电力采集终端时钟电池欠压自动对时研究

摘要：随着我国电力行业的发展，电力采集系统得到全面应用。现提出一种电力采集终端设备时钟电池欠压时自动在线校时的方法，结合应用场景，解决因使用年限等原因导致采集终端时钟电池老化欠压造成现场抄表异常的问题，从而提高电力采集终端运行的可靠性。

关键词：电力采集终端;时钟电池欠压;在线校时

0 引言

随着电力采集设备的广泛应用[1]，电力采集系统通过电力采集终端对台区电能表数据进行采集，从而实现对居民用户电量的每日监控，以便把握台区的供电情况[2]。

采集终端一般都配有时钟芯片，由时钟电池单独供电，确保台区停电后时钟芯片的正常运行。目前，市场上各集中器厂家所采用的时钟芯片在容量、功率等方面存在差异，集中器现场运行几年后，由于高低温老化和恶劣天气环境等因素影响，会有个别设备出现时钟电池欠压的现象，导致终端时间出错，从而引发台区抄表异常。当台区停电时，时钟芯片因供电不足不能正常运作，等台区恢复供电后，采集器时钟日期发生错误[3]，影响集中器抄表时冻结数据时标的判别。

本文从设计角度出发，提出了一种电力采集终端时钟电池欠压时，依托主站心跳和户表时间，实现采集终端内部时间自动在线校准的方法，降低了终端时钟错乱对用户采集率的影响，同时减少了维护人员现场作业解决故障的工作量。

1 电力采集终端对时问题概述

目前电力采集终端所采用的传统校时方法是通过主站心跳获取主站时间，然后给采集器对时，如图1所示。

这种情况实现精准对时的前提条件是主站的时间准确，其存在以下弊端：

（1）若主站时间不准确，集中器时间准确，则对时后集中器时间出错，影响抄表。

（2）随着心跳的执行，频繁对时，会不停地触发抄表任务的执行时段更新。

（3）若主站时间与实际时间差异过大，集中器强行给自身对时，会导致任务执行错乱，抄表数据的存储时标出错，进而造成数据存储出错。

（4）按照传统广播校时方法，若时间差异远远超过5 min，则无法完成对时，广播校时的修正时间范围是5 min[3]。

另外，电力采集终端还可以使用掌机通过红外通信方式对集中器进行校时，但需要维护人员到现场进行，而电力采集终端的使用环境一般比较恶劣，有的在电线桩上，有的在地下室，且常伴有高压电路，存在安全风险。这种对时方法效率很低，一般不采用。

以上校时方法并不是普遍使用的，有些厂家的集中器不采用主站时间进行对时，这类集中器一旦出现时钟电池欠压的情况，就会直接导致集中器抄表出问题，进而造成现场采集终端无法正常使用，只能及时到现场进行设备更换;且内置时钟电池都是焊死在电路板上的圆柱形电池，无法在不损坏采集设备的情况下进行更换，而各个厂家所采用的电池型号不统一，这样的终端就只能走报废流程，造成资源浪费。

2 时钟欠压在线校时策略

2.1    技术思路

（1）采集终端上行：通过主站心跳获取主站时钟，根据自身时钟和主站时钟的差异以及采集器自身的时钟电池电压是否欠压判断自身时钟是否有效。如果终端时间与主站时间相差不大，则终端时间有效，不必对时;如果终端时间与主站时间差大于设定阈值，而终端时钟电池电压正常，则主站和终端时钟都无效，需要结合户表时钟综合判断;如果终端时间与主站时间差大于阈值且终端时钟电池电压欠压，则终端时钟无效，需进一步根据户表时钟判断主站时钟是否有效。

（2）采集终端下行：集中器透抄户表时钟数据，根据户表的时间和主站的时间综合判断主站时间是否有效，最终取有效时间对采集终端进行对时，拓扑图如图2所示。如果终端时钟电池电压异常，户表时间有效，则选用户表时间进行对时。

2.2    软件设计

具体软件实现终端在线自动校时的流程图如图3所示，对时函数由主站给采集终端的对时确认帧触发，具体实现步骤如下：

（1）主站回复采集终端心跳确认帧，终端获取到主站心跳时间。

（2）终端采集时钟电池电压，判断是否欠压，若没有欠压，表明终端时钟芯片供电正常，结束对时。

（3）若终端时钟电池欠压，读取本地时钟，与主站时钟进行对比，相差大于5 min（传统电力采集系统广播校时以5 min为界限[4]，时间相差1～5 min采用广播校时，若大于5 min采用点对点对时），说明终端时钟无效，若相差小于5 min，则认为终端时钟有效，结束对时。

（4）若终端时钟无效，则立即随机读取一块户表的时钟。若读回的户表时间与主站时间一致（相差5 min以内认为时间一致），则认为主站时间有效，此时用主站时间给终端进行对时。

（5）若读回的户表时间与主站时間相差较大，则不可判断主站时间和户表时间的有效性，需要立即随机读取第二块户表的时间，如果两只户表的时间一致，则判断户表时间有效，此时用户表时间给终端对时。

（6）若两只户表的时间不一致，则认为户表时间无效，此时认为主站时间有效，采用主站时间给采集终端进行对时。

以上软件对时策略总结来说就是判断3个时间参数的有效性，分别为主站时间、终端时间、户表时间。判定条件与对应的有效时间如表1所示，哪种时钟判定为有效就采用哪个时钟给终端进行对时操作。

3 结语

本文介绍了电力采集系统常用对时方法和时钟电池欠压故障问题，针对该问题提出了更加完善的在线对时软件策略，不仅可以降低电网数据采集故障率，还能避免因时钟电池老化造成的资源浪费，且有效减少了设备现场维护工作量。

[参考文献]

[1] 杨金伟，赵华，高文龙，等.终端抄表异常的原因分析和解决方法[J].农村电工，2015，23（8）：43.

[2] 单来支，王庆，陈德伟.电力外业管理中智能移动终端的研究与应用[J].管理观察，2017（31）：27-28.

[3] 祝婧，刘水，朱亮，等.时钟同步在用电信息采集系统中的应用[J].电测与仪表，2016，53（S1）：157-159.

[4] 王鸿玺，李飞，高波，等.智能电能表时钟精准对时方法研究及应用[J].河北电力技术，2020，39（2）：22-25.

收稿日期：2021-07-20

作者简介：张书杰（1994—），男，河南郑州人，硕士，研究方向：电力智能采集系统。