采集器現場綜合模擬故障判斷裝置

馮亮 金雅珍 余鋒

摘 要：本文首先介紹采集器在現場使用中遇到的各類故障、分析故障起因，研究采集器現場模擬故障判斷裝置的設計方案、硬件功能模組及軟件結構和作業流程。分析采集器各類故障產生時電網環境發生的變化，故障模擬裝置上也能產生相應的變化或各類模擬干擾信號，在相同的測試條件下，得出采集器的最終故障原因。本實用模擬國家智能電網中用電信息采集終端，在實際的用電環境中受到各種用電負荷所產生的多種干擾信號情況下，對采集器的工作運行情況進行檢測和監控。

關鍵詞：采集器；電網環境；故障檢測

國家智能電網中用電信息采集終端在現場抄收用電信息的時候，經常會遇到通信鏈路中斷導致通信中斷或者通信不穩定，無法及時抄收用電信息的情況。將“故障”采集器拆除帶回計量中心檢測后發現其中一部分采集器在實驗室進行采集試驗的狀態下工作還是正常的，而有的采集器則已經損壞，不能工作了。是什么原因導致現場采集條件下，用戶現場的采集器會出現現場通信中斷的情況目前還不是很清楚，但是大致可以將其歸納為如下幾種可能：

（1）采集器出廠質量不過關導致采集器長時間運行時會出現頻繁死機情況。與大部分的電子設備一樣，由于程序優化不夠或電子器件本身有質量問題，在長時間的運行過程中，尤其是環境惡劣的條件下，比如高溫等條件下，采集器系統會進入程序死循環或者一些信號電路不工作了，導致采集器不能正常工作。

（2）采集器裝設現場電磁干擾信號很強，對內部電子電路產生很強的干擾，有高次諧波或者奇次諧波。非線性負荷時產生電網高次諧波的主要原因，也是影響電網負荷質量的一個主要因素，對電網中的負荷儀器儀表及電子設備的影響比較大，采集器也是一樣，也容易受到高次諧波的干擾而導致采集器停止工作或工作不正常。

（3）有高壓或浪涌。當電網遭受雷擊的時候，這時電網上會瞬時疊加了一個高電壓信號，雖然是瞬時性的，但是對電網設備還是有一定的危害，如果用電設備沒有防過電壓和浪涌穿透性電壓的保護或保護起不到作用，則會損壞用電設備絕緣。而采集器就并聯在電網上運行，所以采集器必須有一定的抗短時過電壓及抗浪涌電壓的能力。

（4）電網電壓大幅度波動。當有大型用電設備如電動機等啟動運行的時候所需的啟動電流比較大，如大型空調、電機等，這是因為電網上的電壓波動會比較大，在用電高峰期間，電網電壓的幅度波動甚至還會達到20%以上。電網電壓的大幅度波動也會對用電設備及采集器電子電路的部分工作造成一定的影響，甚至在電網電壓低于一定值的時候，用電設備還會停止運行，采集器也不能例外。

（5）電壓大幅度跌落。電網中非線性的電力負載會影響電網電壓波形質量，電壓跌落現象也是其中的一種，其危害是會對電子設備程序數據有沖擊，干擾電子設備正常運行數據，嚴重時還會造成電子設備錯誤工作或死機。

（6）瞬變電磁場干擾。凡是有感性或者容性電力負載的地方就會有磁場，有電流流過的地方也會產生磁場，所以在我們生活的每一個地方都有磁場。由于電磁感應原理，磁場還可以相互耦合，形成電磁-磁電轉換，這也是設備容易受電磁干擾的原因。

1 采集器現場模擬故障判斷裝置的設計思路

采集器現場模擬故障判斷裝置就是為了排除上述故障原因，模擬采集器在用戶現場的實際用電環境，用于測量與監控采集器在受到各種模擬干擾下的工作情況，對干擾下的采集器狀態進行分析。

裝置的組成：帶諧波功能的程控源、浪涌發生器、高壓發生器、電壓跌落裝置、載波抄收模塊、模擬主站、磁場發生器、測試軟件及20工位電表與20表位采集器掛表架等一些其他的輔助功能模塊。

2 技術特點

（1）組網測試，完全模擬現場環境條件運行

裝置通過集中器、采集器、電能表（實際單相電能表）組網的方式對采集器進行測試，最接近現場運行方式，不但可以實際測試采集器的性能，同時還測試了集中器的性能。

（2）測試功能全面

成套模擬裝置既可以進行組網測試，又可以通過載波抄控器直接對采集器進行測試。可自動進行集中抄表終端功能的測試，包括參數設置、運行數據采集、運行數據處理、任務上報、數據轉發等多種測試功能。

（3）測試效率高

所有表位采用并行通信、并行測試，測試效率高。

3 采集器控制系統

采集器和單相電能表采用雙路直流電源，多個采集器采集通道通過集中器集中，功率源對所有采集到的電壓和電流集中運算，整個系統通信采用485總線通信。

4 采集器故障模擬系統控制說明

采集終端、功能測耗、信號源發生器通過串行485線接到24路串口服務器，再經過交換機網絡通信到控制主機，串口服務器交換主機采用網絡連接。

（1）GPS模塊采用計算機本身帶的串行口；

（2）每表位一路紅外，且每個表位的紅外串口是獨立的；

（3）每表位兩路485，且每個表位的每一路485對應串口都是獨立的；

（4）耗測試儀配置前3個表位；

（5）載波模塊只有一個，對應一個串行口，但是可以與每個表位通信（如果終端有載波功能的話）；

（6）信號源用一個串口，用于控制整個臺子的電壓。

5 結束語

采集器模擬故障系統模擬現場過電壓、浪涌電壓、瞬變電磁干擾等，電動機負荷電流過大引起的高次諧波等干擾條件，為采集器通信中斷提供分析依據。

參考文獻

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