电采现场运维管理终端的研制

王宇飞 郭浩琳 刘慧 贾秀良

摘 要：用电信息采集建设的大力推广，对用电信息采集终端的现场运维提出了更高要求。然而，目前处理一个用电信息采集系统现场故障的平均时间较长，不满足工作要求，加大了计量班组的工作负担。因此，研制了一种电采现场运维管理终端，极大地提高了采集故障处理的效率，降低了人力成本和时间成本，提高了电网的精益化管理水平和经济运营水平。

关键词：用电信息采集;故障处理;电采现场运维管理终端

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：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

用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，可实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控以及智能用电设备的信息交互等功能[1-4]。

用电信息采集终端是对各信息点用电信息进行采集的设备（简称“采集终端”），可以实现电能表数据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发或执行控制命令的设备。用电信息采集终端按应用场所，可分为专变采集终端、集中抄表终端（包括集中器和采集器）以及分布式能源监控终端等类型[5]。

2 工作现状调查

笔者根据计量班组的工作经验，考虑班组现有的工作人员和工作量，处理一个用电信息采集系统现场故障的平均时间应控制在4h之内，而目前处理故障实际用时为6.6h，不能满足班组工作需求，影响日常工作的开展，亟待解决。

笔者梳理用电信息采集系统现场故障处理工作流程，对各个步骤用时进行调查统计，结果如表1所示。

由表1数据可以看出，现场处理时间长是造成用电信息采集系统现场故障处理时间长的症结所在。

笔者进行进一步分析，梳理用电信息采集系统故障现场处理流程，对各个步骤用时进行调查梳理，结果如表2所示。

由表2数据可以看出，检查通信信道所用时长和检查终端及电能表端口、模块所用时长是现场处理时间长的症结所在。

3 电采现场运维管理终端设计方案的确定

针对调查分析得出的结论，笔者提出对策，研制电采现场运维管理终端。

电量采集终端与电能表之间典型的组网结构有：①采集终端+RS485电能表;②集中器+载波电能表;③集中器+采集器+RS485电能表。

电采现场运维管理终端的辅助排查故障的设计思路：根据不同的组网结构对应的通信方式，先对组网结构底层的电能表进行数据通信，然后层层往上对上一层采集设备进行数据通信，根据每一层的通信结果快速定位故障类型，进而进行处理故障，原理如图1所示。

根据以上设计思路，电采现场运维管理终端应包含的模块单元有操作系统单元、主板、载波控制单元、RS485控制单元、处理单元、供电单元以及外壳。各个元器件技术或尺寸上所需达到的要求如表3所示。

①操作系统单元有Windows CE和Android两种方案。Windows CE操作系统单元继承传统Windows的图形界面，可以使用Windows上的编程工具，缺点为内核相对较大，占用过多的RAM，应用程序较大，且版权费用较高;Android操作系统单元是跨平台系统，更换CPU时不会遇到更换平台的困扰，核心调试工具丰富，调试方便，且有较好的用户图形界面，缺点是有一定的開发难度，需要较高的技术水平。考虑到产品费用及实用性，Android在这方面优势明显，最终选择Android操作系统。

②主板有Micro ATX、MicroBTX和Pico-ITX三种方案。Micro ATX主板优点是技术成熟、兼容性高、故障率低，缺点是集成后仪器体积大;MicroBTX主板优点是能够在不牺牲性能的前提下做到最小体积，新架构对接口、总线、设备有新要求，缺点是集成后仪器体积大;Pico-ITX主板优点是集成度高、体积小，缺点是受限于体积，除一组SO-DIMM无其他任何扩充插槽板。综合考虑，最终选择Pico-ITX主板。

③载波控制单元有TTL-RS232串口转换适配器和载波模块厂家提供的转换适配器两种方案。其中，TTL-RS232串口转换适配器优点是能针对现场使用的不同载波方案自行调整模块，适用范围广，适合现场使用，缺点是费用相对昂贵，需自行购买;载波模块厂家提供的转换适配器的优点是技术相对成熟、可靠性高，缺点是适配器载波方案固定，现場运维时需携带各种类型的适配器，现场运维不便。综合考虑，选择TTL-RS232串口转换适配器。

④RS485控制单元有SN65HVD型芯片和MAX487型芯片两种方案。笔者对两种方案进行50次实验，通过计算机专业软件抓取被检测设备输出的数据包并与给定值比较，发现MAX487型RS485芯片的数据传输正确率更高，故选择了MAX487型芯片。

⑤处理单元有AD380KD和AD671JQ两种方案。AD380KD优点为误差低、转换迅速、模数转换精度高，缺点为制作工艺要求高、难度较大;AD671JQ优点为噪声低、功耗低，但是零漂过大，不够稳定。由于处理单元在产品中负责将模拟量转换为数字量，模拟转换精度至关重要，最终选择AD380KD。

⑥供电单元有外置电源和内置电源两种方案。外置电源不安全，容易因外接电源线绝缘被高电压击穿，造成设备损坏、人员击伤等，且辅助件较多，不方便携带。内置电源没有外接电源线，较为安全，且方便携带。综上，笔者选择内置电源。

⑦外壳材料有ABS树脂、聚碳酸酯和辐射交联聚乙烯三种方案。ABS树脂综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性和电能性良好，有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别，流动性比PC好，且柔韧性好，尺寸为126mm×80mm×39mm;聚碳酸酯有优良的电绝缘性能和机械性能，尤其是抗冲击性能，且韧性高，尺寸为101mm×74mm×33.5mm;辐射交联聚乙烯绝缘性好、机械强度高、抗老化能力强、耐环境应力性能好、热收缩性好、粘接性能优异，主要用于高压母排（10kV和35kV）端的保护，尺寸为135mm×85mm×40mm。基于外壳的绝缘性和重量要求，最终选择辐射交联聚乙烯。

表4为元器件选取结果。

电采现场运维管理终端的设计方案确定后，开始进行对策实施。

实施1：整理出定型后的零件清单;实施2：应用软件开发;实施3：按照图纸生产样品;实施4：执行装置验收，检测样品。

4 现场验证

从2018年8月—2018年10月对现场处理主要步骤平均实施时间调查统计数据来看，检查通信信道用时和检查终端及电能表端口、模块用时大大降低，现场处理用时也相应缩短。表5为用电信息采集系统现场故障处理工作步骤用时统计结果。

5 结语

电采现场运维管理终端的研制与使用，创造性地解决了生产中的实际问题，获得了预期的效果，为电采运维工作的更好开展提供了有力的技术支撑。

参考文献：

[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.用电信息采集系统和智能电能表知识问答[M].北京：中国电力出版社，2014.

[5]陈红军.用电信息采集系统常见故障诊断及处理[M].北京：中国电力出版社，2017.