电力用户用电信息采集系统方案

第1章 通信信道及接口

通信网络链接主站、采集传输终端、电能表，是信息交互的承载体。通信网络的主要方式有光纤通信、230MHz 无线通信、公网无线通信、载波通信等。

图 1. 远程、本地通信说明图

远程通信是指采集终端和系统主站之间的数据通信。可分为专网通信及公网通信。

本地通信是指采集终端和用户电能计量装置之间的数据通信，在本系统中主要集中器和采集器、集中器和电能表、采集器和电能表之间的通信。

1.1 通信信道建设原则

通信通道的建设以满足系统需求为出发点，综合考虑技术成熟、实时性、通信安全、分布范围、系统可维护、工程建设简易、造价经济以及面向企业发展等因素，根据各网省公司的现实情况选择组件通信网络平台，为低压集抄系统提供

稳定可靠的数据交互通道。

1) 易于安装

指通信网络中相关的设备在初次安装、故障或周期轮换时，安装和参数配置的难易程度。主要表现在各种设备的即插即拔特性和网络系统自适应能力上。

2) 易于维护

指当系统应用需求发生变更时，计量仪表和系统维护的难易程度。如因价格体系或结算周期发生变更时，造成的费率结构和冻结时间在线或离线调整。

3) 系统兼容性

指对采集系统中各种采集和传输终端通信方式的兼容性，以及能够适应未来通信技术的不断发展。

4) 标准化的接口

通信网络系统各个设备之间的互联接口应采用标准接插件或者是事实上的标准接插件。

5) 一体化通信

通信网络系统是采集主站、采集终端、计量表计之间通信的载体，由于管理需求和用户性质的不同，三者之间能够采用的通信信道媒介差别很大，为保持主站系统的数据采集功能的专一性，建立一体化的通信机制，保证采集主站可以通过标准的统一的方式透明地和采集终端和计量表计通信。

6) 经济性

通信网络系统在满足系统需求和立足长远发展的基础上，所选用的网络系统应该具有相对好的经济性。

为适应各种通信方式的需要在主站数据采集服务器和集中器之间建立一个通信平台。通信平台以网桥的形式存在，综合处理转换采集服务器和远程通信网络之间的信息交换。

通信平台和主站采集服务器之间以IP 网络方式相连接，通信平台经过处理转换之后根据远程网络情况采用适应的方式和集中器通信。实现采集服务器和集

中器之间的透明通信，屏蔽远程通信的通信方式差异。

采集服务器对集中器的寻址方式：在IP 链路建立之后，以此为物理链路，按照集中器逻辑地址为目的地址进行寻址，通信平台根据集中器逻辑地址选择对应的远程通信方式转发信息。

图 2. 通信平台示意图

1.2 远程通信

远程通信可分为专网信道通信和公网信道通信。

专网信道是电力系统为满足自身通信需要建设维护的专用信道，可分为230MHz 无线专网及光纤专网两大类。

230MHz 无线专网使用国家无委会批准的电力负荷管理系统专用频点，其中有15组双工频点和10组单工频点。

光纤专网是指依据电力通信规划而建设的以光纤为信道的一种电力系统内部通信网络。

公网信道是相对于电力系统自身建设的专用信道而言的，它指的是使用或租用通信运营商建设的公共通信资源。

根据公网的分布特点和本系统的数据通信特点公网信道设计使用无线公网通道。 1.2.1

远程信道接口设计

远程信道软件接口是指通信平台中的对远程通信的通信转换的软件接口。 硬件接口是指远程通信中各种通信方式的集中器中的通信终端的接口。

主主主主

图 3. 硬件接口示意图

主要原则：

模块化：通信软硬件接口应该按照模块化的方式进行设计，终端硬件通信模块具有标准的通信接口；

适应性：软件通信接口应能适应通信方式，并具有很好的扩展性，能够适应系统规模的不断扩大，能够适应新通信方式的接入；

标准化：采用现有的工业标准化如标准如RJ45、RJ11、RS232、USB 等 即插即用：硬件接口应能够满足即插即用的功能。 互换性：硬件接口应该是通用的，具有很好的互换性。 1.2.2

典型远程信道组网方案

1.2.2.1 光纤专网

1.2.2.1.1 基本条件与建设范围

目前35KV 、66KV 、110KV 及以上变电站基本具备骨干光纤通信，具备至1*2M或10M 以太网接口，在此基础上具备向下延伸的网络基础。光纤专网旨在电力通信网的基础上，向配网延伸，覆盖全部10KV 线路，将高速以太网延伸至

每个台区，形成光纤通信专网。业务流向为将低压侧业务，如居民用电信息和商业用户统一接入，由上级变电站通信节点上传至供电公司数据中心。

图 4. 光纤组网示意图

1.2.2.1.2 光缆建设方案

1．对于架空线路，同杆塔敷设自承式或复合式特种光缆； 2．对于具备电力管道路径情况，同路由敷设电力非金属阻燃光缆； 3．光缆芯数与模式选择，根据线路台区数量可选择12-24芯光缆，但不得少于12芯，光纤类型优先选用单模。 1.2.2.1.3 光纤组网方案

分为以太无源光网络（EPON ），传统SDH/PDH混合组网和光调制解调器组网三种类型。

1．以太无源光网络（EPON ）：EPON 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。它在物理层采用了PON （无源光网络）技术，光线路终端（OLT ）与光网络单元（ONU ）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本，尤其适应于10KV 线路配网结构，具备通信保护能力。EPON 在链路层使用以太网协议，使用标准以太网（I ）利用PON 的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON 技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。

基于EPON 技术的两种组网方式的无源光网络系统示意图如下：

图 5. 以太无源光网络组网方式一

多级分光方式。此种方式采用单纤波分复用技术（下行1490nm ，上行1310nm ），仅需一根主干光纤和一个OLT （光线路终端），传输距离可达20公里。在ONU （光网络单元）侧通过多级光分路分送给最多64个用户，因此可大大降低OLT （光线路终端）和主干光纤的成本压力成本较低。此方案适合呈带状或链状分布的10KV 线路。

图 6. 无源光网络组网方式二

在OLT （光线路终端）侧配置多路分光器，直接输出至多路终端进行通信。此种方式组网方式灵活，覆盖半径大，布放多芯光缆时仅需放置分纤器而不使用分光器，传输距离较远。此方案适合业务需求密集的城镇地区。

2．SDH/PDH混合组网方式是电力通信专网比较传统的通信方式，在骨干网络上应用广泛，即需要在每个站点配置光端机，技术成熟，运行稳定，但对运行环境要求较高。成本较无源光网络亦高。

图 7. SDH/PDH网络组网方式

此种组网方式每一级都需要进行一次光电转换，通信网节点较多，维护量大。但在已建成的网络中扩展非常方便，只需布放较短距离的光缆即可对网络进行延伸，适用于对通信速度要求不高的场合。

3．光调制解调器方式组网，在简单点对点通信中应用较广，技术成熟。但对于大数量台区组网，会大量占用光纤资源，增加建设成本。

图 8. 光调制解调器组网方式

在变电站内放置光收发池，点对点和业务点进行通信。此种方式应用较为广泛，覆盖半径大，设备升级扩展方便，但在原有网络上增加通信节点可能需要重新布放光缆和添置局端设备，成本较高，适合业务数据量较大的城镇地区选用。

4．推荐使用方案

综合以上组网技术和电力网络的实际情况，推荐采用EPON 技术进行组网。目前的电力骨干网络已满足向10KV 线路延伸的基本条件，EPON 技术非常适合于呈带状或链状分布的10KV 线路，系统建设成本低，易于维护，标准10/100BASE-T RJ-45以太网接口输出至终端，方便应用和扩展，也方便原有业务终端的接入。 1.2.2.2 GPRS/CDMA 1.2.2.2.1 主要特点

公网信道的适用范围如下表：

1.2.2.2.2 GPRS/CDMA组网方式

图 9. GPRS/CDMA无线公网组网方式

说明：

采集终端接口方式：

集中器以无线MODEM 的方式和GSM/CDMA基站进行数据信号的调制通信，遵循GPRS/CDMA无线传输标准。

GPRS/CDMA核心网和系统接入设备之间组建独立的APN/VPN私有虚拟专网，公网和采集系统之间以专线形式连接。

终端和通信平台之间建立建立TCP/IP协议链接，并一次作为用电信息采集系统通信的物理链接。

终端地址分配：静态分配方式MS 号码与IP 地址进行绑定。终端保持GPRS 永远在线状态。 1.2.2.2.3 要求 1.2.2.2.3.1 安全性要求

必须组建独立的APN/VPN私有虚拟专网，从IP 层予以隔离，隧道外的公网IP 无法访问隧道内的IP ，隧道内的IP 不能访问隧道外的IP ，隧道内的IP 互访也仅限于授权的资源。通信运营商需采用IPSec 、ACL 、信息加密等技术保障公网的通信安全。

与通信运营商对接的通信设备必须放置在隔离区，通过防火墙予以隔离。

必须设置完善的身份认证体系，拦截非授权设备接入。 应建立终端IP 绑定机制，身份唯一识别。

应建立终端SIM/UIM卡号认证体系，拦截非法SIM/UIM登录。 应建立终端主叫识别机制，拦截非法指令。 1.2.2.2.3.2 可靠性要求

通信网关必须可靠，硬件设备可采用集群机制保障可靠性，单点设备故障不影响整个通信网关的正常通信。通信网关软硬件应具备自诊断、自守护、自恢复功能。

1.2.2.2.3.3 实时性要求

信道接入应尽量缩短通信延时。正常情况下，采用ADSL 、GPRS 、CDMA 信道遥控响应时间≤5s ，SMS 信道召测响应时间≤30s 。

1.2.2.2.3.4 可扩展性要求

当接入终端规模不断扩大时，公网信道应具备很强的可扩展性，通过增加通信设备或增加通信进程(线程) 满足不断增大的系统通信需求。 1.2.2.2.3.5 经济性要求

在使用公网信道时，应充分考虑使用成本，优先选择性价比高的信道。 公网信道中移动通信网络（GPRS/CDMA/SMS）覆盖面广、可靠性高、实时性好（GPRS/CDMA）、资费低，应优先采用。移动通信网络（GPRS/CDMA/SMS）建议使用GPRS/CDMA为主信道，SMS 作为备用信道。

使用移动通信网络需支付每台终端的月通信费用，一般采用包月套餐，包月资费含：主信道(GPRS/CDMA)流量不低于xMByte ，外加短信不低于y 条，包月资费不高于z 元/月（x,y,z 值依赖于系统的规模及商务谈判）。采用省公司（直辖市）统一与通信服务商协商可以获取较低的通信费用，也便于维护。对于短信部

分，可以采取捆绑一定数量短信的策略，即采用全省（直辖市）捆绑使用，一年结算一次的方式，以降低短信总资费。

在使用过程中，应建立通信费用监控、预警与评估机制，及时发现通信异常，杜绝终端费用超标现象发生。 1.2.2.3 230MHz

1.2.2.3.1 单信道无线组网

拥有一组双工频点的单信道无线组网技术，采用一点多址的应答式通信方式，是无线电力负荷管理系统最常见的组网方式之一。一般主站电台采用双机双天馈热备模式，并能自动及手动切换。主站电台直接与各终端通信，如下图所示：

图 10.

单信道双机双天馈热备组网方式示意图

1.2.2.3.2 双信道或多信道无线电组网

系统规模达到一定数量时需要采用双信道或多信道同时工作，从而缩短巡测时间，满足实际使用要求。地市局可以采用多信道集中管理模式，各市县局采用远程工作站方式监控并采集数据。在多信道系统中频率的选用必须解决系统的互调干扰和同频干扰的问题。

集中控制管理模式最大优点是可采用频率复用技术，增加信道数量。同时多信道集中管理，保证了边远用户通信覆盖的重叠区域，使这些用户有更多的选择余地，避免和减少了盲点。

多信道系统可以采用双工、单工频点实现混合组网。 多信道组网如下图所示：

图 11.

多信道组网示意图

1.2.2.3.3 中继组网

主要有倒频中继、光纤中继、微波中继、网络中继、扩频中继组网等组网方式，可依据实际情况加以选择。

典型的二组频点无线中继组网如下图所示：

图 12.

光纤中继组网如下图所示：

典型的二组频点的无线中继组网示意图

图 13.

光纤中继组网示意图

1.2.3 远程网络信道链路建立过程

基于双向对等网络的通讯终端和主站的链路建立做一个初步的设计 终端工作在客户端模式，链路建立：

1．终端为客户端模式，主站通信服务器为服务器模式，终端上电自检后链接GPRS/CDMA网络，根据APN 和SIM 号注册登录GPRS/CDMA网络；

2．根据SIM 号获取GPRS/CDMA网络分配的静态IP 地址；

3．IP 路由的建立：GPRS/CDMA网关网络企业根据APN/VPN两端网关建立的从终端到GPRS/CDMA接入设备的IP 路由，GPRS/CDMA接入设备和通信平台之间设置IP 路由，通信平台对终端私网地址设置地址翻译，确立终端到主站之间的有效IP 路由；

4．终端向采集服务器发送链接请求，采集服务器响应，建立终端到采集服务器之间的IP 链路，以此为上层数据交互协议的物理链路，根据上层协议需要注册终端信息。

图 14. GPRS/CDMA 终端链路建立过程图

1.3 本地通信

目前，采用电力线载波（窄带、宽带）通信技术和RS 485总线结合的典型组网方式主要有两种：“集中器-载波电能表”方式，即集中器通过电力线载波直接与具有载波通信功能的电能表通信；“集中器-采集器-电能表”方式，即集中器通过电力线载波与采集器通信，采集器通过RS-485总线与485电能表通信。 1.3.1

窄带载波

集中器—载波表组网方式如图11所示，集中器－采集器组网方式如图12所

示。

电能表

电能表

图 15. 集中器-载波表组网方式示意图

电能表

图 16.

集中器-采集器组网示意图

窄带载波的路由：集中器的路由设定应当是采用自我学习，自动优化设定的方式。 1.3.2

宽带载波

图 17. 宽带载波组网拓扑图

在每个配电变压器低压出线侧安装集中器（内含宽带电力线载波通信模块并与光网络设备通过RJ45接口连接）进行宽带载波信号注入，各计量表箱安装采集器，通过485线对表箱内的电表进行采集。集中器作为宽带电力线载波的头端设备与宽带载波采集器组成宽带电力线网络，形成以电力线为传输介质的高速IP 网络。采集的数据通过电力线网络传至主站。在通信效果欠佳的情况下，可通过安装中继器增强通信效果。

宽带PLC 信号耦合方式一般采用“相-零”耦合，在所有小区都能顺利实施。在地线完备的小区，可采用地线耦合宽带电力线载波信号进行数据传输，地线上分支少干扰小，信噪比更高，可带来更好和传输效果和稳定性。

在通信效果欠佳的情况下，可通过安装中继器增强通信效果。宽带PLC 技术支持时分和频分中继，用于应对电力线传输阻抗失配较大或延伸通信距离。且中继是基于数据链路层（OSI 的第二层）或物理层，对上层组网不产生影响，透明传输各种数据流和业务流。得益于高速的传输带宽，中继之后仍能保持高速的传输速度。如85M 物理速度的系统中继之后，仍有20-40M 的物理速度。支持多级中继。

中继器能够通过中继实现距离超长或干扰较大配网的信号覆盖。中继器可以采用时分或频分实现中继功能，中继需在数据链路层或物理层实现，以保证网络对业务应用的透明性和设备的兼容性。

图 18. 典型宽带载波中继数据流

1.3.3 RS-485接口

RS-485总线方式主要是指集中器和配电总表以及采集器和电能表的通信，组网方式如本地通信中的窄带载波章节。

技术要求：

1 接收器的输入电阻R IN ≥12kΩ。 2. 驱动器能输出±7V的共模电压。 3. 输入端的电容≤50pF。

4. 在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V （终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）。

5. 接收器的输入灵敏度为200mV 。

6. 接入容量依据采集对象数量可设计为8、16、32块电能表；传输距离为1200m ，若增加传输距离及接入容量，应加入中继器。

第2章 终端设备

本章节主要描述终端设备在电力用户信息采集系统中的作用，按照用户全面覆盖、信息全面采集的原则给出终端设备分类，终端设备的典型设计方案，并分别对终端设备的功能、性能以及系统互换性、内部模块互换性等提出要求。

2.1 终端分类

终端设备按电力用户用电信息采集模式进行分类，对于大型专变用户和中小型专变用户应采用专变采集终端+RS-485多功能电能表采集模式，大型专变用户选择安装带交流采样专变终端或不带交流采样专变终端，中小型专变用户选择安装不带交流采样的专变终端。对于低压三相一般工商业可选择安装远程多功能电能表，也可以是集中器采集方式。对于低压单相一般工商业和居民用户采用集中器+载波预付费电能表或集中器+采集终端+载波电能表两种采集形式。对公变计量点采用集中器+RS-485多功能电能表数据转发形式实现管。专线用户用电信息采集模式通常由厂站终端完成。远程终端与主站通信信道优先选用电力光纤专网，对于未完成光纤通道建设的各省可选用无线专网（GPRS 、CDMA 等）、230MHz 专网、公共交换电话网信道。

2.2

2.2.1

终端选型

专变终端

专变中端在使用技术条件和功能要求方面必须支持DL/T 698《电能信息采集与管理系统》相关规定，专变终端按照I/O配置分可分为有交流采样模块型和不带交流采样模块的基本型终端。专变终端应尽量采用模块化结构设计，通讯方式可以通过更换以太网通信模块、GPRS/CDMA模块或PSTN 电话模块实现互换。

根据DL/T698.31 电能采集终端通用要求，专变终端类型标识、功能和适用用户见表26。

表 3. 终端类型及功能对照表

2.2.2 集抄终端

集抄终端通常包含集中器和采集器两部分，用于厂站关口电能量采集和非居民用户、居民用户用电信息采集，并对用电异常信息进行管理和监控。一个配变台区的居民用电信息采集组网方式主要有下列两种：

a) 集中器与具有通信模块的电能表(载波表) 直接交换数据；

b) 集中器、采集器和电能表组成二级数据传输网络，采集器采集多个电能表电能信息，集中器与多个采集器交换数据。

实际应用中可采用上述二种方式混合组网。集中器可直接与主站连接，也可通过RS 485接口与公变采集终端连接级联，利用公变采集终端通信信道上传。集中器和采集器的选型，在实际应用中根据具体情况确定。

2.2.3 远程多功能电能表

远程多功能表是在多功能电能表中加入采集模块和控制开关实现单个用户用电信息采集和监控能力。通常针对低压三相一般工商业用户用电信息采集。多功能电能表采集形式主要以多功能表+通讯模块（光纤专网、无线公网GSM/GPRS、CDMA 等、公共交换电话网等）对电能表信息进行管理和传输，接受主站调度任务。

远程多功能表另一种形式是载波+预付费电能表形式，对电能表信息进行管理和传输，接受主站调度任务。

根据上述终端定义和用户分类，上述终端配置见表27。

2.3

2.3.1

终端设计功能要求

专变终端

2.3.1.1 结构要求

整体结构应采用分体设计结构，模块化设计方式，将上行通信模块独立进行设计，并在结构上能够与主机分离，除230MHZz 电台终端外，外形尺寸应不大于320mm ×220mm ×120mm 。

终端的其它结构和环境要求应符合《DL/T698-2008电能信息采集系统》中

专变终端的相关要求。

交流采样装置完成两个主要功能，一是作为防窃电功能主要的一种技术支持手段，独立作为一个测量点对用户的用电信息进行测量和计量，与电能表测量的信息进行超差对比；另一方面，其测得的功率数据可以作为功率控制的依据。 2.3.1.2 终端设计

负控终端功能框图如下图，远程通讯模块可以按照远程通信信道的不同进行更换，可选择GPRS 、CDMA 、PSTN Modem模块、以太网络模块或230MHz 无线电台。

图 19.

负荷控制终端功能框图

专变终端功能功能要求如下

专变终端的功能详细设计要求按照《DL/T698-2008电能信息采集系统》的要求执行。 2.3.1.3 性能要求

专变终端应满足《DL/T698-2008电能信息采集系统》中专变终端的有关性能要求，并对电子器件的选择作出规定。

终端选用的处理器（CPU ）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS-485芯片、变压器、通讯模块等主要元器件应选择高可靠性的工业级产品。

● 处理器

要求采用主流32位或以上微处理器（如ARM7及以上系列芯片、Motorola PowerPC 系列等）配置嵌入式操作系统设计的方案，以保证终端通信、数据采集、数据压缩等复杂功能要求。为将来功能扩展提供稳定可靠的硬件平台。

● 通信模块

通信模块采用业界主流厂商工业级的通信芯片，通信模块使用温度范围应在-25℃～70℃。

● 电解电容

应使用105℃、4000小时及以上的进口名牌长寿命电解电容。 ● 压敏电阻

电压输入部分应使用峰值电流≥8000A 的压敏电阻。 ● 电池

应使用柱状锂电池，在完全停电的状态下可维持终端时钟运行10年以上。 2.3.2

集抄终端

2.3.2.1 集中器 2.3.2.1.1 结构要求

● 整体结构应采用分体设计结构，模块化设计方式，将上行通信模块、下

行通信模块独立进行设计，并在结构上能够与主机分离。 ● 外形尺寸

外形尺寸应不大于320mm ×220mm ×120mm 2.3.2.1.2 终端设计

集中器功能框图如下图，整体设计采用分体式模块化设计，上行通讯模块可以按照远程通信信道的不同进行更换，可选择GPRS/CDMA模块、以太网络模块, 要求接口统一定义规范，做到不同厂家不同通道的通信模块可以互换，下行信道要求做到接口统一、定义规范做到不同厂家产品、不同载波模块可以互换。

集中器软件应提供软件对信道的识别能力，在信道进行切换时无需更改软件或提供软件更新功能。

集中器的功能按照下表进行选择配置。

表 6. 集中器的功能配置表

2.3.2.1.3 性能要求

集中器应满足《DL/T698-2008电能信息采集系统》中集中器的有关性能要求，并对电子器件的选择作出规定。 1. 电气性能要求

● 供电方式

集中器使用三相四线制供电方式，在断一相或两相电压的条件下，交流电源能维持集中器正常工作和通信。

● 工作电源

工作电源额定电压：交流220 V/380 V，允许偏差-20%～+20%；频率：50Hz ，允许偏差-6%～+2%。

● 功耗

集中器消耗的视在功率应不大于15V A 、有功功率应不大于10W （静态功耗）。 ● 寿命要求

集中器平均使用寿命应≥10年。

● 可靠性：设备平均无故障工作时间（MTBF ）不少于7.6×104h 2. 元器件选择

集中器选用的处理器（CPU ）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS-485芯片、变压器、载波芯片（模块）等主要元器件应选择高可靠性的工业级产品。

● 处理器

要求采用主流32位或以上微处理器（如ARM7及以上系列芯片、Motorola PowerPC 系列等）配置嵌入式操作系统设计的方案，以保证集中器网络通信、数据采集、数据压缩等复杂功能要求。为将来功能扩展提供稳定可靠的硬件平台。

● 通信模块

通信模块采用业界主流厂商工业级的通信芯片，通信模块使用温度范围应在-25℃～70℃。

● 电解电容

应使用105℃、4000小时及以上的进口名牌长寿命电解电容。 ● 压敏电阻

电压输入部分应使用峰值电流≥8000A 的压敏电阻。

电池

应使用可充电的柱状锂电池，电池规格为：电压3.6V ，容量≥1.2Ah ，在完全停电的状态下可维持集中器时钟运行1年以上。 2.3.2.1.4 接口设计

集中器接口分为上行通信接口、下行通信接口和本地通信接口3部分，上行通信接口是指采集器与集中器之间的通信接口；下行接口是指采集器与电表及采集器之间的通信接口；本地维护接口是指本地用于设备维护的接口。

1. 上行通信

采集器与集中器之间可采用窄带载波方式和宽带载波方式，通信芯片应选用工业级产品。

2. 下行通信

采集器与电表之间的下行通信RS-485总线方式。 采集器至少具备1路RS-485下行通信 3. 本地维护及级联接口

，应采用光电采集器至少1路RS 485接口和1路红外维护接口（距离>=3m）

隔离等措施与内部电路电气隔离。传输速率可选用600，1200，2400 bit/s或以上。

RS-485通信接口性能参照DL/T 698.31中4.7.5规定 宽带电力线载波参照本部分5.2.2规定 窄带电力线载波参照本部分5.2.1规定 2.3.2.1.5 通信规约

宽带采集器与主站的通信时，接收并响应主站的命令，通信协议应符合DL/T698.41。

采集器与集中器通信，通信协议应符合DL/T698.42。

采集器与电表通信，通信规约至少支持DL/T645-1997及DL/T645-2007。

2.3.2.2 采集器 2.3.2.2.1 结构要求 外形尺寸

安装尺寸应符合86型机械单相电能表的安装尺寸。 外形尺寸应不大于86型机械单相电能表的外形尺寸。 2.3.2.2.2 终端设计

图 21. 采集器功能框图

采集器的功能按照下表进行选择配置。

2.3.2.2.3 性能要求

采集器应满足《DL/T698-2008电能信息采集系统》中采集器的有关性能要求，并对电子器件的选择作出规定。 1. 电气性能要求

● 供电方式

采集器使用单相或三相四线制供电方式，三相四线供电时在断一相或两相电压的条件下，交流电源能维持采集器正常工作和通信。

● 工作电源

工作电源额定电压：交流220 V/380 V，允许偏差-20%～+20%；频率：50Hz ，允许偏差-6%～+2%。

● 功耗

在非通信状态下，采集器消耗的视在功率应不大于5V A 、有功功率应不大于3W 。

● 失电数据和时钟保持

采集器供电电源中断后，不应出现误读数，并有措施至少保持数据和时钟1年。电源恢复时，保存数据不丢失，内部时钟正常运行。

● 寿命要求

集中器平均使用寿命应≥10年。

● 可靠性：设备平均无故障工作时间（MTBF ）不少于7.6×104h 2. 元器件选择

采集器选用的处理器（CPU ）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS-485芯片、变压器、载波芯片（模块）等主要元器件应选择高可靠性的工业级产品。

● 处理器

要求采用主流微处理器，保证采集器网络通信、数据采集功能要求。 ● 电解电容

应使用105℃、4000小时及以上的进口名牌长寿命电解电容。 ● 压敏电阻

电压输入部分应使用峰值电流≥8000A 的压敏电阻。 ● 电池

应使用可充电的柱状锂电池，电池规格为：电压3.6V ，容量≥1.2Ah ，在完全停电的状态下可维持集中器时钟运行1年以上。

3. 基本型采集器功能描述

● 电能表数据采集

应能按集中器设置的抄读间隔或抄表日自动采集电能表数据。 ● 数据分类存储

形成总及各费率日有功电能示值、抄表日有功电能示值等历史日数据；保存重点用户电能表的最近24小时整点总有功电能数据。

● 参数设置

接收集中器命令，设置和查询抄读间隔、抄表日、电能表通信地址、通信协议等参数，并能自动识别和适应不同的通信速率。

● 表地址索引表

能依据集中器下发或本地通信接口设置的表地址，自动生成电能表的表地址索引表。

● 通信转换

转换上、下信道的通信方式和通信协议。支持集中器与其它采集器之间的通信中继转发。

● 本地功能

应有电源、工作状态、通信状态等指示。

应提供本地维护接口，支持手持设备通过本地红外通信口或本地无线通信口设置参数和现场抄读电能量数据。本地参数设置和现场抄表应有权限和密码管理，通信协议应支持DL/T 698.42。

● 终端维护

应有自检、自恢复功能，应能记录自身停电、上电时间等事件，供主站查询。

4. 简易型采集器主要功能

简易型采集器的主要功能是实现集中器与电能表命令和数据转发，通信方式和通信协议的转换以及集中器与其它采集器通信的中继转发。

简易型采集器应有通信参数设置功能和自检功能。

2.3.2.2.4 接口设计

采集器接口分为上行通信接口、下行通信接口和本地通信接口3部分，上行通信接口是指采集器与集中器之间的通信接口；下行接口是指采集器与电表及采集器之间的通信接口；本地维护接口是指本地用于设备维护的接口。

1．上行通信

采集器与集中器之间可采用窄带载波方式和宽带载波方式，通信芯片应选用工业级产品。

2．下行通信

采集器与电表之间的下行通信RS-485总线方式。

采集器至少具备1路RS-485下行通信

3．本地维护及级联接口

采集器至少1路RS 485接口和1路红外维护接口（距离>=3m），应采用光电隔离等措施与内部电路电气隔离。传输速率可选用600，1200，2400 bit/s或以上。

RS-485通信接口性能参照DL/T 698.31中4.7.5规定

宽带电力线载波参照本部分5.2.2规定

窄带电力线载波参照本部分5.2.1规定

2.3.2.2.5 通信规约

宽带采集器与主站的通信时，接收并响应主站的命令，通信协议应符合DL/T698.41。

采集器与集中器通信，通信协议应符合DL/T698.42。

采集器与电表通信，通信规约至少支持DL/T645-1997及DL/T645-2007。

2.3.3 远程多功能电能表

远程多功能电能表是指能够集高精度、多费率、多种电压、电流信息、预付费和远程通讯于一身的多功能电能表。

2.3.3.1 结构要求

1．信息显示

电量信息采用LCD 显示，LCD 应选用增强型（FSTN ），工作温度范围-40℃～+70℃。在正常使用条件下，LCD 工作寿命>10年。采用超亮、长寿命LED 作电量脉冲指示。

2．电能表外壳

采用密封防尘、高强度、抗变形、抗腐蚀、抗老化的阻燃材料制成。应有可靠的双铅封位置，只有破坏铅封才能触及仪表内部部件。表座固定螺钉孔采用盖帽胶封。

3．光纤、天线的引入

多功能表接线端子排应有1路RJ45接口网络接口，如采用无线公网传输，天线的馈线接口SMA 设置在终端内部，引入方式应保证必须先打开电能表封印后才能够使天线由终端上拔出或拆下。多功能表内部结构设计应保证在不卸下或拆开通讯模块的情况下，方便更换新卡。

4．表内结构

所有元器件均能防锈蚀、防氧化。内部连接线路采用焊接方式，不宜采用插接方式。如采用插接方式时紧固点应牢靠。端钮盒具备加封部位并在加封后无法触及接线端子的结构，电流接线采用嵌入式双螺钉旋紧。

采用隔离变压器多路输出分别提供表内部计量部分、远传通讯部分的工作电源。在线路只存在一相（3相4线方式）和两相（3相3线方式）时，电表能继续工作。

电表应有硬件编程开关，且可铅封，防止非法设置/修改电表参数，电表硬件编程开关、清需量开关设置在铭牌盖板内，铭牌盖板可翻开、可铅封。

电表工作参数默认值按用户要求设定，电量的设定只能清零，不得设置底度值。

5．电磁兼容性

电磁兼容性能与绝缘性能按GB/T 17215-2002、DL/T 614-1997的相关条款执行。

外磁场影响、谐波影响、电压影响按DL/T 614-1997的相关条款执行。

2.3.3.2

电能表设计

图 22. 远程多动能表功能框图

2.3.3.3 性能要求

1．计量正向有/无功和反向的有/无功电能；

2．计量四个象限无功电能、正反向的总无功；

3．计量正向有/无功最大需量和反向有/无功最大需量，及需量发生时间；

4．具有四种费率，10个日时段、8个时段表，6个时区 支持周休日、节假日费率选择，另有一套备用费率时段系统。

5．具有失压、失流、电压合格率、全失压电流检测和记录功能。

6．使用长寿命宽度范围的LCD, 汉字显示各种设置参数和测量数据。

7．可实现参数轮显，轮流显示的参数和时间间隔可预先设置。

8．测量三相电压、电流有效值及当前频率。

9．具有编程控制和需量复位功能。

10．具有负荷记录功能，记录时间间隔按1～15分钟可选。

11．具有四级授权密码保护功能。另外可设置密码开锁（编程键）等多级安全保护功能。

12．电表采用三相供电方式，任何一相有电即可维持电表正常工作。

13．外型尺寸：280mm ×180mm ×95mm

2.3.3.4 本地通信口

具备1路RS-485通信接口、1路远红外/吸附式红外通讯口。红外通讯和 RS-485 通讯物理层必须独立，一种通讯信道的损坏不得影响另一信道，为保护电表，RS-485通信接口必须和电表内部电路实行电气隔离, 并有失效保护电路。

通信波特率可灵活设置（1200～9600bps ），默认为1200bps ，半双工，命令帧的响应时间在 20-500 ms。RS-485通信接口抗干扰性能参照DL/T614-1997，GB/T17215-1998相关要求执行。

本地通信规约参照DL/T645标准执行。

2.3.3.5 远程通讯口

具备2路远程通信接口，1路支持以太网络通讯，另1路通讯方式可选择支持GSM/GPRS和CDMA 方式，有天线馈线接口配置外置天线。

远程通讯部分应模块化设计，必须同基表相对独立。采用独立的管理MCU ，更换通讯模块可使通讯方式在GPRS 和CDMA 之间进行切换，支持带电热插拔，更换通信模块时应不需要更换终端其它部分。通过终端本地配置口能够配置通讯模块类别和设置网络参数，通信模块更换后应能自动识别网络并自动上线。

通讯模块要求选用业界主流厂商工业级的无线通信芯片。

2.3.3.6 遥控接口

具备独立的1路常开跳闸告警输出口，1路开合双位置购电控跳闸输出口，2路遥信信号输入接口。

控制信号接点规格：接线端子应能与2.5mm2引线配合，触点容量为AC250V 、5A ，380V 、2A 或DC110V 、0.5A 纯电阻负载。

2.3.3.7 购电控

购电控制（以下简称购电控）基本参数

电表可保存主站下发的以下参数：购电单号、本次购电量、购电方式（追加或刷新）、告警（门限）电量、跳闸（门限）电量。电表收到主站下发的购电控参数应回发确认码。

（1）应具备自动记录控制命令执行前、执行后用户电量的功能。

（2）支持的控制命令类型包括：遥控跳闸、合闸。

2.3.4 载波预付费电能表

载波预付费电能表区别于多功能电能表，普遍运用于居民电能量采集与控制。

2.3.4.1 结构要求

1．信息显示

电量信息采用LCD 显示，LCD 应选用增强型（FSTN ），工作温度范围-40℃～+70℃。在正常使用条件下，LCD 工作寿命>10年。采用超亮、长寿命LED 作电量脉冲指示。

2．电能表外壳

采用密封防尘、高强度、抗变形、抗腐蚀、抗老化的阻燃材料制成。应有可靠的双铅封位置，只有破坏铅封才能触及仪表内部部件。表座固定螺钉孔采用盖帽胶封。

3．通信介质

低压电力线，接收灵敏度：1.0uVrms （在输入12dB SINAD情况下）。 中继深度：≥3级，中继能力：自动感知、自适应。传输距离：整个配变台区通讯。

4．表内结构

所有元器件均能防锈蚀、防氧化。内部连接线路采用焊接方式，不宜采用插接方式。如采用插接方式时紧固点应牢靠。端钮盒具备加封部位并在加封后无法触及接线端子的结构，电流接线采用嵌入式双螺钉旋紧。

电表应有硬件编程开关，且可铅封，防止非法设置/修改电表参数。

5．介质保密措施

CPU 卡，ESAM 模块。

2.3.4.2 电能表设计

L N

图 23. 载波预付费电能表框图

2.3.4.3 性能要求

1．计量正向有功电能, 并存储其数据。

2．应能实现用户必须先买电后用电的功能, 所购电量(或电费) 将用尽时, 即剩余电量（或电费）等于所设置的报警限值时，发出声或光报警信号。剩余电量（或电费）为零时，控制开关断电。

3．使用非指定介质时，电能表不应接受或工作，并应有记录。

4．将能造成短路的介质插入卡座时，电能表应有保护措施并能正常工作。

5．当用户原购电介质丢失，通过一定程序补新购电介质后，电能表应能接受新的购电介质，并能拒绝接受原购电介质。

6．电能表内剩余电量（或电费）与新购电量（电费）应能叠加，新购电量（电费）应能冲减由于预付费系统故障而透支用电量（或电费）。

7．用户将指定介质插入电能表后，电能表应能自动将当前累计用电量、剩余电量（或电量）等信息回写到介质中，供售电系统查询。

8．电能表对通过介质插口而进行的攻击具有保护功能。卡座要与电表实现电气隔离，能承受不少于二万次的插拔。

2.3.4.4 本地通讯口

电能表主要用于基于低压电力线载波技术的集中抄表系统。低压电力线载波技术采用窄带双载频技术，具有通讯速率高，抗干扰能力强等优点，电能表和集抄系统中的集中器数据（协议）传输使用 协议。

电力载波信号频带符合IEC61000-3-8国际标准规定的电力部专用频带。

2.4

2.4.1 终端典型应用方案 专变终端典型应用方案

2.4.1.1 FKXA4终端典型应用方案

防火墙 主站 客户监测

图 24.

FKXA4型负控终端典型应用示意图

本方案中，用户配置1台配电变压器，安装1块多功能电能表，并安装1套测量CT ，安装两个负荷开关。

选择FKXA4型负控终端作为该用户的控制和采集终端，该终端通过本地RS-485接口采集多功能电表的信息，通过交流采样的接入计算用户的用电信息，并作为功率控制的依据。终端的遥控和遥信与负荷开关的跳闸线圈和辅助触点连接，实现对开关的控制和监测。终端采用GPRS 无线公网与主站连接，实现对用户的远程监视和控制。用户通过终端的本地客户接口可以获得实时用电信息，引导用户合理用电。

2.4.1.2 FKXB8终端典型应用方案

光纤网络 主站

图 25. FKXB8负控终端典型应用示意图

本方案中，用户配置2台配电变压器，安装2块多功能电能表，安装4个负荷开关。

选择FKXB8型负控终端作为该用户的控制和采集终端，该终端通过本地RS-485接口采集多功能电表的信息，通过接入电表的脉冲信号计算用户的负荷数据，并作为功率控制的依据。终端的遥控和遥信与负荷开关的跳闸线圈和辅助触点连接，实现对开关的控制和监测。终端采用光纤专网与主站连接，实现对用户的远程监视和控制。用户通过终端的本地客户接口可以获得实时用电信息，引导用户合理用电。

2.4.1.3 FKXB4终端典型应用方案

如下图所示方案，有一个三相供电的非居民用户，为其配置一台多功能电能表和一台FKXB4型负控终端，该终端可以通过RS-485接口抄收电能表信息，执行预付费控制，并能通过遥信监测开关执行情况。与主站的通信可以采用GPRS 或CDMA 无线公网方式。

主站

终端

三相非居民用户

图 26. FKXB4型负控终端典型应用示意图

2.4.2 集抄终端

由于低压电力客户用电容量很小，地理分布呈分散密布形式，实现用电信息采集的合理形式是先区域相对集中，再统一远传。根据相对集中的不同方式和通信技术手段，集抄终端将由不同的构成形式。可分为集中器+载波表模式、集中器+采集器+RS-485表模式、宽带载波集中器+采集器+RS-485表模式三种典型应用。

2.4.2.1 集中器+载波表模式

某一配变台区安装有三相四线制多功能电表一只，200个居民用户安装有载波通信模块的载波电能表，一个低压三相一般工商业用户。

载波电能表载波电能表

图 27. 集中器+载波表典型应用示意图

对集中器设置如下参数：

配置1只台区总表、200只单相载波表，1只三相载波表地址信息到集中器 集中器通过RS-485方式定时采集台区总表数据并存储

集中器通过窄带电力线载波方式定时采集200只单相载波表信息并进行存储。

集中器参数可通过主站下传及本地维护端口（RS232/红外）进行设置。 主站可通过远程信道实时点抄集中器下任意表计。

本模式采用窄带低压电力线载波作为本地区域集中的通信信道，电能表自身具备载波通信能力，在配变下配置一台集中器，实现和载波表通信、数据收集集中并远程传输到主站的功能。对于距离过远或信号较弱的电能表可通过手动设置路由或自动获取路由的方式进行抄收。

适应范围：

适用于用户表计分散安装、用电类型对采集间隔及时效性要求不高的环境。 适用于城乡结合部、农村地区。

优缺点：

以配变台区进行集中，不能跨越配变台区，能清晰表征配变和其下表计的关系。集中器到电表，现场连接关系简洁，易于管理维护，对原有表计本身需要更换，成本相对较高。一次通信成功率达不到100%，需要多次重复采集才能获取全部数据，对于全面远程控制和远程预购电方式的实现和支持不够，采集数据可用于结算。

2.4.2.2 集中器+采集器+RS-485电表模式

某一配变台区安装有三相四线制多功能电表一只，200个居民用户安装有RS-485电能表，表计集中安装在10个计量表箱内。

485电能表

图 28. 集中器+采集器+RS-485电表模式

对集中器及采集器设置如下参数：

配置1只台区总表、200只单相485表地址信息到集中器

集中器通过RS-485方式定时采集台区总表数据并存储

采集器通过RS-485方式分别定时采集200只RS-485表计信息，简易型采集器不进行数据存储，基本型表计进行信息存储。

集中器通过窄带电力线载波方式定时采集采集器内相关信息并进行存储。对于距离过远或信号较弱的采集器可通过手动设置路由或自动获取路由的方式进行抄收。

集中器参数可通过主站下传及本地维护端口（RS232/红外）进行设置。采集器信息可由主站通过集中器进行设置也可通过本地维护端口进行设置。

主站可通过远程信道实时点抄集中器、采集器下任意表计。

本模式采用窄带低压电力线载波作为本地区域集中的通信信道，增加采集器环节，电能表自身具备RS-485通信能力，在配变下配置一台集中器，实现和载波采集器通信、数据收集集中并远程传输到主站的功能。

采集器通过RS-485方式采集电表数据。本模式下电表本身具备了RS-485通信接口，但又不能构成大的区域集中。利用采集器将RS-485接口连接范围内的电表小集中后，通过本地区域窄带载波信道再连接到集中器，形成一定规模的区域集中统一远程传输到主站。

采集器可分为基础型采集器和简易型采集器，主要区别在于简易型采集器的主要功能是实现集中器与电能表命令和数据转发，通信方式和通信协议的转换以及集中器与其它采集器通信的中继转发。本地无时钟及数据存储能力，可以认为是接口转换设备。而基础型采集器不但能够完成上述功能还能够存储所管理的电表数据，对重点客户可存储全天24个整点数据，具备时钟和校时功能。

从应用效果上两种设备各有优缺点，简易型设备维护工作量小、安装调试相对简单，便于管理，对维护人员技术水平要求较低，但此种方式容易造成数据的不完整，采集的数据的不同时，数据属于离散采集，对线损计算有一定的偏差。基础型设备维护工作量比简易型稍大，对维护人员有一定的技术要求，但此方式可以有效的避免数据由于通信信道的不稳定造成的不完整，数据冻结等功能能够保证数据的同时性。建议采用基础型采集器设备进行系统建设。

适应范围：

适用于用户表计相对集中安装、用电类型对采集时效性要求不高的环境。 适用于城市、城乡结合部、农村地区。

优缺点：

1. 以配变台区进行集中，不能跨越配变台区。

2. 采集装置和计量装置分离，之间的RS-485接口形式规范统一，易于分专业管理和施工，对计量装置本身无特殊要求

3. 适应于已经有RS-485接口的电表，不需要对表计进行更换，但要求表箱集中布置。

4. 集中器和采集器之间的本地信道可以自行配对选择宽、窄带载波、本地无线等多种类型。

5. 与全载波形式相比数据完整性和同时性能够保证，有利于线损分析，但相对工程维护量增大

6. 对于全面远程控制和远程预购电方式的实现和支持不够

在实际应用的现场环境复杂，很多情况下一个配变供电台区既有集中布置的计量表箱又有分散独立的计量表箱，在不想大面积更换表计的情况下可将分散的表箱内的电表换成载波表，构成上述典型应用的混合应用模式。如下图。

载波电能表

485电能表

图 29. 混合应用模式

2.4.2.3 宽带载波集中器模式

某一配变台区安装有三相四线制多功能电表一只，200个居民用户安装有RS-485电能表，表计集中安装在10个计量表箱内，1只低压三相一般工商业RS-485表。

图 30. 宽带载波集中器模式

对集中器及采集器设置如下参数：

根据现场情况配置集中器和采集器IP 地址、子网掩码、网关等网络连接信息

配置1只台区总表、201只单三相RS-485表地址信息到集中器

集中器通过RS-485方式定时采集台区总表数据并存储，简易型集中器不进行数据存储和抄收，只有网络通信的路由和地址映射功能。采集总表数据可在总表处安装一台采集器进行。

采集器通过RS-485方式分别定时采集201只RS-485表计信息。

集中器利用宽带电力线载波形成的IP 网络通过TCP/UDP方式定时采集采集器内相关信息并进行存储。对于距离过远或信号较弱的采集器可通过增加硬件中继设备的方式进行抄收。

集中器参数可通过主站下传及本地维护端口（RS232/红外）进行设置。采集器信息可由主站通过集中器进行设置也可通过本地维护端口进行设置。

主站可通过远程信道实时点抄集中器、采集器下任意表计。

本模式采用宽带低压电力线载波组成的IP 以太网络作为本地区域集中的通信信道，拥有采集器环节，电能表自身具备RS-485通信能力，在配变下配置一台集中器（视配电环境而定，可在复杂台区配置多个），实现和宽带载波采集器通信、数据收集集中并远程传输到主站的功能。

宽带采集器通过RS-485方式采集电表数据。本模式下电表本身具备了RS-485通信接口，但又不能构成大的区域集中。利用采集器将RS-485接口连接范围内的电表小集中后，通过本地区域宽带载波信道再连接到集中器，形成一定规模的区域集中统一远程传输到主站。

集中器可分为基础型集中器和简易型集中器，主要区别在于简易型集中器的主要功能是实现主站命令和数据的转发，通信方式和通信协议的转换。本地无时钟及数据存储能力，可以认为是接口转换设备。而基础型集中器不但能够完成上述功能还能够存储所管理的电表数据等多种复杂功能。

简易型集中器的应用模式为实现主站与采集器的直接网络连接，采集器实现集中器本地采集功能，能够与主站前置通信服务器直接通信进行传输。在现场使用简易型集中器方案时采集器上行通信协议应符合DL/T698.41，使用基础型集中器时，采集器与集中器通信，通信协议应符合DL/T698.42。就使用效果而言，简易型集中器相当于通信信道转换装置，采集器能够直接与主站通信，对处理实时性要求较高、巡测周期短的现场非常适用，能够快速将数据全部采集。基础型集中器形成一个数据缓冲区，能够很好的管理现场采集器设备，节约上行通道成本。

基础型集中器上行通信信道可以为光纤专网、GPRS/CDMA方式

简易型集中器上行通信信道为光纤专网

集中器下行信道为宽带低压电力线载波

集中器本地维护端口可为RS-485或红外通信、以太接口

适应范围：

适用于用户表计相对集中安装、用电类型对采集实时性要求较高的环境。 适用于城市小区、楼宇，用户比较集中及配电半径较短的环境。 优缺点：

1. 以配变台区进行集中（一点或多点），不能跨越配变台区。

2. 采集装置和计量装置分离，之间的RS-485接口形式规范统一，易于分专业管理和施工，对计量装置本身无特殊要求

3. 已经有RS-485接口的电表，不需要对表计进行更换，但要求表箱集中布置。

4. 与窄带载波形式相比数据完整性和同时性非常好，有利于线损分析，但相对工程维护量增大

5. 能够对全面远程控制和远程预购电方式、阶梯电价等复杂业务提供非常好的支持，便于实现网络预付费。

宽带载波方式采用IP 网络技术、多载波技术能够有效的保证数据的传输可靠性，实现小区的无盲点覆盖，网络调试通过后可永久在线。

2.4.3 远程多功能电能表

图 31. 远程多功能表与主站通讯示意图

远程多功能表通过GPRS/CDMA无线专网模式与主站进行通讯，自身具备计量、预付费功能，能够接受主站命令控制用户用电负荷。