故障智能诊断设备与方法在集抄运维中的应用

陈育培 姜雪娇 吴民 钟磊 吴达雷 陈龙瑾 孙延松 黄开来 王晓辉 董海涛

摘要：在低压自动抄表系统中，会出现不同原因引起的设备故障问题，集抄设备发生故障对整个抄表系统的抄表效率会带来较大的影响。要求运维人员能够快速及时确认故障原因，进行故障设备维护，提高集抄系统的采集成功率，使集抄系统运行更加稳定。采用集抄通信故障智能诊断设备能够提高运维人员的故障排查效率，故障信息库的建立有助于对故障成因进行分析与分类，将故障诊断设备与采用人工智能算法的故障诊断系统相结合使用对现场故障问题的解决实施有针对性的处理方案，提高运维质量。

关键词：集抄;運维;故障检测设备;智能诊断系统

中图分类号：TM76 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0165-03

1概述

随着智能电网的发展，低压抄表系统在智能电网中的作用举足轻重，是智能电网稳定可靠数据采集的基础。低压抄表系统的稳定性、通信数据的可靠性对于智能电网的功能实现有着至关重要的作用。如何快速有效解决现场低压抄表系统中出现的故障问题也成为低压抄表系统运维工作的一个重要议题。

集抄系统通常由服务器、信道和终端设备三部分组成，现场运维人员主要面向的是信道和终端设备的维护与故障检测。供电企业要求集抄终端设备的日采集成功率达到99.95%以上为合格，由于集抄系统故障问题排查的不够及时以及故障原因无法正确快速有效的确定，导致集抄日采集合格率无法完全保证，严重影响了供电系统的稳定性。通过数据分析，当前导致日成功率下降的因素中70%是来自于集抄系统设备与信道故障。如何快速帮助运维人员解决故障检测问题、高效快速确定故障原因是当前提升集抄系统抄表成功率急需解决的一个问题。

有一些专家提出来一些用于集抄系统故障检测的方法，中分析了当前集抄系统的一些问题现状以及出现故障的原因，但并未给出一种高效故障检测与有效故障分析的方法，也未提及针对故障检测所采用的专业设备。因此针对集抄系统通信设备的故障检测与诊断使用专用的检测设备是非常有意义且有必要的。

2低压抄表系统故障特点与分类

当前低压抄表系统现场环节出现的集抄故障问题主要可以分为以下几类。

一是管理故障，管理故障通常是现场施工带来的故障，如预购电失败、采集终端抄表数据为空等，还有台区档案划分错误，导致属于本台区的表无法正常抄读回来。

二是通信信道故障，对载波方案而言表现为电力线载波通信故障，通信信道不稳定，电力线载波信道受到较大的噪声干扰影响，电力线载波信道环境负载的变化等，对通信性能带来影响，导致抄表链路的不稳定;对于无线和双模方案则表现为无线通信故障，无线信道容易受到障碍物阻挡、其他同频无线设备干扰等，在一定的应用场景下会造成通信距离短、通信链路不稳定，最终影响抄表效果;RS485抄表方案表现为485通道断路、接口错误等。这类故障问题往往是终端设备、电能表以及载波模块、采集器之间的通信故障，带来的故障表现主要为某一个数据项抄读为空，抄表曲线数据不完整，整个网络数据项抄读合格率不满足要求等。

三是设备损坏故障，由于电网中用电设备的不规范，会存在较多大功率的设备，产生电压非常高的噪声，对一些设备产生影响，造成设备损坏，还有一些设备在设计时由于元器件设计缺陷，在现场使用过程中损坏，通常这种影响是对用采设备上的某一模块造成损坏从而引发抄表故障。会造成某一个电表下的载波设备完全离网或者一直无法抄读表端数据。

在集抄系统中，无论是哪种原因引起的故障，最终的表现都是集抄系统抄表数据成功率不达标，严重影响了电力系统用电侧的稳定运行。

3集抄通信故障智能诊断设备的意义

针对2中所述不同故障原因，需要一个智能化故障检测设备来协助现场维护人员快速有效诊断出当前影响抄表性能的故障类型与原因，提出相应的解决措施，尽快恢复抄表链路和网络的通畅，保证全网抄表的成功率和数据传输效率。原有传统的低压抄表系统出现故障，没有有效的设备去协助进行故障检测，通常采用的办法就是运维人员带着不同的新的模块到现场去直接更换模块，通过插拔不同的设备模块来确认是哪一个设备产生了故障，无法去进一步细分导致故障的原因，直接更换模块会带来运维成本的增加，而且模块故障原因不确定就随意更换不利于低压抄表系统设备模块的管控。在故障模块被替换后没有故障原因分析措施，无法有针对性的对故障问题进行改善和预防，不利于整个集抄系统和台区建设的改善。而且当故障节点密度较大时，会存在运维人员不足而导致运维工作力度不够。也有通过非专用检测设备如万用表等进行模块电压测试，通过电压测试结果来确认模块是否存在故障，这种方式在现场操作会带来一定的安全隐患，而且需要运维人员具备一定的专业知识来判断当前是否是故障，这种操作方式仅限于能够测试到电压点的设备故障检测，无法对其他原因造成的故障进行检测。

需要在现场采用一种故障检测设备与诊断系统，帮助现场运维人员根据不同的故障类型，从不同的方面进行故障诊断，确定集抄故障的成因，给出快速有效低成本的解决方案。将故障信息与导致故障的原因建立信息库，对不同台区的数据库进行整体管控，运用智能化数据处理算法结合故障原因，帮助电力公司针对低压抄表系统的现场用电环境与设备确定优化方向。通过故障诊断确定当前集抄系统中采用的方案是否为最适合当前台区用电环境下的抄表方案。通过故障检测进行故障率的统计，有助于筛选发生故障最少的设备方案。低压抄表故障检测设备对于协助分析和预测整个电网集抄应用系统设备故障原因与故障设备管理是非常有意义的。

4故障智能诊断分析设备故障诊断方法

集抄通信故障智能诊断分析设备具备模块故障原因检测功能，具有电力线载波信道噪声与阻抗测试与分析功能。不仅仅能够诊断抄表通信设备故障，还可以综合诊断通信信道环境质量。

对于低压抄表系统现场设备故障的检测通常分为如下几个步骤：故障设备目的台区确认、设备故障检测、故障信息识别、故障信息诊断、故障信息入库。设备故障检测是故障信息数据的主要来源，现场运维人员首先确认出现故障的台区信息以及设备地址，然后携带故障诊断分析设备到现场进行故障检测。检测设备与诊断系统会根据检测的对象来进行对应的故障识别与分析，并将检测的故障信息上传到故障信息库中，同时形成故障诊断日志。

以下举例说明利用低压抄表通信故障智能诊断分析设备进行故障检测盒诊断的方法与过程。当台区出现抄表效果不理想的情况时，现场运维人员首先根据台区整体抄表情况进行判断，当前台区抄表结果如果是大面积抄收失败，首先确认集中器端上下行链路是否功能正常。网络中各个节点将抄读的数据传输到集中器端，集中器通过GPRS上行通道将数据发送到主站。如果台区大面积抄表失败，首先诊断集中器GPRS通路是否正常，主站端会通过检测集中器是否在线来确定集中器是否处于正常工作状态，如果集中器离线，则说明集中器上行链路出现故障，需要对集中器上行链路进行故障检测并确认故障原因。采用专用的可进行GPRS通信的故障检测设备，在集中器端与主站进行通信，检测当前位置无线信号的强度，如果可以流畅的与主站通信且无线信号强度较好，则说明当前位置GPRS信号可正常通信，集中器上行通信通道是正常的;再进行集中器的SIM卡故障诊断，将SIM插入到专用故障诊断设备中，通过AT指令进行通信，如果SIM可以正常进行指令应答，则说明SIM功能正常，如果SIM卡没有正常回应，则说明SIM卡故障，更换SIM即可解决问题。如果GPRS通路通信正常、SIM卡功能正常，而集中器无法正常在线，则说明集中器设备主体功能异常，需要进一步检修或者更换集中器终端设备。如果GPRS通信正常、SIM卡功能正常而且集中器又可以正常在线，则说明集中器上行链路通道功能正常。如果上行链路均正常而主站抄收数据仍然不完整，就说明非集中器通路问题，则需要针对本地通信模块进行故障检测，确认下行链路功能是否存在故障。

下行链路故障检测首先针对路由模块进行检测，路由模块的基本检测内容通常包括电源部分、引脚状态、串口通信功能、载波通信等主要功能模块的检测。将待测试路由模块插到故障诊断设备上，操作相应指令对路由模块进行功能测试。首先检测电源部分，如果电源部分工作异常，则说明电源供电异常，将诊断测试结果上传到故障信息库，同时更换或者维修相应的模块，通常电网中过压会引起电源故障。

如果电源功能正常，则设备发送相应指令进行串口通信功能检测，如果串口无法正常通信，则说明路由模块故障，将此次诊断信息记录到故障信息库，同时记录模块厂家、损坏功能部位以及损坏原因。如果路由模塊电源、串口通信等功能正常，再针对载波通信模块部分进行测试，采用集抄故障智能检测与诊断设备与故障模块进行通信，设备上集成了标准模块，可以测试通信性能，来确认通信收发功能是否正常且性能是否符合要求。如果测试结果提示载波发送异常，则有可能是发送电路损坏，则将测试结果发送到故障信息库，智能诊断分析设备会结合经验信息库进行故障原因诊断，通常容性负载过重时或者电网过压时容易造成发送电路如PA器件的损坏。

如果路由的载波通信收发功能性能正常，则针对通信信道进行排查，确认是否是信道噪声过大或者衰减严重影响了通信性能。集抄故障智能诊断分析设备具备现场噪声采集分析的功能，将设备接入到待测试节点处进行噪声采集并针对需要分析的通信频段进行测量与分析，确认当前信道是否存在严重影响载波通信的噪声，并将噪声测试结果与阻抗测试结果纳入到故障信息库中，构建智能数据处理分析源，采用人工智能相关算法如深度学习算法可以挖掘数据之间的多层次关联关系。

将数据挖掘技术用于故障诊断系统中，将故障特征和故障分类进行联系确定相应的对应关系，故障信息库会依据统计的故障类型进行故障原因分类，针对不同的故障原因，结合台区出故障的模块数量进行综合统计分析。根据故障类型进行不同的故障处理，同时结合故障诊断分析的结果给出故障台区集抄运维优化方案，比如多数硬件模块故障都是同一个厂商的模块，那么将会向此方案厂商提出应对解决办法，促进方案厂家进行设计方案优化，以更好地适应电网环境。比如检测结果提示GPRS上行信道信号不好，则考虑更换运营商方案，检测结果提示某厂家载波发送电路批量出现故障，则考虑更换载波方案。文献[12]中建立的诊断系统是通过获取前置机数据来进行故障分析，并取得了良好的效果，但是此系统不适用于现场一线运维人员的使用，故障诊断结果的下放会存在一定的延迟，从而不能够及时对产生故障的原因进行确认并解决故障问题。将故障检测设备与故障诊断系统相结合使用，会进一步提高现场运维的效率。

利用集抄通信故障智能诊断设备进行故障检测与诊断分析流程如图1所示。

5结束语

本文针对用电信息采集系统中出现故障的设备故障检测与诊断方法进行了改进，提出利用集抄通信故障智能诊断分析设备和诊断系统相结合的方式进行故障检测与诊断分析，采用专用设备进行故障检测与分析不仅仅对于提升整体运维效率、降低运维成本有重要的意义，还将运维过程故障的检测与诊断结果进行汇总，并对故障成因进行分析与分类，结合人工智能数据处理方法对故障原因进行诊断分析，使得用电信息采集系统应用中对现场故障问题的解决可以采用更有针对性的处理方案，不仅仅能够提高整体运维质量，还可以帮助促进现场集抄方案性能的优化，提升用电信息采集系统的整体抄表性能。