(1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司計量中心，廣西 南寧 530023；2.南寧百會藥業(yè)集團有限公司，廣西 南寧 530003)

0 引 言

為響應(yīng)南方電網(wǎng)公司“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃對計量信息安全防護體系的建設(shè)要求[1]，廣西電網(wǎng)正大力推進費控電能表和低壓集抄終端100%覆蓋的“兩覆蓋”工作。隨著廣西省集中計量主站的建設(shè)和費控電能表的推廣使用，廣西電網(wǎng)存在現(xiàn)場安裝的計量設(shè)備的通訊協(xié)議和技術(shù)要求不統(tǒng)一，現(xiàn)行的電能表和低壓集抄系列技術(shù)規(guī)范通信協(xié)議費控控制功能定義不明確的問題[2]。為保障廣西電網(wǎng)公司計量自動化系統(tǒng)遠程費控功能模塊的正常應(yīng)用，針對不同類型的電能表和計量終端模擬現(xiàn)場條件組織開展了遠程拉合閘功能測試試驗；針對不同儀表設(shè)備組合給出可行的遠程控制方案，并結(jié)合通訊報文分析了試驗中拉合閘失敗案例的原因，為各地計量自動化系統(tǒng)遠程費控功能開發(fā)提供經(jīng)驗。

1 廣西電能表遠程控制現(xiàn)狀

目前廣西電網(wǎng)在用的支持遠程拉合閘的電能表通訊規(guī)約類型包括：1)符合南方電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的費控電能表(簡稱南網(wǎng)費控表)，采用07規(guī)約帶南網(wǎng)規(guī)范ESAM安全模塊，其大多數(shù)的參數(shù)修改和遠程控制過程需通過密文+MAC的方式進行數(shù)據(jù)的傳輸和驗證，需經(jīng)過密碼機進行拉合閘[3]。2)符合南方電網(wǎng)規(guī)范的DL/T 645-2007規(guī)約普通電子式電能表(簡稱南網(wǎng)07表)[4]，不帶安全模。廣西電網(wǎng)在南網(wǎng)規(guī)范的基礎(chǔ)上結(jié)合大用戶“先購電再用電”的需求制定了預(yù)付費電能表的技術(shù)規(guī)范，其遠程拉合閘的機制與南網(wǎng)07表一致[5]。3)符合廣西電網(wǎng)公司電子式電能表通信規(guī)約的電能表(簡稱廣西97表)，該規(guī)約是在DL/T 645-1997規(guī)約基礎(chǔ)上擴展而來，為廣西特有，不帶安全模塊。

廣西常見終端規(guī)約類型包括：1)符合南網(wǎng)規(guī)范的計量終端(簡稱南網(wǎng)終端)，采用南網(wǎng)2013版上行通信規(guī)約，支持寫控制參數(shù)和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式對電表進行遠程控制[6]。2)符合廣西電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的計量終端(簡稱廣西終端)，采用2008年廣西地方自行發(fā)布施行的計量終端上行數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，大部分可通過遠程通斷電控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式對電表進行拉合閘；但由于廣西2017年省集中計量主站建設(shè)之前，舊主站一直采用控制命令方式，因此部分終端在驗收時未對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能做強制要求。

由于上述多種上行通訊協(xié)議的計量終端和下行協(xié)議的電能表同時接入計量系統(tǒng)使用，不同設(shè)備不同協(xié)議的配合在通訊應(yīng)用時缺乏完整有效的組合控制方案，無法保證拉合閘功能的實現(xiàn)，給新計量主站的遠程費控功能開發(fā)帶來困難。

2 計量終端與電表的控制方案

廣西常見計量終端與電能表的6種控制組合見表1?？刂品桨傅倪x擇需考慮電能表和計量終端通訊協(xié)議的兼容性、升級改造的成本和對費控安全防護體系的硬件需求等方面。

如表1所示，對于南網(wǎng)費控表，由于目前計量終端缺少安全模塊的型式定義，故無法安裝安全模塊與費控密碼機交互實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的加密和解密，故只能通過計量主站連接加密機，以中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行遠程控制。廣西上行通信規(guī)約的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與南網(wǎng)規(guī)約對中繼轉(zhuǎn)發(fā)命令的功能定義大體相同，區(qū)別僅在于廣西規(guī)約未對中繼類型進行區(qū)分。但由于第1節(jié)所述的歷史管理問題，部分廣西終端不支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，由于這部分終端在現(xiàn)場廣泛使用，現(xiàn)場升級人力成本高，故廣西終端常采用遠程升級方式，常見方式有兩種：方案A為搭建升級專用臨時服務(wù)器，修改終端IP地址，連接該服務(wù)器，服務(wù)器升級程序遠程發(fā)送升級包進行升級；方案B為計量主站新建一個專用升級TCP端口并在原應(yīng)用服務(wù)器上部署升級程序，利用原來的上行鏈路進行升級。由于方案B對主站服務(wù)器存在信息安全風(fēng)險，需經(jīng)電網(wǎng)公司嚴格審核，故常選擇方案A。

表1 計量終端與電表的控制方案

對南網(wǎng)07表，根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，理論上南網(wǎng)終端和廣西終端均支持通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)/中繼轉(zhuǎn)發(fā)和控制命令方式進行遠程控制。廣西上行通信規(guī)約的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能與南網(wǎng)規(guī)約的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的定義大體相同，區(qū)別僅在于廣西規(guī)約未對中繼類型進行區(qū)分。與廣西規(guī)約的通斷電控制命令不同，南網(wǎng)規(guī)約的控制命令是以寫測量點控制參數(shù)的方式實現(xiàn)的，且補充了測量點和測量點地址匹配驗證的功能和控制有效時間的定義。但通過方案A升級終端需到現(xiàn)場修改終端IP，廣西部分終端安裝在偏遠山區(qū)，給升級帶來困難，目前部分終端存在未及時升級的情況，故廣西終端控制南網(wǎng)07表以及廣西97表，推薦優(yōu)先采用通斷電控制命令方式。

廣西97表主要應(yīng)用于國家發(fā)改委2008年DL/T645-2007電能表通信規(guī)約實施之前，廣西電網(wǎng)根據(jù)應(yīng)用需求對DL/T 645 -1997規(guī)約進行增補，自行定義了通斷電控制機制，且對密碼權(quán)限等級沒有明確定義，需向電表資產(chǎn)管理方確認控制權(quán)限密碼等級和密碼。且其拉合閘機制與其他電能表不同(見圖1)，拉合閘時遵循“先告警后控制”機制[7]，即需先對電表下發(fā)產(chǎn)生/解除斷電控制告警命令，然后電能表才能響應(yīng)拉合閘命令。如表1，由于南網(wǎng)終端規(guī)范主要針對南網(wǎng)通用表型制定，未考慮對廣西97表規(guī)約控制機制的兼容性，故南網(wǎng)終端目前不支持對廣西97表的寫參數(shù)控制方式，只能通過中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式實現(xiàn)拉合閘。此外，與南網(wǎng)規(guī)范的電能表相比，廣西終端上行規(guī)約的通斷電命令方式有延時控制參數(shù)定義，故廣西終端對廣西97表可實現(xiàn)延時拉閘；但廣西97表的技術(shù)規(guī)范中無拉閘延時參數(shù)定義，南網(wǎng)終端上行規(guī)約的寫控制參數(shù)方式無延時控制參數(shù)定義，故南網(wǎng)終端對廣西97表目前無法實現(xiàn)延時拉閘。

圖1 3種類型電表的拉合閘流程

如圖1，上述3種類型電能表的遠程拉合閘流程為：首先由計量自動化系統(tǒng)主站核對用戶檔案無誤且電能表的用電信息數(shù)據(jù)能正常采集，然后對不同類型的電表采取不同的拉合閘控制方式。

1)南網(wǎng)費控表：拉閘時首先經(jīng)計量主站連接密碼機獲取密鑰更新數(shù)據(jù)和隨機數(shù)，然后以中繼命令的方式對電能表下發(fā)遠程身份認證指令；電能表內(nèi)的安全模塊對該隨機數(shù)進行加密，并與主站的加密結(jié)果進行密文匹配認證，若身份認證通過，則更新密鑰并返回認證信息；接著由主站下發(fā)控制命令，電表執(zhí)行相應(yīng)動作。此外，當終端收到主站的遠程控制命令后，若目標電表具備拉合閘功能，集中器將立即向主站正常應(yīng)答，而不必考慮受控電能表是否已經(jīng)真正動作。若目標電能表不具備拉合閘功能，集中器應(yīng)向主站返回異常應(yīng)答。接著，在控制生效時間內(nèi)，終端將下發(fā)相應(yīng)的下行控制命令給目標電表，并持續(xù)檢測目標電能表的控制狀態(tài)，若控制執(zhí)行成功，電能表將更改電能表狀態(tài)字3的繼電器狀態(tài)位；若控制失敗，電能表將形成“開關(guān)誤動作”事件，終端產(chǎn)生“電能表拉合閘失敗”告警?？梢姡髡鞠掳l(fā)控制命令后，終端回復(fù)確認應(yīng)答，并不一定說明電能表已經(jīng)成功拉合閘，可參考電能表狀態(tài)字和終端告警數(shù)據(jù)確定該狀態(tài)，最穩(wěn)妥的做法是去現(xiàn)場確認電能表外置負荷開關(guān)或內(nèi)置繼電器的狀態(tài)。

2)南網(wǎng)07表：在南方電網(wǎng)2016年費控表正式推廣前應(yīng)用較廣，它支持6位密碼口令防護，密碼分二級管理，出廠默認密碼統(tǒng)一為000000，但各地根據(jù)管理需求可能會更改密碼，拉合閘前需向資產(chǎn)管理方確認03級控制權(quán)限密碼，它支持主站的寫控制參數(shù)命令和中繼轉(zhuǎn)發(fā)下行控制命令兩種遠程控制方式。

3)廣西97表：它對密碼權(quán)限等級沒有明確定義，需向資產(chǎn)管理方確認控制權(quán)限密碼等級和密碼?？刂茩C制為“先告警后控制”機制。

3 案例分析

3.1 拉合閘設(shè)備配合情況測試

為研究不同廠家設(shè)備通信的兼容性，對3個不同電能表通信模塊和集中器廠家組合的拉合閘配合情況進行測試，測試地點為某城市居民試點小區(qū)，集中器上行通過移動4G信號與主站通信，下行通過載波方式與電能表通信。將3個廠家的集中器分別與3個廠家的載波通訊模塊兩兩組合進行拉合閘測試，反復(fù)操作100次，記錄從命令下發(fā)到電能表拉/合閘動作的時間，計算每種組合的平均拉閘時間如圖2所示，同時可見：1)集中器并不能支持所有類型的載波模塊，即不能實現(xiàn)所有廠家的互聯(lián)互通，如組合3，即威勝電氣南網(wǎng)規(guī)約集中器不識別深圳陽光智慧SG3000型載波模塊，原因是集中器不兼容國網(wǎng)1376.2載波協(xié)議的通信模塊，從而無法通信。2)大部分集中器的拉閘平均時間集中在8～16 s范圍內(nèi)，可見該拉閘時間范圍可代表該條件下的正?？刂祈憫?yīng)時間。從整體上看，南網(wǎng)規(guī)約集中器拉閘響應(yīng)速度比廣西規(guī)約集中器快，但差別不大。3)組合2(中電華瑞集中器+陽光智慧載波通訊模塊)的平均拉閘時間超過16 s，原因是這兩個廠家的設(shè)備載波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)匹配性較差[8]，通訊延時較長，建議通過磨合優(yōu)化組網(wǎng)交互流程。

圖2 集中器拉閘響應(yīng)時間比較

3.2 遠程控制異常問題分析

在對計量主站遠程控制功能的通訊規(guī)約進行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)的常見異常問題如下：

1)主站下發(fā)抄讀電能表運行狀態(tài)字3后，發(fā)現(xiàn)終端返回的數(shù)值為FFFF，即不支持該數(shù)據(jù)項，報文如圖3所示。根據(jù)南網(wǎng)2013上行規(guī)約，應(yīng)用層功能碼AFN分類定義了16種類型的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用功能，AFN=0AH表示讀參數(shù)(H表示0A為16進制數(shù)據(jù))，AFN=0CH表示讀當前數(shù)據(jù)。電能表運行狀態(tài)字應(yīng)屬于測量點當前數(shù)據(jù)，AFN應(yīng)為0CH，圖中錯誤的報文是主站通訊規(guī)約研發(fā)人員對規(guī)范理解有誤，認為電能表狀態(tài)字3屬于測量點參數(shù)造成的。

2)對某批南網(wǎng)費控表(單相表，內(nèi)置負荷開關(guān))進行拉合閘測試時發(fā)現(xiàn)存在負荷開關(guān)誤動作事件記錄異常的問題。根據(jù)南網(wǎng)2017年8月對費控電能表拉合閘控制的要求“電能能表拉閘動作時，若第一次檢測結(jié)果為斷路器成功拉閘，電能表持續(xù)檢測，如檢測到斷路器誤動或拒動，上報并做負荷開關(guān)誤動作事件記錄”。由于電能表只能存儲最近10次事件，為避免事件重復(fù)生成擠占電能表存儲空間[9]，要求電能表“在合閘動作前只記錄1次”。

為測試電能表能否滿足上述要求，測試方法如表2，電能表在合閘后首先第1次下發(fā)拉閘命令，成功收到命令后電能表運行狀態(tài)字3中的繼電器命令狀態(tài)位bRC變?yōu)?，然后短接電能表的強電1和2端子(電流L和N端子)，由于此時內(nèi)置開關(guān)的費控電能表繼電器狀態(tài)檢測回路檢測到費控表的電流回路狀態(tài)為通，從而誤認為沒有拉閘成功，將繼電器狀態(tài)位bR置0，當bRC≠bR時產(chǎn)生負荷開關(guān)誤動作事件，事件中記錄了負荷開關(guān)誤動作總次數(shù)、發(fā)生時刻、結(jié)束時刻等。通過這種方式模擬電能表拉閘失敗，此時生成1次負荷開關(guān)誤動作事件，然后再重復(fù)模擬電能表拉閘失敗2次，檢查電能表記錄情況。測試發(fā)現(xiàn)該功能異常的廠家隨著模擬操作次數(shù)的增加不斷形成開關(guān)誤動作事件，負荷開關(guān)誤動作總次數(shù)不斷增加，從1次增加到3次。而正常廠家的誤動作總次數(shù)在第1次事件后記錄1次，然后在下一次合閘前保持不變。合閘后再進行第2次拉閘，重復(fù)上述事件模擬，情況依舊。異常廠家與正常廠家的電能表運行狀態(tài)字3變化測試情況見表2。

表2 負荷開關(guān)誤動作事件測試結(jié)果

3)南網(wǎng)規(guī)約的集中器對廣西97表拉合閘失敗的問題。如圖4，根據(jù)廣西電能表規(guī)約要求，電能表進行拉閘，即斷電控制時應(yīng)先產(chǎn)生斷電控制報警(數(shù)據(jù)區(qū)控制參數(shù)為6D F3)，再進行拉閘操作(數(shù)據(jù)區(qū)控制參數(shù)為6F F3)，此時電能表返回正常應(yīng)答幀(控制碼C=84H)。合閘時應(yīng)先清除斷電控制報警(數(shù)據(jù)區(qū)控制參數(shù)為6E F3)，再進行通電控制，即合閘操作(數(shù)據(jù)區(qū)控制參數(shù)為70 F3)。圖4的異常報文未產(chǎn)生斷電控制報警就直接進行拉閘操作，故電能表回復(fù)異常應(yīng)答幀(控制碼C=C4H)，故拉閘失敗。

4)南網(wǎng)上行規(guī)約集中器對南網(wǎng)費控表拉合閘失敗的問題。根據(jù)南網(wǎng)技術(shù)要求，南網(wǎng)費控表拉合閘采用密文方式，但由于南網(wǎng)計量終端目前未有配置安全模塊的技術(shù)要求，故計量終端目前無法進行密鑰更新，從而無法通過身份認證和生成密文，故無法實現(xiàn)通過寫控制參數(shù)的方式拉合閘。圖5中案例的異常報文以明文組成寫拉閘控制參數(shù)的方式對電表進行遠程拉閘控制(信息體數(shù)據(jù)標識編碼FN=E0001100)，終端此時雖然回復(fù)確認幀(錯誤碼=00)，這里僅表示終端收到了正確格式的報文，但電能表實際沒有拉閘成功，因為此時終端下發(fā)給電能表的是明文方式的拉閘命令，此時返回異常應(yīng)答幀(錯誤碼ERR = 37H)，對應(yīng)的錯誤原因是未授權(quán)操作。根據(jù)表1，正確的方式應(yīng)為中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式且需先進行身份認證。此外，根據(jù)南網(wǎng)發(fā)布的費控電能表系列技術(shù)標準答疑，費控表可通過明文合閘，此時應(yīng)對應(yīng)采用03級控制密碼。

4 結(jié) 語

隨著廣西電網(wǎng)計量自動化“兩覆蓋”和計量信息安全防護體系建設(shè)的深入，通訊協(xié)議多元化計量設(shè)備的接入將對計量系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮帶來新的問題。前面分析了廣西電網(wǎng)常見的電能表和計量終端遠程控制通信協(xié)議的特點，并給出了推薦控制方案和流程。接著通過實例分析了不同通信模塊和集中器廠家組合的拉閘平均響應(yīng)時間的差異特點，最后對開關(guān)誤動作事件異常、拉合閘機制不匹配、安全認證失敗等異常問題進行了通訊報文的實例分析?？梢姡挥刑岣哌\維人員的規(guī)約解析能力和故障分析水平，準確識別和處理故障，才能確保用戶的正常用電。