電采現場運維管理終端的研制

王宇飛 郭浩琳 劉慧 賈秀良

摘 要：用電信息采集建設的大力推廣，對用電信息采集終端的現場運維提出了更高要求。然而，目前處理一個用電信息采集系統現場故障的平均時間較長，不滿足工作要求，加大了計量班組的工作負擔。因此，研制了一種電采現場運維管理終端，極大地提高了采集故障處理的效率，降低了人力成本和時間成本，提高了電網的精益化管理水平和經濟運營水平。

關鍵詞：用電信息采集;故障處理;電采現場運維管理終端

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0054-03

Absrtact： The vigorous promotion of the construction of electric power information acquisition put forward higher requirements for the field operation and maintenance of electric power information acquisition terminal. However， the average time of dealing with a field fault of a telecommunication information acquisition system is longer， which do not meet the working requirements and increases the workload of the first-line measurement team. The development process of an electric field operation and maintenance management terminal was introduced. The development of this terminal greatly improved the efficiency of fault acquisition and processing， reduced the cost of manpower and time， and improved the level of lean management and economic operation of power grid.

Keywords： power information acquisition;fault handling;electric field operation and maintenance management terminal

1 基本概念

用電信息采集系統是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監控的系統，可實現用電信息的自動采集、計量異常監測、電能質量監測、用電分析和管理、相關信息發布、分布式能源監控以及智能用電設備的信息交互等功能[1-4]。

用電信息采集終端是對各信息點用電信息進行采集的設備（簡稱“采集終端”），可以實現電能表數據的采集、數據管理、數據雙向傳輸以及轉發或執行控制命令的設備。用電信息采集終端按應用場所，可分為專變采集終端、集中抄表終端（包括集中器和采集器）以及分布式能源監控終端等類型[5]。

2 工作現狀調查

筆者根據計量班組的工作經驗，考慮班組現有的工作人員和工作量，處理一個用電信息采集系統現場故障的平均時間應控制在4h之內，而目前處理故障實際用時為6.6h，不能滿足班組工作需求，影響日常工作的開展，亟待解決。

筆者梳理用電信息采集系統現場故障處理工作流程，對各個步驟用時進行調查統計，結果如表1所示。

由表1數據可以看出，現場處理時間長是造成用電信息采集系統現場故障處理時間長的癥結所在。

筆者進行進一步分析，梳理用電信息采集系統故障現場處理流程，對各個步驟用時進行調查梳理，結果如表2所示。

由表2數據可以看出，檢查通信信道所用時長和檢查終端及電能表端口、模塊所用時長是現場處理時間長的癥結所在。

3 電采現場運維管理終端設計方案的確定

針對調查分析得出的結論，筆者提出對策，研制電采現場運維管理終端。

電量采集終端與電能表之間典型的組網結構有：①采集終端+RS485電能表;②集中器+載波電能表;③集中器+采集器+RS485電能表。

電采現場運維管理終端的輔助排查故障的設計思路：根據不同的組網結構對應的通信方式，先對組網結構底層的電能表進行數據通信，然后層層往上對上一層采集設備進行數據通信，根據每一層的通信結果快速定位故障類型，進而進行處理故障，原理如圖1所示。

根據以上設計思路，電采現場運維管理終端應包含的模塊單元有操作系統單元、主板、載波控制單元、RS485控制單元、處理單元、供電單元以及外殼。各個元器件技術或尺寸上所需達到的要求如表3所示。

①操作系統單元有Windows CE和Android兩種方案。Windows CE操作系統單元繼承傳統Windows的圖形界面，可以使用Windows上的編程工具，缺點為內核相對較大，占用過多的RAM，應用程序較大，且版權費用較高;Android操作系統單元是跨平臺系統，更換CPU時不會遇到更換平臺的困擾，核心調試工具豐富，調試方便，且有較好的用戶圖形界面，缺點是有一定的開發難度，需要較高的技術水平。考慮到產品費用及實用性，Android在這方面優勢明顯，最終選擇Android操作系統。

②主板有Micro ATX、MicroBTX和Pico-ITX三種方案。Micro ATX主板優點是技術成熟、兼容性高、故障率低，缺點是集成后儀器體積大;MicroBTX主板優點是能夠在不犧牲性能的前提下做到最小體積，新架構對接口、總線、設備有新要求，缺點是集成后儀器體積大;Pico-ITX主板優點是集成度高、體積小，缺點是受限于體積，除一組SO-DIMM無其他任何擴充插槽板。綜合考慮，最終選擇Pico-ITX主板。

③載波控制單元有TTL-RS232串口轉換適配器和載波模塊廠家提供的轉換適配器兩種方案。其中，TTL-RS232串口轉換適配器優點是能針對現場使用的不同載波方案自行調整模塊，適用范圍廣，適合現場使用，缺點是費用相對昂貴，需自行購買;載波模塊廠家提供的轉換適配器的優點是技術相對成熟、可靠性高，缺點是適配器載波方案固定，現場運維時需攜帶各種類型的適配器，現場運維不便。綜合考慮，選擇TTL-RS232串口轉換適配器。

④RS485控制單元有SN65HVD型芯片和MAX487型芯片兩種方案。筆者對兩種方案進行50次實驗，通過計算機專業軟件抓取被檢測設備輸出的數據包并與給定值比較，發現MAX487型RS485芯片的數據傳輸正確率更高，故選擇了MAX487型芯片。

⑤處理單元有AD380KD和AD671JQ兩種方案。AD380KD優點為誤差低、轉換迅速、模數轉換精度高，缺點為制作工藝要求高、難度較大;AD671JQ優點為噪聲低、功耗低，但是零漂過大，不夠穩定。由于處理單元在產品中負責將模擬量轉換為數字量，模擬轉換精度至關重要，最終選擇AD380KD。

⑥供電單元有外置電源和內置電源兩種方案。外置電源不安全，容易因外接電源線絕緣被高電壓擊穿，造成設備損壞、人員擊傷等，且輔助件較多，不方便攜帶。內置電源沒有外接電源線，較為安全，且方便攜帶。綜上，筆者選擇內置電源。

⑦外殼材料有ABS樹脂、聚碳酸酯和輻射交聯聚乙烯三種方案。ABS樹脂綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩定性和電能性良好，有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別，流動性比PC好，且柔韌性好，尺寸為126mm×80mm×39mm;聚碳酸酯有優良的電絕緣性能和機械性能，尤其是抗沖擊性能，且韌性高，尺寸為101mm×74mm×33.5mm;輻射交聯聚乙烯絕緣性好、機械強度高、抗老化能力強、耐環境應力性能好、熱收縮性好、粘接性能優異，主要用于高壓母排（10kV和35kV）端的保護，尺寸為135mm×85mm×40mm。基于外殼的絕緣性和重量要求，最終選擇輻射交聯聚乙烯。

表4為元器件選取結果。

電采現場運維管理終端的設計方案確定后，開始進行對策實施。

實施1：整理出定型后的零件清單;實施2：應用軟件開發;實施3：按照圖紙生產樣品;實施4：執行裝置驗收，檢測樣品。

4 現場驗證

從2018年8月—2018年10月對現場處理主要步驟平均實施時間調查統計數據來看，檢查通信信道用時和檢查終端及電能表端口、模塊用時大大降低，現場處理用時也相應縮短。表5為用電信息采集系統現場故障處理工作步驟用時統計結果。

5 結語

電采現場運維管理終端的研制與使用，創造性地解決了生產中的實際問題，獲得了預期的效果，為電采運維工作的更好開展提供了有力的技術支撐。

參考文獻：

[1] TANG Y， TEN C-W， WANG C， et al. Extraction of energy information from analog meters using image processing [J]. IEEE Transactions on Smart Grid， 2015， 4（6）：2032-2040.

[2] TEN C-W， TANG Y. Electric Power： Distribution Emergency Operation [M]. Boca Raton， FL， USA： CRC Press Taylor & Francis Group， 2018.

[3] TANG Y. Anomaly Inference Based on Heterogeneous Data Sources in an Electrical Distribution System [D]. Houghton， MI， USA： Michigan Technological University， 2018.

[4]章欣.用電信息采集系統和智能電能表知識問答[M].北京：中國電力出版社，2014.

[5]陳紅軍.用電信息采集系統常見故障診斷及處理[M].北京：中國電力出版社，2017.