智能電能表通信壓力測試方法及應用

夏 敏

（舟山電力局，浙江 舟山 316021）

0 引言

隨著我國智能電網建設，智能電能表的全面推廣應用和低壓居民用電信息采集系統的建設，電力系統原有的手工及紅外抄表必然被遠程抄表系統所代替，為確保用電信息采集系統遠程抄表的應用，保證與現場安裝設備相匹配，建立一套通信壓力測試系統是必要的。利用該系統可以建立一種新的實驗室測試模式：借助實驗室的表計測試臺體，利用新的軟件系統，充分測試設備的通信能力，在安裝前檢出不合格或不能適應現場工作條件的設備，可以極大地降低電能表的故障發生率。

1 壓力測試系統應具備的條件

壓力測試系統是在被測試對象以某種特定的方式運轉時，驗證其在被施加了某些高強度壓力的情況下是否仍能正常運行，這已經超越了功能驗證，因此該系統要具備以下4個條件：

（1）重復（Repetition）： 測試的重復就是一遍又一遍地執行某個操作或功能，比如重復發送抄收當前電能示值指令。功能驗證測試是確定操作能正常執行，而壓力測試則是確定是否每次操作都能正常執行，這對于判斷電能表是否適用于某種生產情況至關重要。最簡單的壓力系統只實現這一個條件，但簡單地以擴展功能驗證測試來多次重復并不能構成有效的壓力測試，當與其他條件結合起來使用時，重復就可以發現許多隱蔽的故障狀況。

（2）并發（Concurrency）： 并發是同時執行多個操作的行為，即在同一時間執行多個測試，例如在同一個臺體上同時測試多塊電能表，具體的操作方法視軟件控制和臺體狀況而定。

（3）量級（Magnitude）： 壓力系統的另一個條件是每個操作的負載量。壓力測試可以重復執行一個操作，但是操作自身也要盡量給產品增加負擔。例如，可以通過高強度的發送抄收當前電能示值指令來測試操作，也就是增加這個操作的量級。量級是相對應用而言的，但可以通過查找產品的可被用戶計量和修改的值來確定。例如，數據幀的大小、發送的頻率、接收到數據回應幀的個數等等。單獨的高強度操作自身可能發現不了電能表故障，但與其他壓力條件結合在一起時可以增加發現問題的機會。

（4）隨機變化：任何壓力系統都具有隨機性，如果隨機使用前述壓力條件中的變化形式，就能夠在每次測試時應用多種測試手段。

2 壓力測試系統的兼容性

由于該系統要借助現有的表計檢測臺體對不同廠家生產的電能表進行自動化測試，因此要求具有較好的兼容性。

2.1 校表臺體兼容

實驗室的臺體來自不同生產廠家，型號也各不相同，要對多塊電能表同時進行測試時，就要求臺體的運作模式能夠兼容，進行控制臺體停/上電，發送測試指令等操作。

由臺體供應廠商提供通信指令接口，系統開發人員通過編寫動態鏈接庫或者其他手段實現對臺體的控制。

2.2 通信規約兼容

電能表計現行的通信規約主要包括DL/T 645-1997《多功能電能表通信規約》（97規約）和DL/T 645-2007《多功能電能表通信規約》（07規約），目前系統兼容這2種規約，如果有必要，將來還會增加集中器、采集器通信規約等，以適應電力設備的發展。

2.3 通信模式兼容

隨著技術的不斷進步，電能表具備了更多的通信模式，如：485通信、載波通信、GPRS通信、以太網通信、光纖通信等，以便于計量中心檢測人員快捷地檢測設備的通信能力。

3 壓力測試系統的檢測手段

3.1 測試環境

（1）PC機配置建議CPU PIII600以上、內存256M以上、顯示器15英寸以上，支持Windows 2000/XP以上操作系統，安裝Microsoft Office Access數據庫。

（2）數據來源對象為安裝了壓力測試系統的檢測臺體工控機。

（3）測試方式：在測試臺體上懸掛待測表計，配置測試方案，錄入表計信息，運行系統開始測試，對測試數據進行比對分析。

3.2 測試方案和分析

為了使表計能夠適應現場復雜的運行環境，系統采用了多種檢測手段，如：使用不同的指令發送間隔，統計表計的應答次數；控制臺體提供不同的工作電壓、工作電流；對表計同時施加不同的通信模式，例如在485通信時，同時進行紅外通信；在進行通信測試時，進行其他操作，如按鍵輪顯等；在發送有效指令前后，疊加發送無效指令。

具體試驗方法分析如下：

（1）給故障表發送抄讀901F的數據標識，發送的間隔可調，從200 ms到600 ms。表計在200 ms間隔發送的時候，會頻繁復位；在600 ms間隔發送的時候也會復位，但不是很頻繁。

用示波器監測數據，此時發送的幀長度是130 ms，返回是330 ms，表的響應時間是80 ms，總時間為540 ms。也就是說，當外部發送數據很頻繁，表計需要頻繁處理通信事件的時候，如果程序沒有平衡好各種事件的優先級，有可能會導致表計復位。而表計復位是可能導致電量突變的原因之一。

（2）發送抄讀901F的數據標識，發送間隔為5000 ms。若此時外部有紅外數據發送，也會導致表計復位。

從這一現象可以確定該表計在通信處理上是有缺陷的。可能原因有3個：一是緩沖區沒有做很好的保護，緩沖區溢出；二是沒有處理好事件的優先級順序；三是沒有處理好總時序，導致看門狗復位。

（3）發送901F的數據標識，發送間隔5000 ms，通過調整負荷的大小，未發現復位現象。說明計量事件對系統總體影響不大。

（4）發送901F的數據標識，發送間隔5000 ms，按鍵翻閱，未發現復位現象。說明按鍵事件對系統總體影響也不大。

（5）在發送901F的數據標識前，增加近440 ms的干擾數據，發送有效數據的長度是130 ms，抄表間隔1000 ms。表計返回的數據長度是350ms。此時采集器從發送數據到數據接收完成的時間為920 ms。如果干擾數據里面沒有敏感數據，復位頻率不會是很高，若存在敏感數據，則復位頻率將大增。

（6）一直發送無效的數據，表計一直處于接收數據的狀態，但是接收不到有效數據，則表計不會出現復位。因此，無效數據的攻擊對表計不產生影響。

（7）發送數據的總長度570 ms，其中440 ms為干擾數據，130 ms為有效數據，發送的間隔時間是500 ms，此時表計將難以接收到數據，同時回發數據，則表計必然復位。

試驗說明，表計在接收到有效數據幀并回發數據時，如果同時外部又有數據發送過去，則必然導致復位。

4 結果判斷標準及分析

該壓力測試主要針對產品的穩定性和可靠性，所以只對每個批次進行抽檢即可。如果前后2個批次的產品在設計上沒有任何改動，只需抽檢1個批次即可。可以從兩個方面判斷能否承受壓力測試：

（1）將上述試驗方法從頭到尾做一遍，每個方法重復時間在10 min以上。因為在10 min內，表計系統應該完成內部所有的功能運行，并且能基本覆蓋大部分的程序功能模塊。

（2）設置表計時間在跨抄表日的前一天，讓其在滿負荷情況下接受第一種方法測試。

如果通過了以上測試，表計沒有出現任何復位、死機、丟失電量的情況，可以認為已通過通信壓力測試，基本可以判斷其在實際運行中也能經歷現場的各種通信壓力。

5 系統應用

2010年，在居民用戶智能用電信息采集系統建設過程中，暴露出了一些比較嚴重的電費差錯問題，究其原因是由于采集器通信頻率高，同一個集中電表箱內電能表種類繁多，導致不同表計應答相互干擾，不但引起表計抄讀失敗，影響抄表成功率，并且還由此引起表計的停走、飛走、倒走、地址清零、谷電量大于總電量等多起計量故障。低壓采集系統運行幾個月來，累計發現近200起計量故障。

2011年7月，電能表485通信壓力測試系統在舟山市電力局計量中心投入試運行，對舟山電力局待安裝的表計采用批量抽檢的方法進行了485通信壓力檢測，及時發現問題表計，大大減少了電費差錯的問題，有效提高了檢測水平。

智能表通信壓力測試系統對電能表在不同通信波特率、不同通信頻率下的信道通信處理能力進行測試，既能及時發現電能表故障，又能解決傳統檢測手段不足的問題，減輕工作人員的工作量，提高工作效率，減少計量糾紛，提升電力營銷服務的水平，具有較好的實用價值。

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