周 彬

(國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122)

“多表合一”指利用現(xiàn)有電業(yè)用電信息采集系統(tǒng)[1]，將燃?xì)?、自來水銷售企業(yè)、供熱企業(yè)安裝的智能氣、水表、熱力表接入采集系統(tǒng)[2]，實現(xiàn)與電能表同步遠(yuǎn)程采集。上海地區(qū)“多表合一”建設(shè)主要通過加裝無線通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器或通過敷設(shè)M-Bus線將智能氣表、智能水表接入現(xiàn)有采集系統(tǒng)集中器(以下簡稱集中器)、采集器(如圖1所示)。

目前電業(yè)采集系統(tǒng)在遠(yuǎn)程采集電能表數(shù)據(jù)方面已比較成熟，日采集成功率達(dá)99%，而對智能氣、水表的采集剛剛起步進(jìn)入運維階段，日采集成功率不高。在對“多表合一”建設(shè)階段進(jìn)行的初步探討中，文獻(xiàn)[3]介紹了氣、水表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器及實驗室調(diào)試分析手段，文獻(xiàn)[4]討論了在單個小區(qū)中建立孤島運行的三表合抄系統(tǒng)，文獻(xiàn)[5-10]討論了各種“多表合一”通信技術(shù)方案與其利弊，也開始關(guān)注各類氣、水表采集失敗問題。盡管對于電能表遠(yuǎn)程采集的失敗原因分析探討已較多，但這些經(jīng)驗不完全適用于氣、水表的遠(yuǎn)程采集環(huán)境。

本文基于上海市浦東地區(qū)“多表合一”運維與實用化工作實務(wù)，結(jié)合設(shè)備運行數(shù)據(jù)量化對比分析作為手段，歸納針對燃?xì)獗?、水表遠(yuǎn)程采集的各類采集失敗原因。

圖1 上海浦東地區(qū)“多表合一”采集方案架構(gòu)

1 量化比對推斷

通過對每日采集設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)與部分采集獲得數(shù)據(jù)的加工、分析比對，生成對各類采集失敗異常原因的初步推斷，形成一定對應(yīng)關(guān)系，便于后續(xù)的消缺工單合并與派工處理效率的提高。假設(shè)所監(jiān)測氣、水表(以下簡稱表計)都曾采集成功，相應(yīng)統(tǒng)計周期內(nèi)暫未發(fā)生新立戶或銷戶，所使用的量化對比判別式及變量有：

R1x=XNx/FNx

(1)

式中R1x——集中器x的檔案下達(dá)率，%；FNx——集中器x下的計劃氣、水表檔案記錄條數(shù)；XNx——下發(fā)至集中器x內(nèi)的氣、水表檔案記錄條數(shù)。僅當(dāng)計劃內(nèi)氣、水用表計發(fā)生變更時FNx、XNx發(fā)生變化。

(2)

式中S1x——集中器x的采集成功表計數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差；Gxm為集中器x在第m日0點的采集成功表計數(shù)；集中器下n日內(nèi)平均抄通表計數(shù)A=Average(Gxm)，m∈[1，n]。

將式(2)中集中器替換為單個協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可變?yōu)镾1，x，對應(yīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器x的采集成功表計數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。

(3)

M=Max(Gxm)，m∈[1，n]

式中S2x——集中器x采集成功表計數(shù)與統(tǒng)計期n日內(nèi)最大抄通表數(shù)的偏差程度；M——集中器下n日內(nèi)最大抄通表計數(shù)。

將式(3)中集中器替換為單個協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可變?yōu)镾2′x，對應(yīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器x的上述偏差。

r1x=Cxm/HCxm

(4)

式中r1x——協(xié)議轉(zhuǎn)換器x的對照手持抄表終端的采集成功比率，%；Cxm——協(xié)議轉(zhuǎn)換器x成功采集并存儲的第m日0點下屬表計示數(shù)的表數(shù)；HCxm——手持抄表終端成功獲取的協(xié)議轉(zhuǎn)換器x下屬表計m日0點凍結(jié)值的表數(shù)。

r2x=BExm/K

(5)

式中r2x——氣、水表x的通信電池足壓率，%；BExm——第m日采集獲取的表計電池電壓值；K為表計通信必需的電池電壓臨界值。

r3x=Cxm/DNx

(6)

式中r3x——協(xié)議轉(zhuǎn)換器x對下屬表計的采集成功率，%；DNx——集中器內(nèi)存儲的該協(xié)議轉(zhuǎn)換器下的表計檔案數(shù)量。

r4x=PNxm/DNx

(7)

式中r4x——協(xié)議轉(zhuǎn)換器x下屬表計的檔案完整率，%；PNxm——第m日該協(xié)議轉(zhuǎn)換器下的表計檔案數(shù)量。

2 成因分析

根據(jù)上海市浦東地區(qū)的“多表合一”采集運維工作實踐，結(jié)合量化對比指征，去除與電能表采集共有的采集失敗原因，智能氣、水表采集特有的失敗原因可歸結(jié)為四大類：設(shè)備故障異常、方案配置不當(dāng)、信息管理疏漏、安裝工藝不當(dāng)。

2.1 設(shè)備故障異常

在設(shè)備硬件符合供貨標(biāo)準(zhǔn)要求，供貨配送前經(jīng)過系統(tǒng)性檢測的前提下，設(shè)備故障異常一般是在特定通信環(huán)境下或在特定條件下觸發(fā)的運行異常或故障停止工作。設(shè)備故障異常主要包含：集中器異常，協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障，智能氣、水表側(cè)故障異常。

2.1.1智能氣、水表側(cè)故障

與氣、水表遠(yuǎn)程采集用量示數(shù)密切相關(guān)的表計故障主要有兩類。

(1)智能氣、水表時鐘異常，即智能氣、水表自身的電子計時模塊中存儲值異常。該類問題由元器件質(zhì)量造成的概率極小，多是由于智能表計中的時間值被人為錯誤改寫造成。當(dāng)其他便攜式運維抄表終端自身時鐘電池欠壓且未到例行校時周期時，會導(dǎo)致便攜終端自身時鐘錯誤，在抄表時將智能氣、水表時鐘賦值錯誤。每日當(dāng)采集設(shè)備執(zhí)行遠(yuǎn)程抄讀表計日凍結(jié)示值任務(wù)時，這些智能氣、水表的通信模塊時鐘值錯誤，處于省電休眠時段，不對協(xié)議轉(zhuǎn)換器例行抄讀命令做出響應(yīng)。量化比對指征呈現(xiàn)：采集失敗日前r2x>=1；失敗日Cxm=0；r1x<1；

(2)智能氣、水表通信模塊故障。依據(jù)燃?xì)狻⑺畡?wù)企業(yè)對消缺排查結(jié)果的反饋，90%的故障為智能氣、水表內(nèi)通信模塊電源電池欠壓。以上海市浦東地區(qū)的智能氣表為例，其鋰電池電壓為3 V時是其通信模塊正常工作所需的最低電壓，當(dāng)電壓值<2.5 V時，表計無線通信模塊無法通信。部分智能氣表采用無線通信的智能水表運行時間較長，郭方已運行8年以上，氣、水運維人員因用戶拒換或長期無人，表計安裝在戶內(nèi)而無法入戶處理，導(dǎo)致表計無法通信。量化比對指征呈現(xiàn)：采集失敗日前r2x=1；失敗日Cxm=0；r1x=1。

2.1.2集中器異常

此處集中器異常指集中器在正常運行可以抄讀電表的情況下，與抄讀氣、水表相關(guān)的內(nèi)部程序、檔案存儲發(fā)生異常導(dǎo)致無法抄讀氣、水表。

(1)電業(yè)集中器內(nèi)抄讀智能氣、水表的程序不完整。這一般是由于對集中器進(jìn)行遠(yuǎn)程程序升級時，GPRS/CDMA公網(wǎng)信號不穩(wěn)定或受干擾，或遠(yuǎn)程通信模塊故障導(dǎo)致升級程序下載不完整。量化比對指征呈現(xiàn)：Gxm=0。

(2)集中器內(nèi)氣、水表檔案與測量點對應(yīng)關(guān)系錯亂。如集中器內(nèi)氣、水表檔案對應(yīng)的測量點發(fā)生錯位或重復(fù)，或氣、水表檔案發(fā)生缺失致使應(yīng)抄表數(shù)少于實際值，此類原因一般是在遠(yuǎn)程對集中器檔案參數(shù)操作時公網(wǎng)信號不穩(wěn)定或受干擾導(dǎo)致。量化比對指征呈現(xiàn)：r1x≠1。

2.1.3協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障

協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障主要體現(xiàn)在協(xié)議轉(zhuǎn)換器長時間工作后發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，以及協(xié)議轉(zhuǎn)換器外置天線遺失，和協(xié)議轉(zhuǎn)換器內(nèi)表計檔案與集中器內(nèi)表計檔案不一致。

(1)現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換器零星死機(jī)。重啟后無法實時點抄燃?xì)獗?，但轉(zhuǎn)換器內(nèi)記錄集中器訪問時間正常，多為早期供貨的協(xié)議轉(zhuǎn)換器內(nèi)固件程序存在缺陷，導(dǎo)致持續(xù)運行任務(wù)后發(fā)生異常。

(2)部分協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用外置微功率無線天線，該天線伸出采集器保護(hù)盒或表箱外，容易遭受外力破壞。這兩種情況量化比對指征呈現(xiàn)：失敗日Cxm=0。

(3)集中器中氣、水表檔案完整，但協(xié)議轉(zhuǎn)換器內(nèi)缺失檔案，在協(xié)議轉(zhuǎn)換器與采集器之間數(shù)據(jù)傳輸正常的前提下，由于部分中、大型載波臺區(qū)內(nèi)集中器與采集器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器的電氣線路距離較遠(yuǎn)，中間載波信號中繼節(jié)點過少或距離過長，載波信號較弱。在設(shè)備采集任務(wù)較多的情況下，這種載波傳輸環(huán)境影響集中器下發(fā)抄讀報文，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器在設(shè)定周期內(nèi)未接收到報文或未收到完整有效報文，直接造成轉(zhuǎn)換器清除遺留檔案，清除后其存儲單元內(nèi)無下屬氣、水表檔案，使協(xié)議轉(zhuǎn)換器不對下屬氣、水表計進(jìn)行抄讀。同樣，電力線載波通信不穩(wěn)定也會造成協(xié)議轉(zhuǎn)換器抄讀氣、水表成功后無法把抄讀數(shù)據(jù)上傳至集中器。量化比對指征呈現(xiàn)：r4x<1。

2.2 方案配置不當(dāng)

方案配置不當(dāng)指采集設(shè)備的現(xiàn)場安裝位置、本地信道設(shè)置與設(shè)備投用數(shù)量等方面配置不當(dāng)。

(1)采用無線通信方式的協(xié)議轉(zhuǎn)換器的收發(fā)信號效果受到本地?zé)o線通信場強(qiáng)影響，安裝位置的選取與現(xiàn)場物理環(huán)境有密切關(guān)系。協(xié)議轉(zhuǎn)換器典型安裝定位都是處在住宅樓道電表箱內(nèi)或強(qiáng)電井間內(nèi)，部分居民小區(qū)房型特殊，例如單元樓層分布呈現(xiàn)“一”字型、“回”字型樓宇布局，采用典型采集設(shè)備配置方案對于單元樓層中處于信號衰減、屏蔽嚴(yán)重的特定位置的用戶智能表計，采集效果將受到明顯影響，經(jīng)現(xiàn)場實測當(dāng)無線通信信號強(qiáng)度低于60 dBm時，協(xié)議轉(zhuǎn)換器至用戶氣、水表位置信號弱，不具備抄通條件。量化比對指征呈現(xiàn)：采集失敗日前r2x>=1；r1x<1；r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范圍。

(2)在無線通信方案配置上，在同一物理頻段的無線通信信道的無線信號收發(fā)設(shè)備只有使用統(tǒng)一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)時才能通信。目前上海地區(qū)的不同生產(chǎn)批次的智能氣表具備兩種通信協(xié)議，在配置多表合一采集方案時必須考慮采集設(shè)備、表計協(xié)議上的兼容性。此外在采集設(shè)備配置方案上，也應(yīng)在本地數(shù)據(jù)信道、集中器內(nèi)存儲容量上充分考慮裕度，1臺集中器標(biāo)準(zhǔn)配置可以承載1 500個測量點的數(shù)據(jù)存儲，理論上該集中器下只能承載500戶以內(nèi)的電、氣、水皆立戶裝表的用戶，必要時對大型小區(qū)需要配置多臺集中器切割用戶群。量化比對指征呈現(xiàn)：r1x<1；S1x、S2x超出合理范圍。

(3)在本地采集方式配置上，在集中器側(cè)對它至數(shù)據(jù)采集器之間的通信方式進(jìn)行配置時，“電力線載波通信”與“RS-485”總線方式設(shè)置錯誤與實際鏈路屬性不符也將導(dǎo)致本地通信失敗。量化比對指征呈現(xiàn)：Gxm=0。

2.3 信息管理疏漏

在“多表合一”采集范圍內(nèi)的設(shè)備或用戶發(fā)生變更時，信息管理責(zé)任者必須及時將變更的設(shè)備、用戶、表計信息同步至各系統(tǒng)內(nèi)，并及時從用電信息采集系統(tǒng)下發(fā)至現(xiàn)場設(shè)備中，如果設(shè)備信息、用戶檔案、表計檔案不匹配或錯誤，將直接導(dǎo)致采集失敗。

(1)檔案信息交接錯誤。自來水、燃?xì)怃N售企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)對設(shè)備資產(chǎn)編碼方式各異，會造成設(shè)備、表計檔案信息交接時發(fā)生錯誤。例如不同年代不同批次的氣、水表在表號位數(shù)上存在差異，需要約定統(tǒng)一規(guī)則進(jìn)行截取或補(bǔ)充表號地址碼；又例如同一用戶在電、氣、水三方的客戶信息系統(tǒng)中地址登記采用的編排標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致在客戶信息交接時需人工干預(yù)進(jìn)行比對掛接關(guān)聯(lián)，易發(fā)生錯誤關(guān)聯(lián)。量化比對指征呈現(xiàn)：Gxm

表1 某小區(qū)連續(xù)6日的燃?xì)獗碛嫴杉晒?shù)量

(2)程序版本錯誤。采集設(shè)備，如集中器內(nèi)安裝的程序版本不適用于抄收智能氣、水表，僅能抄讀電表。這往往是內(nèi)場操作人員遠(yuǎn)程升級時誤將采集設(shè)備作為普通電業(yè)采集設(shè)備進(jìn)行升級導(dǎo)致。量化比對指征呈現(xiàn)：Gxm=0。

(3)采集范圍內(nèi)用戶檔案與設(shè)備信息更新不及時。由于氣、水銷售企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)的客戶信息系統(tǒng)是分離的，氣、水用戶的變更和表計信息的更新不定期進(jìn)行系統(tǒng)推送。在推送間隔期間，如氣、水表發(fā)生更換后，相應(yīng)表計信息未及時同步至電業(yè)營銷數(shù)據(jù)庫，將導(dǎo)致采集設(shè)備中用戶表計檔案與現(xiàn)場實際情況不匹配，無法采集成功。量化比對指征呈現(xiàn)：Cxm=0或Gxm

(4)信息登記錯誤。以協(xié)議轉(zhuǎn)換器地址碼登記錯誤為主。一般由于歸檔時轉(zhuǎn)換器地址碼登記錯誤歸檔，這一般是建設(shè)、運維檔案登記疏漏造成，導(dǎo)致部分表計采集不穩(wěn)定或無法抄通。量化比對指征呈現(xiàn)：Cxm=0或r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范圍。

2.4 作業(yè)工藝不佳

作業(yè)工藝不佳主要由施工方責(zé)任心不強(qiáng)或技能素質(zhì)低下造成，涵蓋電源線的引取、各類端子接頭的接觸以及通信布線的質(zhì)量等方面。安裝工藝方面“多表合一”采集異于普通電表采集的方面是，當(dāng)智能水表采用M-Bus有線通信方式時，M-Bus走線距離較長且需要深入用戶戶內(nèi)水表安裝處，敷設(shè)過程中易造成斷線與短路使線路通信中斷或異常。量化比對指征呈現(xiàn)：Cxm=0或S1x、S2x超出合理范圍。

3 典型實例

上海市浦東地區(qū)某小區(qū)已實現(xiàn)“多表合一”，小區(qū)含3個配電網(wǎng)臺區(qū)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過電力線窄帶載波接入采集設(shè)備，以微功率無線方式連接智能氣表，在n-1日該小區(qū)燃?xì)獗聿杉晒β实^大，以2018年6月中連續(xù)6日的燃?xì)獗碛嫴杉瘮?shù)據(jù)(見表1)為例分析采集失敗異常。

對于集中器3xxxx23866，第n-1日Gxm=0，根據(jù)量化對比指征存在集中器端設(shè)備故障異常。經(jīng)過進(jìn)一步排查，發(fā)現(xiàn)n-2日的日間曾對該集中器遠(yuǎn)程升級，目前召測無響應(yīng)，現(xiàn)場排查后查實為升級程序下載不全設(shè)備死機(jī)，重啟現(xiàn)場升級后恢復(fù)在線。該集中器n-1日前S1=4.796，S2=6.892，表明存在其他原因?qū)е虏杉晒?shù)有小幅波動，需后續(xù)進(jìn)一步監(jiān)測排查。

集中器3xxxx24141持續(xù)抄通不穩(wěn)定，統(tǒng)計期S1=2.483，S2=4.743，表明該氣表下抄通有輕微波動，但與最高抄通情形比有一定偏差，第n日中部分協(xié)議轉(zhuǎn)換器r3<1，且與燃?xì)馓峁┏頂?shù)據(jù)對比r1<1，以協(xié)議轉(zhuǎn)化器xxxxxxx67198為例(見表2)，r1=0，失敗日Cxm=0，經(jīng)現(xiàn)場核查后發(fā)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障；對于xxxxxxx67292、xxxxxxx67684等協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步分析其S1′、S2′后發(fā)現(xiàn)其下特定表計抄通不穩(wěn)定：15、23號單元的01室戶型處于樓道末端，與強(qiáng)電井間內(nèi)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器距離較遠(yuǎn)，信號衰減大，屬于方案配置不當(dāng)。將通過安裝信號放大中繼設(shè)備解決。后續(xù)需進(jìn)一步監(jiān)測排查。

集中器3xxxx24088下自n-3日開始3塊氣表恒定失敗，且Cxm<6(該小區(qū)協(xié)議轉(zhuǎn)換器下默認(rèn)配置檔案數(shù)量)，經(jīng)核實原因為3塊氣表被燃?xì)怃N售企業(yè)例行更換，檔案信息未及時同步至電業(yè)用采系統(tǒng)。

表2 第n日部分失敗氣表用戶清單

4 結(jié)語

在“多表合一”小區(qū)已完成批量建設(shè)并轉(zhuǎn)入常態(tài)化運維的背景下，通過“多表合一”各參與方需在以下三方面形成處理模式。

(1)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上，以電業(yè)抄表頻次為基準(zhǔn)增加了水、氣表的抄表頻次，對無線表計鋰電池壽命的影響必須降低[6]，以降低設(shè)備通信故障數(shù)量；氣、水銷售企業(yè)設(shè)備在通信協(xié)議升級換代中的互聯(lián)互通問題必須克服[8]，以簡化通信方案配置復(fù)雜度。

(2)資源投入上，氣、水銷售企業(yè)需要加大投入力度以增加智能表計占比并完善智能表計資產(chǎn)全生命周期管理能力[11]，議定“多表合一”運維成本的分?jǐn)偧跋嚓P(guān)抄表訴求的責(zé)任劃分[11]。

(3)信息共享上，三方用戶檔案信息交互機(jī)制及采集數(shù)據(jù)的長期共享機(jī)制還未形成，運維過程中的不同組織間流程銜接機(jī)制也還未制定[12]，未來信息層面的增值服務(wù)的利益分配方案也需協(xié)商[13]，以提升組織間業(yè)務(wù)信息交互的準(zhǔn)確性、及時性和業(yè)務(wù)流程的連貫性，進(jìn)而減少信息管理、現(xiàn)場作業(yè)水平上的問題。