用電信息采集終端現場死機問題分析及處置方法

褚興旺

（國網江蘇省電力有限公司營銷服務中心，江蘇 南京 212425）

1 用電信息采集系統概述

用電信息采集系統從物理上可根據部署位置分為主站、通信信道、采集設備3 部分，其中系統主站部分單獨組網，與其他應用系統以及公網信道采用防火墻進行安全隔離，保證系統的信息安全[1]。

主站網絡的物理結構主要由營銷系統服務器（包括數據庫服務器、磁盤陣列、應用服務器）、前置采集服務器（包括前置服務器、工作站、GPS 時鐘、防火墻設備）以及網絡設備組成，如圖1所示。

圖1 用電信息采集系統物理架構

通信信道是系統主站與終端之間的遠程通信信道，主要包括光纖信道、GPRS/CDMA 無線公網信道、230 MHz無線電力專用信道、1.8 GHz電力專網等。

采集設備安裝在現場終端及計量設備上，主要包括專變終端、可遠傳的多功能電能表（G表）、集中器、采集器以及電能表計等。

2 故障現象及原因分析

通過用電信息采集系統指標監控，發現采集終端出現大范圍掉線，經排查，掉線終端均屬于同一廠家同一批次，現場查看集中器為死機狀態，且部分集中器斷電硬重啟后總表數據異常[2]。

經查看集中器掉線記錄，發現異常集中器基本都在同一時刻掉線，進一步查看該時間點的主站任務和通信報文，發現用采主站新增了“集中器中電能表掉電事件記錄批量召測”任務，繼續查看和分析異常集中器通信報文和程序源代碼，初步確定導致集中器死機和主站“集中器中電能表掉電事件記錄批量召測”任務有關。

根據上述分析，為了更好地模擬現場環境，實驗室搭建了故障集中器與載波表試驗環境，由1 只集中器和16只單相載波表組成，如圖2所示[3]。

圖2 故障復現模擬環境

具體試驗過程分為6步，分別為：

（1）首先對Ⅰ型集中器參數初始化，然后對集中器施加參比電壓和最大電流一段時間，使集中器的交流采樣產生電量數據。

（2）將16只電能表檔案配置給集中器，等待一段時間組網完成，抄讀所有測量點的實時數據，全部抄到說明組網完成。

（3）將集中器時間改到當日的23:58，等待10 min，使集中器產生日凍結數據，抄讀所有測量點的日凍結數據，留存備用。

（4）將集中器的時間改回正常時間，開始停電試驗，每次停電5 min，再上電5 min，每次復電后，使用主站軟件批量召測“電能表掉電事件記錄”，觀察集中器是否死機；結果發現在第4 次停電后集中器界面顯示緩存不夠，然后自動重啟，重啟后召測所有測量點的日凍結數據，數據正常。

（5）繼續停上電試驗，從第5次到第7次，每次的現象與第4 次的一致，集中器都會重啟，然后召測所有測量點的日凍結數據，數據仍然正常。

（6）第8 次停上電后，使用主站軟件批量召測“電能表掉電事件記錄”，集中器發生死機，且伴隨有尖銳的蜂鳴聲。此時集中器無法自動重啟恢復，需要人工斷電且拔出電池再上電后，集中器才能恢復過來。然后召測所有測量點的日凍結數據，數據仍然正常。

故障集中器的數據緩存區為8 KiB，當主站進行“批量召測電能表掉電事件記錄”，集中器正確的做法是按電能表地址分別讀取每只表的掉電記錄放入緩存區進行數據處理，但是故障集中器卻錯誤地讀取了整個掉電事件記錄文件，將其放入8 KiB的數據緩存區進行處理，當整個掉電記錄文件大于8 KiB時，產生了溢出，導致集中器死機。

根據計算，一個停電事件記錄大概占用69 字節，8 KiB 的數據區可以存儲8×1024÷69 ≈ 118.7次停電事件，如果16只表同時停電，那么超過8次，停電事件記錄就會超過8 KiB，此時進行“批量召測電能表掉電事件記錄”就會導致集中器死機，這與上面的試驗結果吻合。

同時，故障集中器內總表采取環形覆蓋的方式存儲數據，FLASH 保存62 天每15 min 的凍結數據（集中器發生掉電時在100 ms 內完成最近一次數據存儲），正常情況下，斷電重啟后集中器從FLASH恢復讀取指針指向的最近一次保存的數據。當內存溢出時，內存中的數據及數據指針被打亂，當指針異常且在有效范圍內時（62 天內的凍結點），會取出歷史存儲的指針指向的數據，導致總表日凍結示數變小；當指針異常且在非有效范圍內時，指針無法獲取有效數據，因上電時RAM 區全部清零，導致總表日凍結示數為零。

綜上所述，故障集中器批量掉線問題，是由于用采主站啟動“集中器電能表掉電事件記錄批量召測”任務，浙江正泰集中器收到召測命令后，讀取了整個掉電事件記錄文件進行數據處理，當在運集中器中的掉電事件記錄較多，整個文件的大小大于8 KiB 時內存溢出，導致集中器死機。同時，因內存溢出，內存中的數據及數據指針被打亂，斷電重啟后集中器從FLASH 恢復讀取指針指向的歷史數據，導致總表日凍結示數突降。

3 結束語

根據上述故障情況，利用用電信息采集系統，實現了離線廠家集中器的統計、計算運行采集終端分批故障率，對問題批次故障集中器采取了以下兩點整改措施：一是對于合格在庫的集中器，全部退回廠家進行更換處理，要求問題廠家對出廠的集中器各個環節嚴格把關，并加強出廠檢測，滿足質量要求后再行供貨；二是對于在運的集中器，要求問題廠家限期優化集中器程序，程序經營質檢部門檢測合格后，開展現場試點升級、批量升級工作。通過處理，及時恢復了用電量等信息的采集，保證了廣大電力用戶利益及供電企業的經濟效益。