供用电技术实验室建设

摘要：分析了供用电技术实验室的系统设置情况以及实验装置安装调试过程中出现的部分问题，介绍了反窃电程控模拟装置和负荷管理系统的开发使用情况。

关键词：供用电；实验室建设；电能计量；负荷管理

作者简介：王鲁杨（1963-），女，天津人，上海电力学院电力与自动化工程学院，副教授；王禾兴（1963-），男，上海人，上海电力学院电力与自动化工程学院，讲师。（上海200090）

基金项目：本文系上海市教委重点学科资助项目（项目编号：J51301）的研究成果。

中图分类号：G482     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）12-0107-03

上海电力学院（以下简称“我校”）从2008年开始按“供用电技术”专业方向招收本科生，2010年下半年开始该专业方向的学生陆续进入专业课学习阶段。为完善该专业方向的实验室体系，强化实践教学环节，为学生提供实现培养目标所必须的实验条件，我校于2010年上半年开始着手建设供用电技术实验室，并于2010年下半年为学生开出了有关电能计量的实验。即将开设有关需求侧用电负荷管理的实训课程及课程设计。

一、供用电技术实验室的系统设置

我校的办学理念是培养“立足电力，立足一线，立足应用”的应用型人才，供用电技术实验室的建设目标，是为电力行业培养熟悉生产一线环境、生产过程的、动手能力强并能“即来即用”的供用电技术相关岗位的人才。

供用电技术专业方向的学生，应重点掌握供电和用电领域的实验技能。目前我校电气工程及其自动化专业已具备一定规模和水平的供电类实验室，故本实验室应重点建设用电类的实验项目。

电能计量是电力生产、销售以及电网安全运行的重要环节，发电、输电、供配电和用电均需要对电能进行准确地测量，电能计量装置是供电企业向用电户销售电能的度量衡器具，其正常运行决定着供用电双方的公平交易。负荷管理是用电管理的重要内容，负荷管理系统是大客户用电信息采集与管理系统，为供电公司提高大客户用电管理和决策水平提供有力的技术支撑，并为电力市场开发、电力需求侧管理提供信息支持。电能计量和负荷管理是供用电技术专业方向的学生知识结构的重要组成部分。

根据已有各专业实验室的配置情况和供用电技术实验室所能争取到的面积（不足80m2），经论证，供用电技术实验室设置反窃电程控模拟装置和负荷管理系统两部分。所购置的实验设备与工程实际设备高度一致，都是在各电力公司的职工培训及用户需求侧管理中广泛应用的设备。

反窃电程控模拟装置是型号为CKM-S18的成套设备，其外形如图1所示；配套使用的数字相位伏安表型号为ETCR4000。

负荷管理系统由负荷管理终端、负荷管理软件系统、模拟负荷开关柜、走字台、电能表、学生端PC机、服务器、接入交换机、服务器机柜等装置组成，其外观如图2所示。

二、供用电技术实验室的安装调试

供用电技术实验室的所有设备共有17种（类），涉及8家供货单位，各设备的安装和调试相互衔接、相互影响。其中的基础设施包括电线、网线、插座、防静电地板、实验台、投影仪等等，安装调试相对简单。反窃电程控模拟装置因是成套设备，其安装调试只涉及设备本身及与其联网的一台计算机，过程不复杂，复杂的是负荷管理系统部分的安装调试。

负荷管理系统由负荷管理终端、负荷管理软件系统、模拟负荷开关柜、走字台、电能表、学生端PC机、服务器、接入交换机、服务器机柜等等装置组成。模拟负荷开关柜、走字台、电能表、学生端PC机、服务器、接入交换机等设备的正常运行是负荷管理系统能够安装、调试、运行的基础。

模拟负荷开关柜经安装调试后可以供电运行，但接入电能表后一直跳闸。经检测分析，开关柜未按设计要求安装三相四线断路器和漏电保护器，而是安装三相三线的电表。经更换三相四线断路器和漏电保护器，模拟负荷开关柜可正常运行。

负荷管理终端和负荷管理软件安装后经初步调试，发现在进行数据采集时，测量点若选择为表计可以招测到相关数据，而测量点若选择为脉冲则招测不到相关数据。调试人员在一个终端和一个电能表之间在地面上重拉一根同长的电缆，两个测量点都可以招测到相关数据。

经分析，本实验室的负荷管理系统采用有线通信方式，终端和电能表之间通过地下电缆连接，且为了和电力生产现场一致，一个终端连接多个电能表，而实验室的电能表数量有限；每个电能表又被多个终端连接，而终端电源的驱动能力有限；后改为一个终端连接1～2个电能表，每个电能表连接1～2个终端，问题得以解决。

对负荷进行控制管理是实现有序用电的重要基础，负荷管理系统中的控制管理主要包括各种本地闭环功率控制、远方遥控、电控以及群控管理等功能。本实验室的负荷包括虚负荷和实负荷两部分，虚负荷即走字台，实负荷即模拟负荷开关柜中的功率电阻、大功率白炽灯以及从开关柜引出插座上所接的各种负载。本实验室设计要求开关柜中的每个低压断路器可以远方遥控分、合，负荷管理终端的控制对象，即模拟负荷开关柜中的各实负荷。将低压断路器的辅助接点接入负荷管理终端的有关控制输出端后，系统不能实现对终端所设置的各种控制。经检查测试，判断原因为低压断路器的接线错误，更正接线后，可实现所设置的各种控制。

三、反窃电程控模拟装置的开发使用

CKM-S18低压计量反窃电程控模拟装置是模拟低压计量装置典型错误演示和分析的自动化设备。适用于供电企业、农电企业、供电营业所从事电能计量及其装置安装、运行、维护、检修、用电检查、抄表核算及相应岗位上的人员的技能培训与考核。该装置可演示单相直通电能表、单相带CT电能表、三相四线带CT电能表、三相四线直通式、三相三线带CT电能表，改变单、三相电能表内部结构和参数的窃电情况；设有各种欠压、欠流、移相及改变电表参数的窃电方式；可仿真多种单相直通表、单相带CT表、三相四线和三相三线电能表窃电；可通过计算机设置各种窃电方式，设置后自动显示接线原理图；一台计算机可以控制多台程控考核设备，统一进行故障设置。窃电方式可由计算机进行设置，设置后自动显示接线原理图，窃电方式以文字描述配合原理图形式显示，如图3培训界面中所示，可通过题号及关键词进行索引。

根据CKM-S18低压计量反窃电程控模拟装置的上述功能，目前开发出下述几个电能计量实验。

实验一，实验装置认识及互感器的测量。通过听老师介绍及观察，了解掌握CKM-S18低压计量反窃电程控模拟装置的各部分组成，以及装置柜面各端钮所对应的设备，学习并通过练习掌握数字相位伏安计的使用方法。测试电流感器各相一次、二次电流的大小，各电流之间的相位差；测试电压互感器各相一次、二次电压的大小、各电压之间的相位差。该实验是学生顺利进行后续实验的重要基础。

实验二，正常接线电能计量装置各电量测量。由计算机依次统一设置所有4套模拟装置中的单相直通电能表、单相带CT电能表、三相四线带CT电能表、三相四线直通电能表、三相三线带CT电能表为正确接线，用数字相位伏安计依次测量各种电能表表尾各电流、电压的大小，各相电压与电流的相位差。通过本实验，学生牢固树立电能表正确接线情况下各电量数值的概念，为发现电能表存在错误接线打下基础。

实验三，单相电能表存在各种错接线或窃电方式情况下电能计量装置各电量测量。由计算机依次统一设置所有4套模拟装置中的单相直通电能表、单相带CT电能表的接线异常，包括各种欠压、欠流、移相等等，用数字相位伏安计依次测量各种电能表表尾各电流、电压的大小，各相电压与电流的相位差。本实验使学生为发现三相电能表存在错误接线打下基础。

实验四，三相电能表存在各种错接线或窃电方式情况下电能计量装置各电量测量。由计算机依次统一设置所有4套模拟装置中的三相四线带CT电能表、三相四线直通电能表、三相三线带CT电能表的接线异常，包括各种欠压、欠流、移相等等，用数字相位伏安计依次测量各种电能表表尾各电流、电压的大小，各相电压与电流的相位差。本实验为学生在将来的用电检查工作中发现、分析电能表的错接线或窃电情况打下坚实的基础。

四、负荷管理系统的开发使用

供用电技术实验室所选用的PS4i用电管理系统采用基于B/S的软件架构技术，系统运行在J2EE平台上。系统充分利用了当前的软件架构技术优点，将浏览器、服务器、操作系统、数据库管理系统、应用服务器、前端开发工具等系统软硬件资源通过计算机网络有效连接在一起，为应用系统建立一个综合的、分布处理的、灵活安全、操作方便的运行环境。

PS4i负荷管理系统作为供电公司基于用电的综合应用管理系统，除了自身的运行维护外，还包括数据采集、业务管理以及应用分析等相关功能，具体功能包括：系统管理、采集管理、控制管理、电费管理、用电分析、系统报表等6大部分，用电管理系统的首页如图4所示。

通过学习、使用、掌握了负荷管理系统的功能后，目前开发出下述几个负荷管理系统的实验。

实验一，系统用户的运行管理。本实验将使学生了解并掌握PS4i用电管理系统的基本结构、主要功能、系统运行环境，PS4i用电管理系统启动、登录、运行等基本操作，系统首页五大功能区的操作及作用，系统中对于系统用户及其操作权限进行有效管理的相关操作，对系统的终端进行设备类型配置、逻辑分组等相关操作。

实验二，基于PS4i用电管理系统的终端维护。在本实验中学生将了解并掌握PS4i用电管理系统中“终端维护”模块实现的功能、新增终端时的相关操作及参数配置、对终端的各项参数进行配置管理，通过功能参数设置、对时复位等操作，完成数据采集前的准备工作。

实验三，系统数据采集、巡测管理和定时任务的实现。在本实验中学生将了解并掌握应用数据采集功能，获取所需实时数据、历史日数据等系统数据；了解巡测管理的功能和相关操作、用电管理系中定时任务的意义及任务配置、失败补召等操作。

实验四，控制管理。对单个终端或多个终端通过各种本地闭环功率控制、远方遥控、电控以及群控管理等功能，实现有序用电。

实验五，购电管理与催费管理。对选定终端设置购电参数后下发，召测购电数据，对其进行购电控制和购电记录查询，对剩余电量不足设定天数的终端发出购电告警。对选定终端设置催费告警参数和功能状态后下发，通过数据召测功能查看指定终端目前设置的告警时段信息。根据设定投入或者解除催费告警功能。

实验六，用电分析。在本实验中对各条线路、各个行业和用电户的用电数据进行查询；对用电户的用电情况进行排行，对用电户的月用电量波动以及月最大需量进行统计分析，对异常用电户进行筛选；对用电户的超容情况、表计异常情况、回路异常情况等进行分析。

实验七，系统报表之档案报表。在本实验中统计并生成终端及系统客户的档案报表、系统电表的档案报表，生成时段费率报表、时钟对比报表。

实验八，系统报表之用电报表。通过本实验，学生能够根据业务需求对客户电量、功率、电压、电流、抄表、电压合格率等进行分类统计，并以Excel表格形式导出，生成报表供有关部门查询。

五、结论

电能计量和负荷管理是供用电技术专业方向的学生知识结构的重要组成部分。根据CKM-S18低压计量反窃电程控模拟装置的功能开发出的电能计量实验，已应用于“供用电技术”专业方向本科生的“电能计量”课程教学，效果良好；根据PS4i负荷管理系统的功能开发出的负荷管理系统的实验，即将应用于“供用电技术”专业方向本科生的有关需求侧用电负荷管理的实训课程及课程设计。

参考文献：

[1]黄伟,付银秀,王鲁杨.电能计量技术(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]北京北研兴电力仪表有限责任公司．CKM-S18反窃电程控模拟装置使用说明书[Z].2010.

[3]上海华冠电子设备有限责任公司．PS4i用电管理系统用户手册(2.0版)[K].2005.

[4]金家培,陈湘瑜.以智能化电网的要求规划上海市负荷管理系统再发展[J].电力与能源,2011,(1):43-47.