结合量化对比法的“多表合一”远程采集失败成因分析与归类

周 彬

(国网上海市电力公司浦东供电公司，上海 200122)

“多表合一”指利用现有电业用电信息采集系统[1]，将燃气、自来水销售企业、供热企业安装的智能气、水表、热力表接入采集系统[2]，实现与电能表同步远程采集。上海地区“多表合一”建设主要通过加装无线通信协议转换器或通过敷设M-Bus线将智能气表、智能水表接入现有采集系统集中器(以下简称集中器)、采集器(如图1所示)。

目前电业采集系统在远程采集电能表数据方面已比较成熟，日采集成功率达99%，而对智能气、水表的采集刚刚起步进入运维阶段，日采集成功率不高。在对“多表合一”建设阶段进行的初步探讨中，文献[3]介绍了气、水表数据转换器及实验室调试分析手段，文献[4]讨论了在单个小区中建立孤岛运行的三表合抄系统，文献[5-10]讨论了各种“多表合一”通信技术方案与其利弊，也开始关注各类气、水表采集失败问题。尽管对于电能表远程采集的失败原因分析探讨已较多，但这些经验不完全适用于气、水表的远程采集环境。

本文基于上海市浦东地区“多表合一”运维与实用化工作实务，结合设备运行数据量化对比分析作为手段，归纳针对燃气表、水表远程采集的各类采集失败原因。

图1 上海浦东地区“多表合一”采集方案架构

1 量化比对推断

通过对每日采集设备运行状态数据与部分采集获得数据的加工、分析比对，生成对各类采集失败异常原因的初步推断，形成一定对应关系，便于后续的消缺工单合并与派工处理效率的提高。假设所监测气、水表(以下简称表计)都曾采集成功，相应统计周期内暂未发生新立户或销户，所使用的量化对比判别式及变量有：

R1x=XNx/FNx

(1)

式中R1x——集中器x的档案下达率，%；FNx——集中器x下的计划气、水表档案记录条数；XNx——下发至集中器x内的气、水表档案记录条数。仅当计划内气、水用表计发生变更时FNx、XNx发生变化。

(2)

式中S1x——集中器x的采集成功表计数标准差；Gxm为集中器x在第m日0点的采集成功表计数；集中器下n日内平均抄通表计数A=Average(Gxm)，m∈[1，n]。

将式(2)中集中器替换为单个协议转换器，可变为S1，x，对应协议转换器x的采集成功表计数标准差。

(3)

M=Max(Gxm)，m∈[1，n]

式中S2x——集中器x采集成功表计数与统计期n日内最大抄通表数的偏差程度；M——集中器下n日内最大抄通表计数。

将式(3)中集中器替换为单个协议转换器，可变为S2′x，对应协议转换器x的上述偏差。

r1x=Cxm/HCxm

(4)

式中r1x——协议转换器x的对照手持抄表终端的采集成功比率，%；Cxm——协议转换器x成功采集并存储的第m日0点下属表计示数的表数；HCxm——手持抄表终端成功获取的协议转换器x下属表计m日0点冻结值的表数。

r2x=BExm/K

(5)

式中r2x——气、水表x的通信电池足压率，%；BExm——第m日采集获取的表计电池电压值；K为表计通信必需的电池电压临界值。

r3x=Cxm/DNx

(6)

式中r3x——协议转换器x对下属表计的采集成功率，%；DNx——集中器内存储的该协议转换器下的表计档案数量。

r4x=PNxm/DNx

(7)

式中r4x——协议转换器x下属表计的档案完整率，%；PNxm——第m日该协议转换器下的表计档案数量。

2 成因分析

根据上海市浦东地区的“多表合一”采集运维工作实践，结合量化对比指征，去除与电能表采集共有的采集失败原因，智能气、水表采集特有的失败原因可归结为四大类：设备故障异常、方案配置不当、信息管理疏漏、安装工艺不当。

2.1 设备故障异常

在设备硬件符合供货标准要求，供货配送前经过系统性检测的前提下，设备故障异常一般是在特定通信环境下或在特定条件下触发的运行异常或故障停止工作。设备故障异常主要包含：集中器异常，协议转换器故障，智能气、水表侧故障异常。

2.1.1智能气、水表侧故障

与气、水表远程采集用量示数密切相关的表计故障主要有两类。

(1)智能气、水表时钟异常，即智能气、水表自身的电子计时模块中存储值异常。该类问题由元器件质量造成的概率极小，多是由于智能表计中的时间值被人为错误改写造成。当其他便携式运维抄表终端自身时钟电池欠压且未到例行校时周期时，会导致便携终端自身时钟错误，在抄表时将智能气、水表时钟赋值错误。每日当采集设备执行远程抄读表计日冻结示值任务时，这些智能气、水表的通信模块时钟值错误，处于省电休眠时段，不对协议转换器例行抄读命令做出响应。量化比对指征呈现：采集失败日前r2x>=1；失败日Cxm=0；r1x<1；

(2)智能气、水表通信模块故障。依据燃气、水务企业对消缺排查结果的反馈，90%的故障为智能气、水表内通信模块电源电池欠压。以上海市浦东地区的智能气表为例，其锂电池电压为3 V时是其通信模块正常工作所需的最低电压，当电压值<2.5 V时，表计无线通信模块无法通信。部分智能气表采用无线通信的智能水表运行时间较长，郭方已运行8年以上，气、水运维人员因用户拒换或长期无人，表计安装在户内而无法入户处理，导致表计无法通信。量化比对指征呈现：采集失败日前r2x=1；失败日Cxm=0；r1x=1。

2.1.2集中器异常

此处集中器异常指集中器在正常运行可以抄读电表的情况下，与抄读气、水表相关的内部程序、档案存储发生异常导致无法抄读气、水表。

(1)电业集中器内抄读智能气、水表的程序不完整。这一般是由于对集中器进行远程程序升级时，GPRS/CDMA公网信号不稳定或受干扰，或远程通信模块故障导致升级程序下载不完整。量化比对指征呈现：Gxm=0。

(2)集中器内气、水表档案与测量点对应关系错乱。如集中器内气、水表档案对应的测量点发生错位或重复，或气、水表档案发生缺失致使应抄表数少于实际值，此类原因一般是在远程对集中器档案参数操作时公网信号不稳定或受干扰导致。量化比对指征呈现：r1x≠1。

2.1.3协议转换器故障

协议转换器故障主要体现在协议转换器长时间工作后发生死机现象，以及协议转换器外置天线遗失，和协议转换器内表计档案与集中器内表计档案不一致。

(1)现场协议转换器零星死机。重启后无法实时点抄燃气表，但转换器内记录集中器访问时间正常，多为早期供货的协议转换器内固件程序存在缺陷，导致持续运行任务后发生异常。

(2)部分协议转换器采用外置微功率无线天线，该天线伸出采集器保护盒或表箱外，容易遭受外力破坏。这两种情况量化比对指征呈现：失败日Cxm=0。

(3)集中器中气、水表档案完整，但协议转换器内缺失档案，在协议转换器与采集器之间数据传输正常的前提下，由于部分中、大型载波台区内集中器与采集器、协议转换器的电气线路距离较远，中间载波信号中继节点过少或距离过长，载波信号较弱。在设备采集任务较多的情况下，这种载波传输环境影响集中器下发抄读报文，导致转换器在设定周期内未接收到报文或未收到完整有效报文，直接造成转换器清除遗留档案，清除后其存储单元内无下属气、水表档案，使协议转换器不对下属气、水表计进行抄读。同样，电力线载波通信不稳定也会造成协议转换器抄读气、水表成功后无法把抄读数据上传至集中器。量化比对指征呈现：r4x<1。

2.2 方案配置不当

方案配置不当指采集设备的现场安装位置、本地信道设置与设备投用数量等方面配置不当。

(1)采用无线通信方式的协议转换器的收发信号效果受到本地无线通信场强影响，安装位置的选取与现场物理环境有密切关系。协议转换器典型安装定位都是处在住宅楼道电表箱内或强电井间内，部分居民小区房型特殊，例如单元楼层分布呈现“一”字型、“回”字型楼宇布局，采用典型采集设备配置方案对于单元楼层中处于信号衰减、屏蔽严重的特定位置的用户智能表计，采集效果将受到明显影响，经现场实测当无线通信信号强度低于60 dBm时，协议转换器至用户气、水表位置信号弱，不具备抄通条件。量化比对指征呈现：采集失败日前r2x>=1；r1x<1；r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范围。

(2)在无线通信方案配置上，在同一物理频段的无线通信信道的无线信号收发设备只有使用统一协议标准时才能通信。目前上海地区的不同生产批次的智能气表具备两种通信协议，在配置多表合一采集方案时必须考虑采集设备、表计协议上的兼容性。此外在采集设备配置方案上，也应在本地数据信道、集中器内存储容量上充分考虑裕度，1台集中器标准配置可以承载1 500个测量点的数据存储，理论上该集中器下只能承载500户以内的电、气、水皆立户装表的用户，必要时对大型小区需要配置多台集中器切割用户群。量化比对指征呈现：r1x<1；S1x、S2x超出合理范围。

(3)在本地采集方式配置上，在集中器侧对它至数据采集器之间的通信方式进行配置时，“电力线载波通信”与“RS-485”总线方式设置错误与实际链路属性不符也将导致本地通信失败。量化比对指征呈现：Gxm=0。

2.3 信息管理疏漏

在“多表合一”采集范围内的设备或用户发生变更时，信息管理责任者必须及时将变更的设备、用户、表计信息同步至各系统内，并及时从用电信息采集系统下发至现场设备中，如果设备信息、用户档案、表计档案不匹配或错误，将直接导致采集失败。

(1)档案信息交接错误。自来水、燃气销售企业与电网企业对设备资产编码方式各异，会造成设备、表计档案信息交接时发生错误。例如不同年代不同批次的气、水表在表号位数上存在差异，需要约定统一规则进行截取或补充表号地址码；又例如同一用户在电、气、水三方的客户信息系统中地址登记采用的编排标准不同，导致在客户信息交接时需人工干预进行比对挂接关联，易发生错误关联。量化比对指征呈现：Gxm

表1 某小区连续6日的燃气表计采集成功数量

(2)程序版本错误。采集设备，如集中器内安装的程序版本不适用于抄收智能气、水表，仅能抄读电表。这往往是内场操作人员远程升级时误将采集设备作为普通电业采集设备进行升级导致。量化比对指征呈现：Gxm=0。

(3)采集范围内用户档案与设备信息更新不及时。由于气、水销售企业与电网企业的客户信息系统是分离的，气、水用户的变更和表计信息的更新不定期进行系统推送。在推送间隔期间，如气、水表发生更换后，相应表计信息未及时同步至电业营销数据库，将导致采集设备中用户表计档案与现场实际情况不匹配，无法采集成功。量化比对指征呈现：Cxm=0或Gxm

(4)信息登记错误。以协议转换器地址码登记错误为主。一般由于归档时转换器地址码登记错误归档，这一般是建设、运维档案登记疏漏造成，导致部分表计采集不稳定或无法抄通。量化比对指征呈现：Cxm=0或r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范围。

2.4 作业工艺不佳

作业工艺不佳主要由施工方责任心不强或技能素质低下造成，涵盖电源线的引取、各类端子接头的接触以及通信布线的质量等方面。安装工艺方面“多表合一”采集异于普通电表采集的方面是，当智能水表采用M-Bus有线通信方式时，M-Bus走线距离较长且需要深入用户户内水表安装处，敷设过程中易造成断线与短路使线路通信中断或异常。量化比对指征呈现：Cxm=0或S1x、S2x超出合理范围。

3 典型实例

上海市浦东地区某小区已实现“多表合一”，小区含3个配电网台区，协议转换器通过电力线窄带载波接入采集设备，以微功率无线方式连接智能气表，在n-1日该小区燃气表采集成功率跌幅较大，以2018年6月中连续6日的燃气表计采集数据(见表1)为例分析采集失败异常。

对于集中器3xxxx23866，第n-1日Gxm=0，根据量化对比指征存在集中器端设备故障异常。经过进一步排查，发现n-2日的日间曾对该集中器远程升级，目前召测无响应，现场排查后查实为升级程序下载不全设备死机，重启现场升级后恢复在线。该集中器n-1日前S1=4.796，S2=6.892，表明存在其他原因导致采集成功数有小幅波动，需后续进一步监测排查。

集中器3xxxx24141持续抄通不稳定，统计期S1=2.483，S2=4.743，表明该气表下抄通有轻微波动，但与最高抄通情形比有一定偏差，第n日中部分协议转换器r3<1，且与燃气提供抄表数据对比r1<1，以协议转化器xxxxxxx67198为例(见表2)，r1=0，失败日Cxm=0，经现场核查后发现协议转换器故障；对于xxxxxxx67292、xxxxxxx67684等协议转换器进一步分析其S1′、S2′后发现其下特定表计抄通不稳定：15、23号单元的01室户型处于楼道末端，与强电井间内的协议转换器距离较远，信号衰减大，属于方案配置不当。将通过安装信号放大中继设备解决。后续需进一步监测排查。

集中器3xxxx24088下自n-3日开始3块气表恒定失败，且Cxm<6(该小区协议转换器下默认配置档案数量)，经核实原因为3块气表被燃气销售企业例行更换，档案信息未及时同步至电业用采系统。

表2 第n日部分失败气表用户清单

4 结语

在“多表合一”小区已完成批量建设并转入常态化运维的背景下，通过“多表合一”各参与方需在以下三方面形成处理模式。

(1)技术和标准上，以电业抄表频次为基准增加了水、气表的抄表频次，对无线表计锂电池寿命的影响必须降低[6]，以降低设备通信故障数量；气、水销售企业设备在通信协议升级换代中的互联互通问题必须克服[8]，以简化通信方案配置复杂度。

(2)资源投入上，气、水销售企业需要加大投入力度以增加智能表计占比并完善智能表计资产全生命周期管理能力[11]，议定“多表合一”运维成本的分摊及相关抄表诉求的责任划分[11]。

(3)信息共享上，三方用户档案信息交互机制及采集数据的长期共享机制还未形成，运维过程中的不同组织间流程衔接机制也还未制定[12]，未来信息层面的增值服务的利益分配方案也需协商[13]，以提升组织间业务信息交互的准确性、及时性和业务流程的连贯性，进而减少信息管理、现场作业水平上的问题。