Маршрутизатор каналов связи (МКС) выполняет две свои основные функции(см. сайд №10):

• Управление потоком данных между сервером сбора данных и измерительными приборами (электросчетчиками);

• Буферизацию данных от счетчиков с целью уменьшения трафика в GSM(GPRS) канале.

МКС имеет на борту 4-е независимых каналов приема\передачи данных + один служебный радиоканал. Служебный канал предназначен для отладки системы и проведения апгрейта ПО МКС.

Таким образом, при построении АИИС КУЭ мы смогли отказаться от дополнительного оборудования, которое раньше использовалось (см. слайд №11) для обеспечения прохождения данных от электросчетчиков до сервера сбора данных.

Мобильный терминал (МТ) выполнен на основе небольшого ноутбука и предназначен как для отладки системы, так и для приема информации с неё (см. слайд №12). В состав МТ кроме ноутбука включены следующие устройства (см. слайд №13):

• Конвертор USB - PLC;

• Конвертор USB - RF;

• Конвертор USB - RS232/485;

• Сотовый модем Fastrack GO FSG001;

• Комплект антенн;

• Осциллограф/анализатор спектра сигнала USBscpe50;

• Адаптер сетевой к осциллографу;

• Комплект кабелей и источников питания.

Программно аппаратное решение МТ позволяет работать не только с новой линейкой приборов системы РМС 2150, но и со всеми ранее разработанными приборами и системами. При этом можно отметить, что на основе решений заложенных в новой линейки электросчетчиков реализованы полные аналоги счетчиков из системы РМС 2050м, но лишенные их недостатков.

В качестве балансных электросчетчиков на ТП разработаны многофункциональные активно/реактивные трехфазные счетчики электрической энергии серии РиМ 889, которые обладают следующими особенностями (см. слайды №15 - 21):

• Встроенный термостат для применения счетчиков в особо холодном климате;

• Резидентные интерфейсы Bluetooth и RS-485; 

• Светодиодная телеметрическая индикация активной и реактивной мощностей, а также квадранта вектора полной мощности; 

• Возможность встраивания в специальный отсек корпуса счетчика без нарушения метрологических пломб различных интерфейсов в т.ч.: - второго RS-485; - CAN; - Ethernet; - GSM;

• Дистанционный доступ по Ethernet и GSM интерфейсам к другим счетчикам, объединенным по интерфейсу RS-485 или CAN;

• Возможность подключения резервного питания Uрез = 9...12 В.

Электросчетчики серии РиМ 889 позволяют измерять и контролировать следующие электрические параметры сети:

• действующие значения напряжений в каждой фазе;

• действующие значения токов в каждой фазе;

• активную мощность в каждой фазе и суммарно по фазам с указанием направления;

• реактивную мощность в каждой фазе и суммарно по фазам с указанием направления;

• коэффициент активной мощности (cosj) в каждой фазе и суммарно по фазам;

• значения tgj в каждой фазе и суммарно по фазам;

• частоту переменного напряжения сети.

Имея на борту большой объем памяти, позволяет вести большое количество журналов:

• Журнал потребления на расчётные день и час, глубиной в два года. Состав журнала: активная электроэнергия по 8-ми тарифам, 2-м направлениям и 3-м фазам, реактивная электроэнергия по 4-м квадрантам и 3-м фазам, энергия потерь по 3-м фазам, значение пиковой мощности за расчётный период с фиксацией времени пика. Все значения энергий хранятся нарастающим итогом;

• Журнала профилей потребления. Период фиксации значений программируется (1,2,3,4,5,6,10,12,15,20,30,60 мин). Ёмкость журнала - 183 суток при выбранном периоде 30 мин. Состав журнала: активная электроэнергия прямого и обратного направлений по 3-м фазам, реактивная электроэнергия прямого и обратного направлений по 3-м фазам, энергия потерь;

• Журнала выходов за пороги и возврата в норму значений фазных напряжений и частоты сети с фиксацией времени событий;

• Журнала выходов за пороги и возврата в норму фазных значений tg φ;

• Журнала установок/программирования счётчика.

АИИС КУЭ РМС 2150 может работать и автономно без передачи данных на интегрирующий уровень. ПО РМС 2150 позволяет выполнять следующие основные функции(см. сайд №22, 23) :

• Сбор данных о показаниях и статусах для счётчиков "РиМ" - ("РМС 2150");

• Сбор данных о показаниях и статусах для счётчиков "СОЭБ-ПДР" - ("РМС 2050");

• Построение отчётов о снятых показаниях;

• Построение балансовых отчётов за выбранный период времени по выбранным тарифам;

• Построение графического отчёта о потреблении электроэнергии;

• Построение статистического отчёта о работе всей системы;

• Автоматическое снятие показаний и построение любого отчёта по расписанию без участия оператора.

Примеры отчетов представлены на слайдах №24, 25, 26.

Теперь рассмотрим конкретные варианты реализации электросчетчиков на основе всех утверждений изложенных выше. В новой линейки электросчетчиков осталась старая концепция реализации счетчиков - метод пространственно разнесенного учета. Т.е. счетчик с дополнительным датчиком мощности (счетчик "Ябеда"), хорошо зарекомендовавшего себя на практике борьбы с хищения электроэнергии (см. слайды №27). Даже если базовый блок счетчика будет отключен на длительное время, то после восстановления схемы (см. слайд №28) вся как бы похищенная электроэнергия добавиться в сумматор базового блока (ББ).

Основные отличия построения счетчика по новой и старой версии представлено на слайде №29. Если рассмотреть недостатки электросчетчика СОЭБ-2ПДР-65, то они следующие:

• Плохой приём радиосигнала когда он находится ниже уровня земли (например в электрощитовой которая находится в подвале коттеджа);

• Работа счетчика в режиме радиомаячка требует дополнительного оборудования (радиоконцентратора) для передачи данных на МКС.

Электросчетчики, серии РиМ 586 и Рим 532, выдерживая концепцию метода пространственно разнесенного учета, лишены недостатков предыдущей модели. Так как в ДДМ (РиМ 109.01) (см. сайд №30) находятся два полноценных модема c передачей данных по RF и PLC находящихся на опоре ВЛ, да еще имеют возможность работы в качестве ретрансляторов и радио моста, то обеспечивается очень высокая вероятность приема информации от электросчетчика.

При этом важно отметить, что выход из строя ДДМ или ББ лишает счетчик только части его функциональных возможностей, при этом он остается на связи с МКС и сервером сбора данных. Предположим, вышел из строя ДДМ, ББ у абонента продолжает работать и учитывать электроэнергию (исчезла только функция "Ябеды"). Данные с ББ через ближайший ДДМ запросятся от МКС. Если вышел из строя ББ, то электроэнергию будет учитывать ДДМ, оставаясь на связи с МКС. У абонента исчезает только функция многотарифного учета электроэнергии. Оперативно ему можно выдать дистанционный дисплей (ДД) для снятия показаний с ДДМ. Таким образом, осуществляется аппаратное резервирование в системе. Эти же свойства однофазных приборов относятся и к трехфазным электросчетчикам.

Хотелось бы отметить, что РиМ 109.01 имеет сертификат самостоятельного счетчика и может передавать информацию на следующие устройства:

• Дистанционный дисплей (ДД);

• Мобильный терминал (МТ);

• Маршрутизатор каналов связи (МКС),

и может применяться как ДДМ для однофазных и трехфазных счетчиков с функцией защиты от хищений электроэнергии.

Применяя электросчетчик РиМ 109.01 с дистанционным дисплеем (ДД) РиМ 040.02 электросетевая организация имеет возможность устанавливать их не заходя в дом к абоненту, а только оповещая его, что ему необходимо получить ДД в сетевой организации. При этом абонент получает однотарифный учет электроэнергии с классом точности 1. Если абоненту необходим многотарифный учет электроэнергии, то он за свой счет покупает необходимый ББ (например РиМ 586.01), в него заносится серийный номер уже установленного на опоре РиМ 109.01 и электросчетчик становиться многотарифным с повышенной защитой от хищений электроэнергии . (см. сайд №36)

Основные характеристики электросчетчика РиМ 109.01.

1. Функциональные особенности:

   • Измеритель с расположением на опоре ЛЭП;

   • Прием показаний на ДД, МТ, МКС;

   • Встроенные модемы передачи данных по PLC и RF;

   • Работа PLC и RF модемов в качестве ретранслятора и радиомоста;

   • Функция «Стоп-кадр» - фиксация показаний на заданное время для расчета баланса в АИИС КУЭ.

2. Электросчетчик обеспечивает:

   • Учет активной электроэнергии в однотарифном режиме;

   • Учет активной электроэнергии при превышении лимита установленной мощности;

   • Возможность установки различных величин лимита мощности нагрузки, по которому будет вестись учет при превышении лимита при работе АИИС КУЭ.

3. Основные технические характеристики:

   • Класс точности при измерении активной энергии 1,0

   • Номинальное напряжение, В 220

   • Работоспособность в диапазоне напряжений, В 120-380

   • Номинальный(макс) ток, А 5(100)

   • Стартовый ток (чувствительность), А 0,020

   • Скорость обмена, бод: 1200

   • Постоянная счетчика, имп/кВт: 4000

   • Диапазон температур, °С от -40 до +55

   • Межповерочный интервал, лет 16

4. Счетчик отображает на ЖКИ ДД:

   • Номер РиМ 109.01 с которого принимается информация;

   • Суммарное потребление электроэнергии нарастающим итогом;

   • Потребление при превышении установленного лимита мощности;

   • Текущую потребляемую мощность;

   • Установленный лимит мощности.

Основные характеристики многотарифного электросчетчика РиМ 586.01.

1. Функциональные особенности:

   • Встроенные модемы передачи данных по PLC и RF;

   • Работа PLC и RF модемов в качестве ретранслятора и радиомоста;

   • Инфракрасный переключатель индикации;

   • Функция «Стоп-кадр» - фиксация тарифных показаний на заданное время для расчета баланса в АИИС КУЭ;

   • Защита от хищений э/энергии (работа совместно с РиМ 109.01 в качестве ДДМ).

2. Электросчетчик обеспечивает:

   • Учет активной электроэнергии в одно- или многотарифном режимах;

   • Возможность установки различных величин лимита мощности нагрузки в течении суток и номера тарифа, по которому будет вестись учет при превышении лимита;

   • Хранение счетчиков потребления активной электрической энергии по каждому тарифу за текущий и предыдущий месяц (на расчетный час и день - РДЧ);

   • Фиксацию даты, времени и максимумов активной мощности на заданном интервале (при интервалах усреднения от 1 до 60 минут с шагом 1 минута) за текущий и предыдущий месяц), измерение мгновенных значений активной мощности;

   • Передачу результатов измерений по интерфейсам RS-232, PLC и RF;

   • Ведение годового журнала счетчиков потребления активной электрической энергии по каждому тарифу и максимумов активной мощности, емкость - 12 месяцев;

   • Ведение журналов событий счётчика (выключения, отсутствие фазы, переключение тарифа и т.д.), емкость журнала - 250 событий;

   • Фиксацию по тарифам электроэнергии в заданное время - функция «Стоп-кадр»;

   • Фиксацию статуса РиМ 109.01 (ДДМ), дату и время последнего сеанса

3. Основные технические характеристики:

   • Класс точности при измерении активной энергии 1,0

   • Номинальное напряжение, В 220

   • Работоспособность в диапазоне напряжений, В 120-380

   • Номинальный(макс) ток, А 5(80)

   • Стартовый ток (чувствительность), А 0,020

   • Скорость обмена, бод: 1200

   • Постоянная счетчика, имп/кВт: 4000

   • Диапазон температур, °С от -40 до +55

   • Межповерочный интервал, лет

     • ББ :  16

     • ДДМ :  30

4. • Тарифное расписание:

     • Количество тарифов 8

     • Количество тарифных зон 256

     • Поддержка праздников Да

     • Поддержка переносов рабочих дней Да

     • Поддержка лимита мощности нагрузки Да

   • Календарь:

     • Точность хода таймера календаря, сек/сут 0,5

     • Программируемый расчетный час и день (РЧД) Да

5. Счетчик отображает на ЖК индикаторе:

   • значение счетчиков потреблённой активной электрической энергии по каждому тарифу (до 8) и суммарно с нарастающим итогом с точностью до сотых долей кВт*ч текущего и предыдущего месяца (на расчетный час и день);

   • текущее значение активной мощности (время интеграции 1,0 с);

   • дату, время и величину максимума активной мощности на заданном интервале текущего и предыдущего месяца (на расчетный час и день);

   • текущее время и дату, тариф;

   • индикатор связи по RS-232;

   • индикатор связи с РиМ 109.01 (ДДМ);

   • индикатор чувствительности и самохода;

   • индикатор превышения лимита мощности;

   • установленный лимит мощности.

Также характеристики данных счетчиков представлены на слайдах 32 - 36. Параметры и характеристики трехфазных счетчиков аналогичны однофазным счетчикам.

Скачать слайды статьи в формате MS Power Point (AIISKUE_RIM_2150.rar - 6.4 Мб)

Сергей Порватов, технический директор ЗАО «Радио и Микроэлектроника», март 2010г.