用電信息采集系統綜合測試儀的設計研究

陳華浩

摘要：基于傳統電力客戶用電信息采集系統運維、應用過程中測試手段、工具存在的不足，本文提出研制一種綜合測試儀器，即用電信息采集系統綜合測試儀。它可以現場測試與采集系統相關的所有測試項目，具有操作簡單、功能強大，可擴展性強的特點。該設備制作完成后可以解決信息采集系統現場測試手段不足的問題，可快速有效地對智能電表和采集器等儀器進行測試、提高信息采集系統的運行可靠性。

關鍵詞：信息采集 測試儀 研究

1、現狀分析

目前國家電網要求用電信息采集系統近幾年內全覆蓋，部分地區的用電信息采集系統建設已進入掃尾階段。但在實際工作中，采集成功率較低。當前采集系統運行維護過程中，缺少有效檢測的設備和手段是提高采集成功率的瓶頸。

采集系統現場設備通常包括智能電表、采集器和集中器。在住宅樓的表箱內，安裝有一個采集器和多個智能電表。所有電表都通過RS485總線與采集器相連接，由采集器采集所有電表上的數據，工作人員只需將數據采集裝置連接在采集器上，就可以在現場獲得表箱內的所有電表的數據。某一區域內的所有采集器都可以通過有線通信網絡或無線通信網絡與集中器相連接，并可將數據發送至集中器上，由集中器匯集區域內的所有電表數據并進行分析處理。集中器可通過通信網絡將指令發送給采集器，由采集器完成相關的數據采集工作并將數據傳送給集中器，集中器再將采集的數據傳送給主站，從而實現遠程抄表的功能。

當前采用系統運行維護工作中，由于缺少有效的檢測判別工具，導致現場處理時誤判，多次現場處理不能解決問題，主要體現在以下幾個方面。

（1）主站與集中器遠程通訊不上或主站提示集中器不在線，而現場查看集中器已經在線，難以清楚問題原因。

（2）在處理用戶電表數據抄收不到，或者抄收不穩定等情況時，現場排查非常繁瑣。遇到一些采用抄控器在采集器側可以抄到電表數據，而集中器一直未抄到等特殊情況時，無法準確判斷出原因，排除故障。

（3）現場運維人員、集抄廠家和載波廠家對現場問題處理各有自己方面的側重點，很多時候現場處理有一方不在場時，問題就難以分析清楚。

現有的方式是工作人員先從集中器獲取大量電表的讀數，然后到現場逐一核對。由于電表數量多，從集中器獲取電表讀數的時間和現場讀取電表的時間存在時間差，兩個讀數之間也存在差異。如果兩個讀數相差不大，工作人員就認為電表正常。只有在兩個讀數相差較大的時候，才認為電表存在故障。如此一來，如果電表存在誤差而且誤差不大，電表故障就無法檢測出來，會影響抄表系統的準確性。

2故障問題分析

A 集中器的可靠性設計先天不足，特別是電源設計不夠健壯，特別是GPRS/CDMA、以太網、低壓電力線載波通訊等大功率運行時，比較容易出現電源故障，通訊故障等情況；

B 電源的器件選擇上，如PTC的選擇如果不合適，會導致高溫下、大負載通訊或者是低電壓下的熱敏誤動作，導致系統電源錯誤。設計中電容余量小，考慮到電容低溫下的ESR值，容量變小等因素，極易導致故障產生。

C RS485電源設計，如果電氣隔離做的不夠，系統容易被雷擊或外界干擾損壞，導致系統崩潰；RS485的A/B口上沒有串聯PTC，并聯TVS，沒有進行高壓過流保護設計，容易損壞RS485接口，造成通訊失敗。RS485接口A/B的上下拉電阻偏大，導致驅動功率不夠，影響RS485通訊。

D 電源設計中，電源紋波較大，干擾通訊接收和發射，導致通訊錯誤。

E 通訊中軟件上容錯不夠，如GPRS假連接、路由死機等，會造成系統長時間通訊故障；

F 元器件的選型，特別是電源上器件的選型，如電容，質量及性能達不到要求，會導致性

能參數變化，電源異常，從而影響系統功能；

G 測試中不夠充分，測試方案不合理，未能有效了、模擬現場運行情況，造成極限環境運行時產生故障；

H 制造中如果沒有有效進行質控，造成制造缺陷故障，影響現場帶病運行，產生故障；

3研究內容

為避免上述已有技術中存在的不足之處，研制一種用電信息采集系統綜合測試儀，以快速有效地對智能電表、采集器和集中器等設備進行測試、提高信息采集系統的運行可靠性。

3.1技術方案

用電信息采集系統綜合測試儀，是一種智能分析判斷采集設備運行狀況和分析現場故障原因的裝置，其主控制器內部應設置可視化操作界面的應用軟件，通過觸摸屏點擊應用軟件選項對采集設備（包括集中器、采集器、載波電能表和RS485電能表）通過串口、RS485口或電力線載波發送接收報文，并根據返回報文自動判斷采集設備各個環節實際運行狀況，分析可能存在的故障原因。主要目的是幫助快速的判斷抄表系統中的故障類型及故障位置，使得工作人員能夠快速排除故障。

3.2元器件構成

用電信息采集系統綜合測試儀，包括便攜式箱體，箱體之內設置有主控制器、電源裝置和通信裝置；所述電源裝置和通信裝置均與所述主控制器相連接；所述主控制器包括微處理器、顯示屏和存儲器，顯示屏和存儲器均與所述微處理器相連接；所述存儲器和微處理器設置于所述箱體之內；所述電源裝置包括電源接口、交流供電裝置和交流電壓表；所述電源接口用于連接市電電源，所述交流供電裝置與所述電源接口和交流電壓表相連接，由交流供電裝置為主控制器供電，交流電壓表用于檢測所述交流供電裝置從電源接口上所接入的交流電壓；所述通信裝置包括一個USB轉多串口模塊、一個RS232通信連接器、一個RS232轉RS485模塊、一個小無線通信模塊和兩個載波抄控器，所述兩個載波抄控器包括第一載波抄控器和第二載波抄控器；所述RS232通信連接器、RS232轉RS485模塊、小無線通信模塊和兩個載波抄控器均與所述USB轉多串口模塊相連接；所述RS232轉RS485模塊上還連接有RS485通信連接線；所述小無線通信模塊上還連接有小無線通信末端模塊；所述第一載波抄控器和第二載波抄控器上分別連接有一個抄控器對外連接裝置。

3.3實際操作

根據現場實際載波類型，選擇第一載波抄控器或第二載波抄控器，主控制器發出抄讀指令，通過電力線抄讀用戶電表，檢測采集器（載波表）載波強度、相序及是否故障等。

同時，可在用戶側接上小無線末端模塊，選擇打開小無線通信模塊監視，可以遠距離測試RS485端口，監測到點抄或抄控器抄讀采集器是否抄表、抄表報文是否正確及電能表是否正確返回。

通信裝置通過擴展多串口模塊連接到主控制器。RS485連接線帶有鱷魚夾的A、B引出連接，使用時可夾在用戶電表或采集器的RS485口，用于抄讀用戶電表數據或監視抄讀狀況。RS232連接裝置將帶有鼠標頭另一端插入集中器的RS232口，可用于監測集中器與主站通信報文，監測集中器與載波模塊通信報文，讀取設置集中器參數等。第一載波抄控器和第二載波抄控器為兩種不同路由載波的抄控器，對應的外接裝置接在電力線路上，用于在電力線上載波抄讀用戶數據。

4結論：

如本文所述，用電信息采集系統綜合測試儀集GPRS通信、以太網通信、串口調試、集中器報文跟蹤分析、集中器點抄用戶電表電量、電力線載波通信抄用戶電表電量、紅外透傳抄用戶電表電量、用戶電表RS485口檢測等多種功能于一體，可以解決信息采集系統現場測試手段不足的問題，可快速有效地對智能電表和采集器等儀器進行測試、提高電力客戶用點信息采集系統的運行可靠性。