電能量采集終端綜合測試管理系統的研究和實現

賀東明 王 鵬

(廣東電網公司佛山供電局，廣東 佛山 528000)

0 引言

佛山供電局計量自動化系統已投入實際使用，現已發展成為集廠站電能遙測、大客戶負荷管理、配變計量監測和低壓集抄四個子系統于一體的計量自動化主站系統。現場使用的電能量采集終端共有廠站采集終端、負控終端(即專用變壓器采集終端)、配變監測計量終端和集抄終端(即集中抄表終端)四類。利用計量自動化系統實現自動抄表、計量裝置運行監測、有序用電、線損管理、竊電分析和節能服務等方面的應用［1－2］是實現營銷現代化的重要基礎［3］。

為確保計量自動化系統運行的穩定性和可靠性，必須把好計量設備的驗收質量關。但由于電能量采集終端和電能表的生產廠家過多，特別是不同廠家的產品在通信規約、接口、功能等方面存在差異，造成不同終端與電能表之間關聯復雜，測試管理困難。對于終端功能的測試，采用人工方式與計量自動化系統主站數據進行比對確認，自動化程度較低。計量自動化終端綜合測試管理系統須具備數據采集功能，能夠通過有線通信方式和基于 GSM/GPRS的無線通信［4－5］方式，直接與各類測試終端進行通信。同時也可通過基于Socket［6］方式，實現對終端測試臺體和計量自動化系統的集成。系統還應具備對測試過程的控制功能和獲取測試數據并進行管理的功能，從而實現對電能量采集終端進行自動化測試［7］和管理的功能，進而全面掌握各類電能量采集終端與各類電能表以及各類終端與計量自動化系統主站的匹配情況。

1 測試管理系統總體設計

電能量采集終端綜合測試管理系統是在傳統的單一電能量采集終端測試臺體基礎上開發的，它集各種終端測試功能于一體;并根據測試的目的，確定自動化測試的內容、相應的測試用例、測試數據，以及需要形成的測試報告和管理內容［8］。

電能量采集終端綜合測試管理系統的總體架構主要包括終端/電能表綜合測試臺體和終端綜合測試管理平臺，其中終端綜合測試管理平臺與計量自動化系統主站互聯。

電能量采集終端綜合測試管理系統的總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構Fig.1 The general framework of the system

1.1 終端/電能表測試臺體設計

終端/電能表測試臺體由測試臺體控制主機、電源控制器以及終端/表計臺體組成。終端/表計臺體采用一體式結構，共有3個計量終端掛表位、13個三相/單相多功能掛表位。

終端掛表位、多功能掛表位和終端的功能分別介紹如下。

①終端掛表位可掛接廠站終端、負荷管理終端、配變監測計量終端、集中器和采集器。每一個終端掛表位具備1個上行網絡通信口、1個上行RS-232通信口和2個下行RS-485通信口。每一個電能表掛表位具備3路RS-485總線和1路獨立RS-485通信接口。

②三相/單相多功能掛表位可掛接三相表、單相表。

③每一個終端可以與若干電能表進行連接測試。

終端/電能表測試臺體在實現對傳統式分類型終端(廠站終端、負荷管理終端、配變監測計量終端、集中器及采集器)進行綜合測試的基礎上，通過網絡方式，將測試臺體控制主機與終端綜合測試管理平臺主機相連，使終端/電能表測試臺體成為計量自動化終端綜合測試管理系統的一部分。

終端綜合測試管理平臺主機的功能如下。

①終端綜合測試管理平臺主機能夠通過測試臺體控制主機對電源控制器進行控制，控制終端/電能表測試臺體的測試電源輸出。

②終端綜合測試管理平臺主機能夠通過測試臺體控制主機獲取終端/電能表測試臺體的測試數據。

利用終端/電能表測試臺體和測試設備樣本庫，則可模擬各種現場設備的連接情況，實現對現場各種連接方式的設備運行測試。

1.2 終端綜合測試管理平臺架構

終端綜合測試管理平臺主要由終端綜合測試管理平臺主機構成，包括1臺Oracle數據庫服務器和1臺應用服務器，操作系統采用Windows2003 Server。

1.3 測試電源電壓的控制輸出

終端綜合測試管理平臺通過Socket的方式集成測試臺體的電源控制功能，通過帶有測試電流、額定電壓、接線方式等參數的軟件接口對測試臺體輸出的電源電壓進行控制、調節。

1.4 測試數據的獲取方式

為實現對測試數據的自動對比分析，采集終端綜合測試管理平臺通過以下3種方式獲取測試數據。

①采集終端綜合測試管理平臺具備計量自動化系統主站的數據采集功能，能夠模擬計量自動化主站采集功能，通過網絡方式或無線方式與終端通信，最終獲取終端、電能表的測試數據。

②采集終端綜合測試管理平臺具有基于網絡的Socket方式實現向臺體請求讀取并返回數據的接口。平臺通過與臺體的網絡互連獲取終端、電能表的測試數據。此外，臺體能夠通過RS-485專線與終端和電能表通信。

③采集終端綜合測試管理平臺具備基于網絡的Socket方式實現集成計量自動化系統隨抄的功能。平臺通過與計量自動化系統主站的網絡互聯，通知計量自動化主站對指定的測試設備進行隨抄。計量自動化系統主站的隨抄功能是接收到采集現場設備數據的命令后，即時通過電話撥號方式或無線通信方式與終端進行通信獲取相應的實時運行數據。平臺在計量自動化系統主站對隨抄設備返回的報文進行解釋并保存相關數據后，再進行讀取，從而通過與計量自動化系統主站的互連獲取終端、電能表的測試數據。

2 測試管理系統主要功能

終端綜合測試管理系統的主要功能模塊包括被測試設備信息管理模塊、軟件庫管理模塊、測試方案管理模塊、測試管理模塊、權限管理模塊以及統計查詢打印模塊。

2.1 被測試設備信息管理

2.1.1 樣本庫設備信息管理

樣本庫設備信息管理主要實現對樣本庫的設備信息的管理和維護，具體分為樣本庫設備的查詢、添加、刪除，樣本庫設備資料管理和配置信息的管理。

2.1.2 設備測試信息管理

設備測試信息管理主要實現對被測試設備基本資料的管理，包括設備測試類型、設備測試方法、軟件配置、通信參數、設備臺帳等資料的管理。

2.2 軟件庫管理

軟件庫管理是對設備的通信規約、通信程序軟件和主程序軟件進行管理，其主要功能介紹如下。

① 可導入和管理各類設備通信規約［9－10］，并可在測試進行時選擇調用。

②保存各類設備的軟件程序，具體包括遵循IEC 60870-5-102規約［11］的通信軟件和主程序軟件，實現對運行設備軟件版本的統一管理。

2.3 技術規程規范庫管理

技術規程規范庫管理是指對設備進行測試所應用的規程、規范、作業程序和記錄表格進行管理，其主要功能介紹如下。

①實現各類設備試驗的規程管理，包括新增、刪除和對應的操作記錄。

②實現各類設備的技術規范管理，包括新增、刪除和對應的操作記錄。

③實現各類設備的驗收作業程序管理，包括新增、刪除和對應的操作記錄。

④實現各類終端和電能表組合的通信測試記錄表管理，包括新增、刪除和對應的操作記錄。

2.4 測試方案管理

測試方案管理主要包括對每次測試所用設備類型和規約版本、測試內容進行設置，并將任一次測試設置成可被以后的測試所重復調用，提高測試方案配置的效率。

①終端綜合測試平臺主機通過與終端/電能表測試臺體的接口，在調用測試臺體的測試用例的基礎上，實現測試方案的配置管理，如增加、刪除、修改等操作，生成測試方案，實現自動測試。

②測試方案的設置包括對每次測試終端的臺數(1～3臺)以及每臺終端的連接電能表塊數(1～13塊)的設置，但每次測試的電能表總數不超過13塊。對于需測試的每臺終端，均可從規約庫中選擇相應的標準進行測試。

③實現單項測試方案和測試總方案管理。測試總方案可由若干個單項測試方案以序列形式構成。單項測試方案和測試總方案都可以作為一個測試方案被重復調用。

④單項測試方案依據驗收標準的每一項內容建立。其主要的測試內容有:設備性能測試，包括終端正常工作能耗測定和終端的最低工作電壓測定;數據交換(一般采集與通信)測試，包括測試臺體接上終端與電能表后檢查終端通信與電能表通信成功率、終端對電能表采集數據完整率、終端對電能表事件(來自電能表)采集完整率;按照驗收標準進行的終端功能測試，包括終端實時數據的抄讀、終端歷史數據的抄讀、終端對時等。

在計量自動化系統建立廠站終端、負荷管理終端、配變監測計量終端和低壓集抄終端的專用測試檔案，實現計量自動化系統對測試數據和運行數據的隔離管理，避免測試數據對運行數據正常統計的影響。

⑤實現測試方案的制定、記錄的修改和查詢。

2.5 測試管理模塊

測試管理模塊實現對測試過程的管理。在終端/表計臺體上可采用不同的接口方式掛接需測試的相應終端和電能表，在應用程序界面調用預設的測試方案，對測試臺體上的帶電設備進行測試。測試過程具體如下。

首先，在測試管理平臺主機界面上進行操作，啟動測試總方案;然后測試管理平臺主機自動根據測試總方案序列自動進行測試。電能量采集終端綜合測試流程圖如圖2所示。

圖2 綜合測試流程圖Fig.2 Flowchart of comprehensive testing

每個測試方案的執行流程具體如下。

①向測試臺體發送測試方案，測試臺體根據測試方案指定的具體內容進行測試;測試管理平臺主機接收到測試臺體返回的測試數據后，通過網絡或無線方式與被測試終端進行通信。

②在讀取相應的測試數據后，再通過與計量自動化主站的互聯，觸發計量自動化主站讀取被測試終端的相應數據。測試管理平臺主機通過直接讀取計量自動化主站存儲的相應測試數據后，再執行下一個測試方案。直至測試總方案的方案序列執行完畢，測試管理平臺主機發送控制信息通知測試臺體測試操作結束復位。

③最后測試管理平臺進行3方數據對比分析，對測試項目的合格與否進行統計判定，生成測試報告并存儲測試相關信息，包括被測試設備器型號和類別，測試時間、地點、人員等參數信息和測試結果數據信息。

電能量采集終端綜合測試管理系統能夠將前述3種方式(即終端綜合測試管理平臺與采集終端直接進行通信獲取測試數據方式、終端綜合測試管理平臺通過測試臺體獲取測試數據方式、終端綜合測試管理平臺通過計量自動化系統獲取測試數據方式)通信的報文和獲取到的測試數據進行對比分析，實現規約一致性比對和設備匹配性檢測，確認被測設備是否滿足匹配要求并正常工作。

在一般情況下，電能量采集終端綜合測試管理系統首先進行3方數據對比分析，當自動數據對比分析結果判定為不合格時，再進行報文分析;也可以根據測試結果的異常項，定制測試方案，重復進行測試(包括相應軟件修改完善后的測試)，并結合數據異常項進行報文分析。

2.6 統計查詢打印模塊

統計查詢打印功能可依據每次設定的各類條件，對本系統建立、記錄的各種數據進行統計顯示和打印。

①存儲本系統產生的設備臺帳數據、維護數據，可按設定條件進行統計查詢打印。

②測試分析結果清單生成和查詢，能夠以多種條件組合查詢終端、電能表、程序是否匹配，并形成分類匯總清單，對現場設備的安裝、更換提供指引。

③能夠記錄每次測試的事件，對測試情況進行統計，并能按不同時段統計測試成功率。

④實現測試報告的管理，并能打印指定的測試報告。

2.7 權限管理模塊

權限管理模塊以角色管理、用戶管理為基礎，實現用戶登錄、密碼和權限的多級管理。其中，角色管理包括角色添加、角色刪除與角色權限的管理;用戶管理包括用戶添加、用戶刪除管理。角色權限管理主要包括密碼管理以及對角色操作權限維護。

3 測試管理系統特點

3.1 測試結果與現場一致性

注重測試設備與現場實際運行的一致性，模擬現場設備的實際連接情況，以便在設備安裝之前能夠及時發現計量自動化系統主站、終端與電能表匹配運行存在的問題，及時制定措施加以解決。

測試數據對比包括實際運行的計量自動化系統主站采集數據的對比，能夠確保通過測試的終端、電能表的組合滿足實際運行的要求。

3.2 擴展性

終端綜合測試管理平臺可以進行接入臺體的擴展，實現對多張臺體進行管理，進一步提高設備的測試效率。該平臺還可以進行故障分析模塊的開發擴展，實現對指定的現場設備進行異常運行情況的跟蹤分析。

3.3 統一性

終端綜合測試管理平臺集各種電能量采集終端測試功能于一體，實現測試軟件版本的統一，從而實現測試流程、方式以及操作方式的統一。

4 應用效果

佛山供電局的電能量采集終端綜合測試管理系統可實現對3個廠家的廠站采集終端、5個廠家的負控終端、10個廠家的配變監測計量終端和6個廠家的集抄終端、18個廠家的多功能電能表的信息進行測試。每次可同時測試3臺相同廠家或不同廠家的終端或3種類型不同的終端，每臺終端最多可連接13塊電能表。

電能量采集終端綜合測試管理系統實現了對各類終端進行信息化、自動化、標準化的測試，其優點主要體現在以下幾個方面。

①終端綜合測試管理系統操作方便，測試數據的自動采集和自動對比功能避免了測試人員人工讀數可能帶來的誤差。

②終端測試項目準確性和完整性以及系統自動生成的測試報告符合現有業務現狀，保證了測試結果的準確性，同時減輕了測試人員大量數據核對的負擔，提高了測試效率。

③提供了對電能量采集終端軟件改進升級后的運行可靠性及穩定性進行測試的模擬平臺，避免了新軟件對系統運行造成的影響，確保終端軟件升級效果滿足運行的要求。

各類終端、電能表在安裝前期需要進行聯合調試并確認測試結果合格，這就有效避免了批量電能表數據誤抄讀現象的發生。明確電能量計量終端、電能表以及配置程序的匹配性，能夠為更換現場運行設備提供指導，有效避免因常規驗收測試不能發現的設備組合問題對實際運行造成的巨大影響。

5 結束語

佛山供電局的電能量采集終端綜合測試管理系統基于實際運行的系統主站進行測試，確保了設備互聯匹配的有效性，提高了測試的效率。

利用該系統，實現了對運行設備的軟件版本、參數設置和匹配性的統一管理。系統對設備的運維發揮了有效的指導作用。

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