劉麗丹

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建福州，350003）

0 引言

用電信息釆集系統(tǒng)是電力系統(tǒng)營銷管理體系中的重要環(huán)節(jié)，也是該體系中關(guān)鍵的自動化系統(tǒng)部分，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測用電用戶的實(shí)時(shí)用電情況。其主要功能包括：電力數(shù)據(jù)的自動釆集、數(shù)據(jù)計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)在線監(jiān)測以及電力質(zhì)量的在線管控等。依據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成劃分，用電信息釆集系統(tǒng)主要由主站系統(tǒng)、終端設(shè)備、電能表以及通信系統(tǒng)構(gòu)成。主站系統(tǒng)是集“集抄系統(tǒng)、負(fù)控系統(tǒng)、配變檢測系統(tǒng)”于一體的，滿足“全覆蓋、全釆集、全預(yù)付費(fèi)”功能需求的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備包括集中器、釆集器、移動作業(yè)終端、智能電能表（變電站關(guān)口表、臺區(qū)表和居民用戶）等設(shè)備。電力公司作為資產(chǎn)密集型企業(yè)，電能計(jì)量裝置數(shù)量巨大，電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性是電力企業(yè)和用戶建立信任關(guān)系的關(guān)鍵。針對設(shè)備運(yùn)行中存在的大部分故障問題，設(shè)計(jì)出故障自動識別、異常主動上報(bào)，從而大大降低人工排除故障，縮短作業(yè)人員故障排除時(shí)間，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效運(yùn)作。有助于供電公司提升用電管理的自動化水平、降低運(yùn)營成本、提高供電服務(wù)質(zhì)量。

1 研究現(xiàn)狀

電力信息采集系統(tǒng)也是智能電網(wǎng)建設(shè)的一部分，它為智能電網(wǎng)建設(shè)提供了基礎(chǔ)技術(shù)支持。經(jīng)過多年建設(shè)電力信息采集系統(tǒng)以逐步完善，采集工作的核心已由建設(shè)階段轉(zhuǎn)為運(yùn)維管理階段。由于在建設(shè)過程中運(yùn)用了大量先進(jìn)科技及設(shè)備，其內(nèi)部系統(tǒng)較多、組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障種類不一、這給運(yùn)維工作帶來了很大難度，所以這對故障及時(shí)、準(zhǔn)確的診斷提出了更高的要求。目前運(yùn)維人員主要是設(shè)備廠家人員、供電部門日常維護(hù)人員、運(yùn)維服務(wù)廠家等，這些運(yùn)維人員水平層次不齊造成運(yùn)維工作效率較差，加之傳統(tǒng)的運(yùn)維工作主要以作業(yè)指導(dǎo)、查閱資料、工作手冊指導(dǎo)等方式進(jìn)行，還有很多地區(qū)采取依靠運(yùn)維工作人員工作經(jīng)驗(yàn)方法推斷設(shè)備故障問題，但這些方法效率較低，難以準(zhǔn)確、快速的找出故障，已經(jīng)跟不上與日俱增的運(yùn)維工作量。截止至目前智能電表及用電信息采集覆蓋率均超過99%，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化自診斷和主動上報(bào)機(jī)制等高級應(yīng)用提供了可能，根據(jù)長期采集運(yùn)維工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)采集運(yùn)維現(xiàn)場遇到常見故障問題及處理方法，結(jié)合作為現(xiàn)場運(yùn)維工作應(yīng)具有的使用方便性，全面提高采集運(yùn)維效率。

2 需求分析

“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”是用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，隨著用電管理水平的不斷提高。電力市場的快速發(fā)展要求電能計(jì)量工作必須提高合理水平，保證計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠，而這一切都是必須要依靠科技的進(jìn)步和發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前電力用戶用電佗息采集系統(tǒng)己進(jìn)入不斷完善、深化應(yīng)用的階段，為生產(chǎn)、營銷等專業(yè)相關(guān)部門提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，加強(qiáng)故障排除是系統(tǒng)可靠運(yùn)行和高效采集的重要保障。近年來，隨著計(jì)量業(yè)務(wù)的深化應(yīng)用，如不能及時(shí)判斷現(xiàn)場存在的故障類型并消除故障，造成系統(tǒng)無法正常采集數(shù)據(jù)，將直接影響到采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用，因此提升現(xiàn)場運(yùn)維工作的質(zhì)量和效率十分重要。解決底層計(jì)量、采集設(shè)備的故障問題，將有效提高電力公司采集質(zhì)量，減少電力資源的浪費(fèi)，改變以往的人工排除故障問題，從根本上解決故障種類復(fù)雜多樣，故障分析定位困難、現(xiàn)場處理結(jié)果驗(yàn)證缺乏有效快速手段等現(xiàn)象以及缺乏有效的作業(yè)規(guī)范、工作效率低下等缺點(diǎn)。基于以上問題，為保證數(shù)據(jù)采集的完整性和成功率，須將采集終端、電能表、新型現(xiàn)場作業(yè)終端、通信模塊等設(shè)備作為整體來考慮。通過電能表故障事件主動上報(bào)，由集中器上傳至主站，主站再將故障原因，發(fā)送至維護(hù)人員手持現(xiàn)場作業(yè)終端。維護(hù)人員可根據(jù)信息，定位至表計(jì)位置，對現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備的調(diào)試、消缺、維護(hù)，現(xiàn)場作業(yè)終端內(nèi)嵌安全單元，還結(jié)合采集故障識別模塊、計(jì)量故障識別模塊、超高頻RFTD讀寫模塊、現(xiàn)場打印模塊使用，輔助現(xiàn)場人員進(jìn)行安全、規(guī)范、高效的現(xiàn)場作業(yè)。按照作業(yè)指導(dǎo)進(jìn)行操作，全面提高采集運(yùn)維效率。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)狀，目前存在用電信息采集系統(tǒng)故障維護(hù)的工作流程及審批流程，從而建立標(biāo)準(zhǔn)化的抄表作業(yè)機(jī)制。根據(jù)電能表、通信單元、集中器、采集器、現(xiàn)場計(jì)量作業(yè)終端構(gòu)成完整故障上報(bào)的處理方式和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約的建設(shè)與應(yīng)用。

采集終端、電能表、HPLC通信單元、主站系統(tǒng)等因素組成，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)連接用電采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)抄表與收費(fèi)工作的系統(tǒng)化與一體化。數(shù)據(jù)的通訊方式包括上行數(shù)據(jù)通信、下行數(shù)據(jù)通信。主站和集中器之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信稱為上行數(shù)據(jù)通信，主要的通信介質(zhì)是電話、專線或者是無線，即在集中器端與主站端之間設(shè)置適用性強(qiáng)的通信設(shè)備，并使設(shè)備與主站計(jì)算機(jī)相連，具體連接在計(jì)算機(jī)的并口、串口或者USB接口處。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)的高速性，可使多個接口共同工作，由主站軟件對接口的實(shí)際工作情況進(jìn)行合理判斷。采集器和集中器之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信稱為下行數(shù)據(jù)通信。主要的通信方式有電力線載波與485總線?；谕ㄐ欧绞降牟町?，采集模塊與集中器、主站與集中器之間的具體通訊規(guī)約也呈現(xiàn)出多樣性。集中器的具體類型可通過主站軟件進(jìn)行智能化判斷，并且需要在正確通訊規(guī)約的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。

通信規(guī)約的配置必須采用不用的配置方式，在不同型號產(chǎn)品的利用下，通信規(guī)約也具有差異性。簡言之，在數(shù)據(jù)通信方式中選擇了某型號的產(chǎn)品則需對該型號產(chǎn)品進(jìn)行通信規(guī)約的添加。通信規(guī)約的具體選擇是：對數(shù)據(jù)傳輸類型、規(guī)約類型進(jìn)行明確定義，在通信完成連接以后，需要對數(shù)據(jù)傳輸類型、規(guī)約類型選擇動態(tài)連接庫，并選擇合適的抄表功能函數(shù)。

為了滿足用戶的通信需求、電能表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被更為廣泛的運(yùn)用。該系統(tǒng)在硬件設(shè)置、軟件探究中始終堅(jiān)持功能獨(dú)立、結(jié)構(gòu)開放的原則。系統(tǒng)根據(jù)用戶提出的應(yīng)用要求、通信方式等將電能表內(nèi)部的模塊進(jìn)行智能組合，并且自動設(shè)定硬件參數(shù)，便于用戶的方便、簡單操作。電能表的應(yīng)用不僅能夠準(zhǔn)確、高效的進(jìn)行電能表數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)精算，同時(shí)降低相關(guān)人員的勞動難度與強(qiáng)度，使用戶的多種效益得到提升。

3.2 基本架構(gòu)

電力線寬帶載波通信是指利用電力線作為通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)，它是將所要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)調(diào)制在適于電力線介質(zhì)傳輸?shù)母哳l載波信號上，并沿電力線傳輸，接收端通過解調(diào)載波信號來恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。由集中器、采集器、載波電能表組成，如圖1所示。主要研究內(nèi)容如下：

圖1 基本結(jié)構(gòu)框架圖

(1)研究電表常見故障的自動診斷技術(shù)

電能表生成4級記錄事件（過流、開表蓋、恒定磁場干擾、電能表清零等事件記錄），按照設(shè)置的主動上報(bào)模式字進(jìn)行主動上報(bào)；終端和主站召讀事件時(shí)應(yīng)答。電能表模塊抄讀電能表主動上報(bào)狀態(tài)字并發(fā)送給終端，終端收到狀態(tài)字后向電能表發(fā)確認(rèn)命令，復(fù)位主動上報(bào)狀態(tài)字，電能表對應(yīng)狀態(tài)字事件標(biāo)識位清零，若主動上報(bào)狀態(tài)字各標(biāo)識位均為0，EventOut輸出低電平。終端根據(jù)狀態(tài)字事件標(biāo)識位、事件次數(shù)采集電能表相應(yīng)事件記錄上報(bào)主站。

(2)研究采集設(shè)備故障的主動上報(bào)技術(shù)

采集終端實(shí)現(xiàn)電能表事件透明上報(bào)、電能表數(shù)據(jù)分級采集、采集終端事件分級上報(bào)。采集終端通過“電能表數(shù)據(jù)分級歸類參數(shù)”將電能表測量點(diǎn)歸類，通過“電能表數(shù)據(jù)分級參數(shù)”設(shè)置每一類電能表對事件的分級。采集終端在事件分類存儲、召測和刪除的基礎(chǔ)上 采集終端事件分級，其中主動上報(bào)由采集終端發(fā)起，固定周期召測和按需召測由主站發(fā)起。主站召測終端事件之后，通過刪除命令刪除相應(yīng)的事件，以保證采集終端中存儲的非主動上報(bào)事件未受到主站召測。

(3)研究通信模塊在故障自動診斷方面的應(yīng)用

HPLC通信單元按照協(xié)議文件傳輸數(shù)據(jù)，在無人工干預(yù)情況下，自動管理下屬節(jié)點(diǎn)的中繼路由關(guān)系。當(dāng)路由中的某個中繼節(jié)點(diǎn)拆除或故障后，系統(tǒng)能夠立即自動找到一條新路由；當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入到系統(tǒng)中之后，也能夠立即建立新路由。通信單元需具備載波偵聽和沖突避讓功能。電能表載波通信單元應(yīng)具備電能表停上電主動上報(bào)功能，停電后依靠本身超級電容供電將停電信息主動上報(bào)；上電后將上電信息主動上報(bào)。集中器本地通信單元能收集電能表停上電主動上報(bào)事件并上報(bào)主站。電能表載波通信單元應(yīng)具備以集中器接線為準(zhǔn)的相位識別功能。申請具體任務(wù)后，無論抄讀成功或失敗，模塊應(yīng)在最長不超過5分鐘內(nèi)回復(fù)集中器。同時(shí)電能表載波通信單元需具備異常事件上報(bào)功能。

(4）通過大數(shù)據(jù)異常檢測技術(shù)

運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，基于異常判定規(guī)則對電量異常進(jìn)行識別判斷。日電量基于抄表日抄讀數(shù)據(jù)換算而來，電費(fèi)基于日電量根據(jù)各費(fèi)率換算。由于抄表日示數(shù)是累加值，電費(fèi)受多費(fèi)率各電價(jià)等其他因素影響，日電量數(shù)據(jù)可觀測程度更高，異常檢測更加容易。通過現(xiàn)有的HPLC智能表，實(shí)現(xiàn)表后電流的分鐘級監(jiān)控，通過智能開關(guān)、表后智能微型斷路器，結(jié)合總開關(guān)和分開關(guān)跳合閘和停上電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)從分路開關(guān)到用戶戶內(nèi)開關(guān)各級停電故障的研判，能夠準(zhǔn)確定位故障位置并明確跳閘原因（比如用戶欠費(fèi)停電、電能表故障停電、各分支開關(guān)停電等），為低壓故障搶修效率和主動服務(wù)能力提升提供支撐。

(5）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決故障定位問題

許多電氣故障要借助各種儀器儀表，對故障設(shè)備的電參數(shù)如電壓、電流、頻率等進(jìn)行測量，以確定故障部位。應(yīng)用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托現(xiàn)有HPLC智能表，實(shí)現(xiàn)表后電流分級監(jiān)控；依靠智能開關(guān)和表后智能微型斷路器，根據(jù)各級開關(guān)跳合閘及停上電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全臺區(qū)從分路開關(guān)到用戶戶內(nèi)開關(guān)各級停電故障研判，精準(zhǔn)定位故障位置并確定跳閘原因，為低壓故障搶修效率和主動服務(wù)能力提升提供支撐。

4 實(shí)現(xiàn)方案

電能表可以通過通信單元將異常事件上報(bào)至集中器的功能，HPLC表計(jì)端的STA及采集器通信單元，通過工頻過零信號的變化情況，判斷工頻電源的故障事件。載波從通信單元將故障事件的發(fā)起節(jié)點(diǎn)信息通過廣播的方式，傳輸?shù)郊衅鱾?cè)的載波主節(jié)點(diǎn)中，載波主節(jié)點(diǎn)將故障事件上報(bào)給集中器。集中器接收HPLC本地網(wǎng)絡(luò)上報(bào)的故障事件信息，并結(jié)合其交采模塊的故障信息，生成相關(guān)局部表計(jì)故障現(xiàn)象，并將該信息上報(bào)到主站。主站針對停復(fù)電信息進(jìn)行分析，發(fā)起相關(guān)的搶修工單，將工單發(fā)送至現(xiàn)場維護(hù)人員的計(jì)量現(xiàn)場作業(yè)終端上，人員可根據(jù)故障信息進(jìn)行排查、更換故障設(shè)備。

低壓寬帶載波技術(shù)提供更高通信帶寬，為全雙工雙向通信機(jī)制。適合對通信實(shí)時(shí)性要求高、用戶相對密集的區(qū)域及多業(yè)務(wù)應(yīng)用場合。另外在有大量變頻電氣、可控硅設(shè)備使用的地方，用電諧波干擾大的環(huán)境下，也適合采用使用多路子載波調(diào)制的寬帶載波通信技術(shù)。寬帶芯片主要面向國內(nèi)外智能電能表企業(yè)、電力公司及其他儀表和終端設(shè)備企業(yè)，提供安全、穩(wěn)定的高速率寬帶電力線載波芯片、終端及應(yīng)用技術(shù)支持服務(wù)，主要面向電力抄表等方面應(yīng)用。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線通信信道上的調(diào)制和解調(diào)以及數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

用于省、市、縣級供電公司對于用電信息采集與管理的需要，底層電能表、集中器等設(shè)備借助自身故障主動上傳功能，將故障信息上傳至用采系統(tǒng)，主站再將故障原因，發(fā)送至維護(hù)人員手持現(xiàn)場作業(yè)終端。維護(hù)人員可根據(jù)信息，定位至表計(jì)位置，對現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備的調(diào)試、消缺、維護(hù)。

5 結(jié)語

在電網(wǎng)企業(yè)中，雖然現(xiàn)有技術(shù)能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)及早發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，優(yōu)化故障設(shè)備的定位,縮小故障點(diǎn)的排查范圍,提高低壓集抄系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的處理效率,節(jié)省大量的人力資源。但是由于低壓臺區(qū)設(shè)備數(shù)量多、類型復(fù)雜、通信協(xié)議不一致及無統(tǒng)一接入主站等原因，仍需完善故障診斷系統(tǒng)，提高管理水平，尤其是隨著新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，需提升故障排查能力和解決速度，為電網(wǎng)運(yùn)維提供更加完備的技術(shù)保障。