计量资产数字化管理应用与研究

矫 乐，杜长宇，刁 琪，崔 辰，张学东，冀永欢

（北京中电飞华通信有限公司，北京 100071）

近年来，随着经济与创新技术的高速发展，电力用户用电需求激增，电网建设高度覆盖各地区，电网结构日趋复杂，各类电力设备种类繁多庞杂，分布广泛，户外设备偷盗破坏严重，巡视监察难度大。在资产管理及安全巡检方面存在一定的困难。为应对行业供保电及各类应急预案加以国有企业数字化转型工作的有序部署，电力企业正积极实施各类先进有力的数字化保障措施。本文着重以电能计量领域数字化转型为研究重点，研究计量资产数字化管理系统的设计组成及计量资产数字化管理装置的设计研发[1-4]。

1 行业趋势分析

我国电能计量发展始于1990 年代后期，历经技术引进—专业引进—技术完善—技术应用几个阶段趋于成熟，发展至今，已在金融、交通、医疗、民生服务和网络安全等领域广泛应用[5]。这意味着数字化时代已经到来。目前，我国已成为电能计量仪表生产大国，仅基于基础设施建设及运营运维管理2 方面，国内市场需求旺盛。至2015 年底，国网公司累计部署安装及改造升级4.7 亿只智能电表。智能表计寿命平均8 至10 年，预计2023 年底到2024 年初将进入更换浪潮。在设备实施升级改造的过程中，仍有部分老旧开关柜与计量箱等设备引发安全隐患与危险[6]。

随着对电能计量领域的管理提升，在测量准确性、运维运检管理等方面的日益精进。电能计量愈发智能化、数字化与市场化发展。

1.1 智能化发展

智能化发展主要强调的是电能计量箱内部设备的智能化升级改造，使其具备了智能传感、智能监测、智能计算等功能，避免了带电更换时极易出现的混乱接线或线损统计，且具备远程预警与监测功能，对箱内外设备运行状态实现透明化管理，提升安全用电。

1.2 数字化发展

数字化发展主要强调的是采用图像识别、扫码登记、RFID 识别等技术对箱内外的设备进行数字编码或标记。通过对设备的运维与巡检，一方面增强箱内外的资产管理，另一方面强化设备功能管理系统应用，进一步实现设备与设备、设备与系统互联互通。

1.3 市场化发展

市场化是一切经济事务发展的必由之路。对电力营销计量而言也是如此。在市场化进程中，电能计量必然会面对多方面的冲击。在当前的工作环境下，如电能计量设备技术落后导致的常见误差；跨部门巡检导致的效率低下等弊端，要求电能计量数字化加速推进，软硬件智能化、数字化发展提速，更好地实现互联互通，加速构建新型电力系统。

2 业务现状分析

目前，电能计量领域相关工作开展进程处于半数字化状态[7-8]，即具备智能设备与智能管理平台部署能力，但未完全构建一体化工作状态，未完成融合监测、分析、预警、巡查、运维和升级等工作环节。

在设备用电安全监测方面，用户安全用电依赖于大用户的主动安全意识，存在部分用户私接乱接等不安全的用电行为及窃电现象，容易发生触电、漏电等风险，给电力公司及用电用户造成各类安全事故及线路瘫痪事故，造成人员及公共财产损失。

在设备资产运维管理方面[9]，营销计量箱运维巡检需涉及运检部门、营销部门及台区经理3 部门共同授权，不同专业的管理人员到达现场操作，使用物理钥匙开关锁及纸质登记设备状态。一是物理钥匙安全性及灵活性较低；二是纸质登记管理，信息化程度低，效率缓慢，运维过程难以追溯。现已无法适应供电企业客户服务精细化管理的需要。

因此，本项目提出计量资产数字化管理装置的应用与研究。通过先进技术研究，软硬件产品研制研发，实现计量箱运维服务的可视化、便捷化、智能化及安全化，提高计量运维工作效率，整体提升用电环节和运维环节的监管水平。加速推进计量资产数字化管理工作的主要目标。

3 研究要点

3.1 优化调整计量资产运行档案标准

一是以业务应用需求为导向，建设管理平台软件。用平台信息化替代纸质管理。重构计量资产运行档案内容，构建电子档案。保留计量资产编号、行列数等基本属性信息，增加部署现场实时监测图、安装位置展示图、卫星定位拓扑图等现场运行关键属性信息，统一为在运台区信息、基础信息、安装信息和箱内设备信息4 类信息，形成数字化、标准化格式。

二是引用激光蚀刻技术，实现计量管理装置统一管理。严格执行Q/GDW 10205—2021《电能计量器具条码》要求，在计量箱外观全面应用信息加密的二维码，确保资产码应用规范、业务数据安全可靠。

三是建立资产组管理模式，对同一地点集中安装多个单表位计量装置，在计量资产档案中标定为一个箱组，管理上等同于多表位计量装置管理。

3.2 研发系统推广档案数据自动更新维护

一是坚持计量资产数据管理与现场作业融合一体，计量管理装置数据日常更新与营销现场作业同步进行，在开展与计量相关的各类现场作业时，如表箱更换、采集运维、计量装置改造和设备巡视等工作，同步完成计量资产档案的新建、核实及更新，实现档案数据“常查常新”，提高计量资产档案的运维管理工作效率，避免运动式维护。

二是综合运用图像识别、自动捕获、自主感知和智能匹配录入等数字化手段，采用点、选、扫和拍等方式，实现计量箱资产档案采录线上化和档案核对自动化，避免手工录入操作和频繁登录查询。

三是结合在运计量箱规模，做好档案数据存储、传输、分析所需资源的评估与储备，以营销业务应用系统为用户档案源头，在相关系统中开展同源维护，完成相关系统硬件扩容改造，具备海量现场照片等非结构化数据的存储能力。

四是推广“应用硬件+管理软件”的移动作业远程同步管理方式，做好相关现场业务APP 的优化升级，使其具备调用和更新档案管理的功能。

3.3 研制计量资产数字化管理装置新设备

一是推广激光蚀刻技术，完成全量计量设备的资产码激光蚀刻，解决资产码缺失、编码规则不统一不识别、粘贴式标签易掉落和RFID 电子标签不易识别等问题。

二是统一资产码蚀刻要求，明确蚀刻位置，确保做到箱箱有码。

三是对于存量计量资产，在开展现场业务时同步完成资产码蚀刻；对于新购计量资产，在安装前完成资产码蚀刻。

四是建立蚀刻设备管理机制，加强对便携式激光蚀刻设备领用、检测、操作安全等方面的管理。

4 设计研究内容

基于远管理，近运维的设计构想，前端部署智能化产品，后台远程操控管理软件，实现智能化与数字化的有力结合。

4.1 管理软件设计

4.1.1 基本功能设计

结合现有管理模式分析，本文构建的管理软件涵盖支撑服务及接口、安全与可靠性、系统管理服务、系统设置及日志管理5 方面，可覆盖日常管理工作内容，实现对管理辖区设备的状态监测、运行监测、维护监测及故障预警等功能。初步设想如下。

1）支撑服务及接口功能包括分布式处理中间件、协议访问及接口、数据库访问服务及系统日志服务。其中，分布式处理中间件可提供运维消息的分布式处理、路由和负载均衡，实现请求、应答、定时器和消息队列等。协议访问及接口可提供XML、LDAP、WSDL、MPEG4、H.264及SIP 协议的封装和解析，以及接口。数据库访问服务可提供数据库操作封装，屏蔽数据库访问连接等操作细节，采用并发，自动重连、连接池、线程池等技术，为运维应用提供安全，快速的数据访问。系统日志服务可为运维系统提供风格一致的多级别多类型的日志服务接口，支持多线程、多进程的安全日志输出，并提供日志状态查看、级别设置、开关动态设置的操作工具。

2）安全与可靠性功能包括存储加密、运维用户及设备认证、双机热备、分布集群，以及自恢复功能。存储加密可提供数据库敏感信息、日志敏感信息、存储信息等加密功能。运维用户及设备认证可提供用户密码、验证码认证、数字证书认证和终端硬件特征认证等安全认证功能。双机热备，即运维系统热双机功能，提供系统冗余备份。分布集群可提供运维业务服务分布集群部署功能。自恢复功能，即系统异常自动恢复功能。

3）系统管理服务功能包括系统监控、告警、配置管理、数据性能统计、展现、异常监控及视频信息功能。系统监控可提供CPU、内存、业务量等关键信息的实时监控。告警可提供系统指标和业务指标的告警和预警功能。配置管理可提供系统的远程配置和升级功能。数据性能统计可提供运维核心业务性能数据上报功能。展现可提供报表、图形、日志查看等展现功能。异常监控，即异常监控的查看、查询；已完成工单的查看、查询；异常设备的开锁状态与超时状态；各单位异常情况的柱状图统计。视频信息，即视频信息的查看、查询，可将视频信息下载到本地进行查看。

4）日志管理功能包括登陆日志、操作日志、异常日志。登录日志可实现登录日志的查看、查询、导出。操作日志可实现操作日志的查看、查询、导出。异常日志可实现异常日志的查看、导出。

5）系统设置功能包括部门管理、参数管理及字典管理。部门管理可实现部门的查看、新增、修改和导出。参数管理可实现系统参数的查看、查询、新增、修改和删除。字典管理可实现系统字典的查看、查询、新增、修改和删除。

4.1.2 性能要求

面向不同的应用客户群体，按管理优先等级与不同业务的实时性、可靠性要求，可弹性灵活配置，为用户提供更高效更优质的服务。本文设计的管理软件系统可实现如下设置。事务处理类消息，满足3 s 内快速响应，3～5 s 普通响应。查询类消息，满足5 s 内简单查询响应，10～15s 多条件查询响应。统计类消息，满足10 s 内简单统计响应，30 s 内复杂统计响应。平均无故障率超过99.8%。具备手动或自动恢复措施。

4.1.3 技术路线

采用目前安全性能较高、扩展性能好、框架技术最为完善的Java 语言开发，B/S 结构，使用SpringBoot 框架技术，使得系统能够分层开发，数据层、业务层、控制层和展示层各层之间逻辑分明，层与层之间提供接口方式来实现业务与数据的沟通。

数据层主要是指通过通信协议接口，获取用能设备量测点数据。让系统有着极强的扩展性。基于组件技术，力求将变化封装在组件内部。对应组件可以对外提供API。适应能力强，同步、异步都能处理，既能满足快速反映的业务需求，又能满足大数据量、复杂的、异步的业务需求，具有很好的可扩展性。

业务层主要是承载运行各领域各用户办公需求的业务模块。控制层主要是基于各标准通信协议，使用需求响应终端对用户用能设备、PLC 等进行控制。展示层主要是前端可操作的各业务桌面控制布局。

4.2 计量资产数字化管理装置设计

4.2.1 基本功能设计

结合现有终端功能、品类、业务领域分析，本文构建的计量资产数字化管理装置包括通信遥控功能、运行状态上报功能、视频录像功能、安全防护功能、绝缘防护功能、电磁兼容功能、抗电源影响功能及抗温度、干湿影响功能，初步设想如下。

通信遥控功能可通过相关指令满足有效完成对装置控制。运行状态上报功能可满足设备运行状态上报监控需求。视频录像功能可满足设备开启录像取证需求。安全防护功能可满足能够在特定条件下异常监测、报警。绝缘防护功能可满足能够在通电条件下的安全操控。电磁兼容功能可满足能够在复杂环境有效抵抗各种干扰。抗电源影响功能可满足能够在一定电压范围功能不受影响。抗温度、干湿影响功能可满足能够在一定温度范围或者干湿度条件下功能不受影响。

4.2.2 架构设计

本文主要设计的管理装置为反窃电智能控制设备。可通过管理软件系统对各类电控锁进行远程控制，实现数据监测采集的同时强化了安全保护。

装置使用COAP 协议与服务器通信，装置个数限制128 个。装置通过NBIOT 通信模块与固定IP 地址连接。根据实际要求，采用周期通信+突发通信模式，正常运行过程中按每小时固定上送一次，当出现状态变位、异常告警等情况则进行突发上送，实现数据传输的动、静配合。

4.2.3 新技术应用

为便于实现管理系统对管理装置的数字化管理，包括前文提及的各类场景监测，本文设计的计量管理装置采用激光蚀刻技术进行统一外设激光编码。一是替代资产贴纸的使用，减少或避免因纸质贴纸的丢失或损坏导致的码源信息不识别，管理信息统计不准确。二是码源信息统一生成，实现同一区域码源信息统一管理，避免码型过多，造成统计重复或不可识别。三是自动计数，实现资产码源蚀刻计数与蚀刻装置数双重保障，进一步提高资产管理的准确性。

蚀刻阶段：在需要管理统计的区域确定需统计管理的信息，确定编码型式，如条形码，确定条码数字象征值，并按条码宽窄体现编码数值大小，如18 位信息条码，前三位代表省份地市，中三位代表管辖区，再四位代表生产年份，再三位代表运行年份，再一位代表运行状态，后四位代表上一故障时间。将设定的信息在管理系统中做好程序转换，通过传输线连接手持机蚀刻头，选择蚀刻颜色，选择装置蚀刻位置，启动蚀刻。如二维码，涵盖如上信息，仅蚀刻码型不同。如定制归属码，如特殊标记码均如上“选择码型—设定信息—传输蚀刻设备—蚀刻信息”的步骤。

计数阶段：每实现一个码源信息的蚀刻，系统自动加一，记录在蚀刻日志中，完成一次蚀刻作业，统计一次该管理区域的蚀刻设备数，记为设备资产数。在区域内的计量管理装置外体同一位置采用蚀刻手段，推进实现数字化资产统一管理。

5 结束语

数字化管理对各行各业的日常运营和安全保障具有重要意义。为进一步实现管理数据准确性、全面性，减轻人工负担，减少纸质流程与存档，基于现代领先技术与创新管理模式，开发管理软件与研制配套硬件，实现线上检测监察、远程操控、运行维护及资产管理等功能，大幅度提升了工作效率与安全保障。