結合量化對比法的“多表合一”遠程采集失敗成因分析與歸類

周 彬

(國網上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122)

“多表合一”指利用現有電業(yè)用電信息采集系統(tǒng)[1]，將燃氣、自來水銷售企業(yè)、供熱企業(yè)安裝的智能氣、水表、熱力表接入采集系統(tǒng)[2]，實現與電能表同步遠程采集。上海地區(qū)“多表合一”建設主要通過加裝無線通信協(xié)議轉換器或通過敷設M-Bus線將智能氣表、智能水表接入現有采集系統(tǒng)集中器(以下簡稱集中器)、采集器(如圖1所示)。

目前電業(yè)采集系統(tǒng)在遠程采集電能表數據方面已比較成熟，日采集成功率達99%，而對智能氣、水表的采集剛剛起步進入運維階段，日采集成功率不高。在對“多表合一”建設階段進行的初步探討中，文獻[3]介紹了氣、水表數據轉換器及實驗室調試分析手段，文獻[4]討論了在單個小區(qū)中建立孤島運行的三表合抄系統(tǒng)，文獻[5-10]討論了各種“多表合一”通信技術方案與其利弊，也開始關注各類氣、水表采集失敗問題。盡管對于電能表遠程采集的失敗原因分析探討已較多，但這些經驗不完全適用于氣、水表的遠程采集環(huán)境。

本文基于上海市浦東地區(qū)“多表合一”運維與實用化工作實務，結合設備運行數據量化對比分析作為手段，歸納針對燃氣表、水表遠程采集的各類采集失敗原因。

圖1 上海浦東地區(qū)“多表合一”采集方案架構

1 量化比對推斷

通過對每日采集設備運行狀態(tài)數據與部分采集獲得數據的加工、分析比對，生成對各類采集失敗異常原因的初步推斷，形成一定對應關系，便于后續(xù)的消缺工單合并與派工處理效率的提高。假設所監(jiān)測氣、水表(以下簡稱表計)都曾采集成功，相應統(tǒng)計周期內暫未發(fā)生新立戶或銷戶，所使用的量化對比判別式及變量有：

R1x=XNx/FNx

(1)

式中R1x——集中器x的檔案下達率，%；FNx——集中器x下的計劃氣、水表檔案記錄條數；XNx——下發(fā)至集中器x內的氣、水表檔案記錄條數。僅當計劃內氣、水用表計發(fā)生變更時FNx、XNx發(fā)生變化。

(2)

式中S1x——集中器x的采集成功表計數標準差；Gxm為集中器x在第m日0點的采集成功表計數；集中器下n日內平均抄通表計數A=Average(Gxm)，m∈[1，n]。

將式(2)中集中器替換為單個協(xié)議轉換器，可變?yōu)镾1，x，對應協(xié)議轉換器x的采集成功表計數標準差。

(3)

M=Max(Gxm)，m∈[1，n]

式中S2x——集中器x采集成功表計數與統(tǒng)計期n日內最大抄通表數的偏差程度；M——集中器下n日內最大抄通表計數。

將式(3)中集中器替換為單個協(xié)議轉換器，可變?yōu)镾2′x，對應協(xié)議轉換器x的上述偏差。

r1x=Cxm/HCxm

(4)

式中r1x——協(xié)議轉換器x的對照手持抄表終端的采集成功比率，%；Cxm——協(xié)議轉換器x成功采集并存儲的第m日0點下屬表計示數的表數；HCxm——手持抄表終端成功獲取的協(xié)議轉換器x下屬表計m日0點凍結值的表數。

r2x=BExm/K

(5)

式中r2x——氣、水表x的通信電池足壓率，%；BExm——第m日采集獲取的表計電池電壓值；K為表計通信必需的電池電壓臨界值。

r3x=Cxm/DNx

(6)

式中r3x——協(xié)議轉換器x對下屬表計的采集成功率，%；DNx——集中器內存儲的該協(xié)議轉換器下的表計檔案數量。

r4x=PNxm/DNx

(7)

式中r4x——協(xié)議轉換器x下屬表計的檔案完整率，%；PNxm——第m日該協(xié)議轉換器下的表計檔案數量。

2 成因分析

根據上海市浦東地區(qū)的“多表合一”采集運維工作實踐，結合量化對比指征，去除與電能表采集共有的采集失敗原因，智能氣、水表采集特有的失敗原因可歸結為四大類：設備故障異常、方案配置不當、信息管理疏漏、安裝工藝不當。

2.1 設備故障異常

在設備硬件符合供貨標準要求，供貨配送前經過系統(tǒng)性檢測的前提下，設備故障異常一般是在特定通信環(huán)境下或在特定條件下觸發(fā)的運行異?；蚬收贤Ｖ构ぷ?。設備故障異常主要包含：集中器異常，協(xié)議轉換器故障，智能氣、水表側故障異常。

2.1.1智能氣、水表側故障

與氣、水表遠程采集用量示數密切相關的表計故障主要有兩類。

(1)智能氣、水表時鐘異常，即智能氣、水表自身的電子計時模塊中存儲值異常。該類問題由元器件質量造成的概率極小，多是由于智能表計中的時間值被人為錯誤改寫造成。當其他便攜式運維抄表終端自身時鐘電池欠壓且未到例行校時周期時，會導致便攜終端自身時鐘錯誤，在抄表時將智能氣、水表時鐘賦值錯誤。每日當采集設備執(zhí)行遠程抄讀表計日凍結示值任務時，這些智能氣、水表的通信模塊時鐘值錯誤，處于省電休眠時段，不對協(xié)議轉換器例行抄讀命令做出響應。量化比對指征呈現：采集失敗日前r2x>=1；失敗日Cxm=0；r1x<1；

(2)智能氣、水表通信模塊故障。依據燃氣、水務企業(yè)對消缺排查結果的反饋，90%的故障為智能氣、水表內通信模塊電源電池欠壓。以上海市浦東地區(qū)的智能氣表為例，其鋰電池電壓為3 V時是其通信模塊正常工作所需的最低電壓，當電壓值<2.5 V時，表計無線通信模塊無法通信。部分智能氣表采用無線通信的智能水表運行時間較長，郭方已運行8年以上，氣、水運維人員因用戶拒換或長期無人，表計安裝在戶內而無法入戶處理，導致表計無法通信。量化比對指征呈現：采集失敗日前r2x=1；失敗日Cxm=0；r1x=1。

2.1.2集中器異常

此處集中器異常指集中器在正常運行可以抄讀電表的情況下，與抄讀氣、水表相關的內部程序、檔案存儲發(fā)生異常導致無法抄讀氣、水表。

(1)電業(yè)集中器內抄讀智能氣、水表的程序不完整。這一般是由于對集中器進行遠程程序升級時，GPRS/CDMA公網信號不穩(wěn)定或受干擾，或遠程通信模塊故障導致升級程序下載不完整。量化比對指征呈現：Gxm=0。

(2)集中器內氣、水表檔案與測量點對應關系錯亂。如集中器內氣、水表檔案對應的測量點發(fā)生錯位或重復，或氣、水表檔案發(fā)生缺失致使應抄表數少于實際值，此類原因一般是在遠程對集中器檔案參數操作時公網信號不穩(wěn)定或受干擾導致。量化比對指征呈現：r1x≠1。

2.1.3協(xié)議轉換器故障

協(xié)議轉換器故障主要體現在協(xié)議轉換器長時間工作后發(fā)生死機現象，以及協(xié)議轉換器外置天線遺失，和協(xié)議轉換器內表計檔案與集中器內表計檔案不一致。

(1)現場協(xié)議轉換器零星死機。重啟后無法實時點抄燃氣表，但轉換器內記錄集中器訪問時間正常，多為早期供貨的協(xié)議轉換器內固件程序存在缺陷，導致持續(xù)運行任務后發(fā)生異常。

(2)部分協(xié)議轉換器采用外置微功率無線天線，該天線伸出采集器保護盒或表箱外，容易遭受外力破壞。這兩種情況量化比對指征呈現：失敗日Cxm=0。

(3)集中器中氣、水表檔案完整，但協(xié)議轉換器內缺失檔案，在協(xié)議轉換器與采集器之間數據傳輸正常的前提下，由于部分中、大型載波臺區(qū)內集中器與采集器、協(xié)議轉換器的電氣線路距離較遠，中間載波信號中繼節(jié)點過少或距離過長，載波信號較弱。在設備采集任務較多的情況下，這種載波傳輸環(huán)境影響集中器下發(fā)抄讀報文，導致轉換器在設定周期內未接收到報文或未收到完整有效報文，直接造成轉換器清除遺留檔案，清除后其存儲單元內無下屬氣、水表檔案，使協(xié)議轉換器不對下屬氣、水表計進行抄讀。同樣，電力線載波通信不穩(wěn)定也會造成協(xié)議轉換器抄讀氣、水表成功后無法把抄讀數據上傳至集中器。量化比對指征呈現：r4x<1。

2.2 方案配置不當

方案配置不當指采集設備的現場安裝位置、本地信道設置與設備投用數量等方面配置不當。

(1)采用無線通信方式的協(xié)議轉換器的收發(fā)信號效果受到本地無線通信場強影響，安裝位置的選取與現場物理環(huán)境有密切關系。協(xié)議轉換器典型安裝定位都是處在住宅樓道電表箱內或強電井間內，部分居民小區(qū)房型特殊，例如單元樓層分布呈現“一”字型、“回”字型樓宇布局，采用典型采集設備配置方案對于單元樓層中處于信號衰減、屏蔽嚴重的特定位置的用戶智能表計，采集效果將受到明顯影響，經現場實測當無線通信信號強度低于60 dBm時，協(xié)議轉換器至用戶氣、水表位置信號弱，不具備抄通條件。量化比對指征呈現：采集失敗日前r2x>=1；r1x<1；r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范圍。

(2)在無線通信方案配置上，在同一物理頻段的無線通信信道的無線信號收發(fā)設備只有使用統(tǒng)一協(xié)議標準時才能通信。目前上海地區(qū)的不同生產批次的智能氣表具備兩種通信協(xié)議，在配置多表合一采集方案時必須考慮采集設備、表計協(xié)議上的兼容性。此外在采集設備配置方案上，也應在本地數據信道、集中器內存儲容量上充分考慮裕度，1臺集中器標準配置可以承載1 500個測量點的數據存儲，理論上該集中器下只能承載500戶以內的電、氣、水皆立戶裝表的用戶，必要時對大型小區(qū)需要配置多臺集中器切割用戶群。量化比對指征呈現：r1x<1；S1x、S2x超出合理范圍。

(3)在本地采集方式配置上，在集中器側對它至數據采集器之間的通信方式進行配置時，“電力線載波通信”與“RS-485”總線方式設置錯誤與實際鏈路屬性不符也將導致本地通信失敗。量化比對指征呈現：Gxm=0。

2.3 信息管理疏漏

在“多表合一”采集范圍內的設備或用戶發(fā)生變更時，信息管理責任者必須及時將變更的設備、用戶、表計信息同步至各系統(tǒng)內，并及時從用電信息采集系統(tǒng)下發(fā)至現場設備中，如果設備信息、用戶檔案、表計檔案不匹配或錯誤，將直接導致采集失敗。

(1)檔案信息交接錯誤。自來水、燃氣銷售企業(yè)與電網企業(yè)對設備資產編碼方式各異，會造成設備、表計檔案信息交接時發(fā)生錯誤。例如不同年代不同批次的氣、水表在表號位數上存在差異，需要約定統(tǒng)一規(guī)則進行截取或補充表號地址碼；又例如同一用戶在電、氣、水三方的客戶信息系統(tǒng)中地址登記采用的編排標準不同，導致在客戶信息交接時需人工干預進行比對掛接關聯，易發(fā)生錯誤關聯。量化比對指征呈現：Gxm

表1 某小區(qū)連續(xù)6日的燃氣表計采集成功數量

(2)程序版本錯誤。采集設備，如集中器內安裝的程序版本不適用于抄收智能氣、水表，僅能抄讀電表。這往往是內場操作人員遠程升級時誤將采集設備作為普通電業(yè)采集設備進行升級導致。量化比對指征呈現：Gxm=0。

(3)采集范圍內用戶檔案與設備信息更新不及時。由于氣、水銷售企業(yè)與電網企業(yè)的客戶信息系統(tǒng)是分離的，氣、水用戶的變更和表計信息的更新不定期進行系統(tǒng)推送。在推送間隔期間，如氣、水表發(fā)生更換后，相應表計信息未及時同步至電業(yè)營銷數據庫，將導致采集設備中用戶表計檔案與現場實際情況不匹配，無法采集成功。量化比對指征呈現：Cxm=0或Gxm

(4)信息登記錯誤。以協(xié)議轉換器地址碼登記錯誤為主。一般由于歸檔時轉換器地址碼登記錯誤歸檔，這一般是建設、運維檔案登記疏漏造成，導致部分表計采集不穩(wěn)定或無法抄通。量化比對指征呈現：Cxm=0或r3x<1；S1′x、S2′x超出合理范圍。

2.4 作業(yè)工藝不佳

作業(yè)工藝不佳主要由施工方責任心不強或技能素質低下造成，涵蓋電源線的引取、各類端子接頭的接觸以及通信布線的質量等方面。安裝工藝方面“多表合一”采集異于普通電表采集的方面是，當智能水表采用M-Bus有線通信方式時，M-Bus走線距離較長且需要深入用戶戶內水表安裝處，敷設過程中易造成斷線與短路使線路通信中斷或異常。量化比對指征呈現：Cxm=0或S1x、S2x超出合理范圍。

3 典型實例

上海市浦東地區(qū)某小區(qū)已實現“多表合一”，小區(qū)含3個配電網臺區(qū)，協(xié)議轉換器通過電力線窄帶載波接入采集設備，以微功率無線方式連接智能氣表，在n-1日該小區(qū)燃氣表采集成功率跌幅較大，以2018年6月中連續(xù)6日的燃氣表計采集數據(見表1)為例分析采集失敗異常。

對于集中器3xxxx23866，第n-1日Gxm=0，根據量化對比指征存在集中器端設備故障異常。經過進一步排查，發(fā)現n-2日的日間曾對該集中器遠程升級，目前召測無響應，現場排查后查實為升級程序下載不全設備死機，重啟現場升級后恢復在線。該集中器n-1日前S1=4.796，S2=6.892，表明存在其他原因導致采集成功數有小幅波動，需后續(xù)進一步監(jiān)測排查。

集中器3xxxx24141持續(xù)抄通不穩(wěn)定，統(tǒng)計期S1=2.483，S2=4.743，表明該氣表下抄通有輕微波動，但與最高抄通情形比有一定偏差，第n日中部分協(xié)議轉換器r3<1，且與燃氣提供抄表數據對比r1<1，以協(xié)議轉化器xxxxxxx67198為例(見表2)，r1=0，失敗日Cxm=0，經現場核查后發(fā)現協(xié)議轉換器故障；對于xxxxxxx67292、xxxxxxx67684等協(xié)議轉換器進一步分析其S1′、S2′后發(fā)現其下特定表計抄通不穩(wěn)定：15、23號單元的01室戶型處于樓道末端，與強電井間內的協(xié)議轉換器距離較遠，信號衰減大，屬于方案配置不當。將通過安裝信號放大中繼設備解決。后續(xù)需進一步監(jiān)測排查。

集中器3xxxx24088下自n-3日開始3塊氣表恒定失敗，且Cxm<6(該小區(qū)協(xié)議轉換器下默認配置檔案數量)，經核實原因為3塊氣表被燃氣銷售企業(yè)例行更換，檔案信息未及時同步至電業(yè)用采系統(tǒng)。

表2 第n日部分失敗氣表用戶清單

4 結語

在“多表合一”小區(qū)已完成批量建設并轉入常態(tài)化運維的背景下，通過“多表合一”各參與方需在以下三方面形成處理模式。

(1)技術和標準上，以電業(yè)抄表頻次為基準增加了水、氣表的抄表頻次，對無線表計鋰電池壽命的影響必須降低[6]，以降低設備通信故障數量；氣、水銷售企業(yè)設備在通信協(xié)議升級換代中的互聯互通問題必須克服[8]，以簡化通信方案配置復雜度。

(2)資源投入上，氣、水銷售企業(yè)需要加大投入力度以增加智能表計占比并完善智能表計資產全生命周期管理能力[11]，議定“多表合一”運維成本的分攤及相關抄表訴求的責任劃分[11]。

(3)信息共享上，三方用戶檔案信息交互機制及采集數據的長期共享機制還未形成，運維過程中的不同組織間流程銜接機制也還未制定[12]，未來信息層面的增值服務的利益分配方案也需協(xié)商[13]，以提升組織間業(yè)務信息交互的準確性、及時性和業(yè)務流程的連貫性，進而減少信息管理、現場作業(yè)水平上的問題。