故障智能診斷設備與方法在集抄運維中的應用

陳育培 姜雪嬌 吳民 鐘磊 吳達雷 陳龍瑾 孫延松 黃開來 王曉輝 董海濤

摘要：在低壓自動抄表系統(tǒng)中，會出現(xiàn)不同原因引起的設備故障問題，集抄設備發(fā)生故障對整個抄表系統(tǒng)的抄表效率會帶來較大的影響。要求運維人員能夠快速及時確認故障原因，進行故障設備維護，提高集抄系統(tǒng)的采集成功率，使集抄系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。采用集抄通信故障智能診斷設備能夠提高運維人員的故障排查效率，故障信息庫的建立有助于對故障成因進行分析與分類，將故障診斷設備與采用人工智能算法的故障診斷系統(tǒng)相結合使用對現(xiàn)場故障問題的解決實施有針對性的處理方案，提高運維質(zhì)量。

關鍵詞：集抄;運維;故障檢測設備;智能診斷系統(tǒng)

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0165-03

1概述

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，低壓抄表系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的作用舉足輕重，是智能電網(wǎng)穩(wěn)定可靠數(shù)據(jù)采集的基礎。低壓抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性、通信數(shù)據(jù)的可靠性對于智能電網(wǎng)的功能實現(xiàn)有著至關重要的作用。如何快速有效解決現(xiàn)場低壓抄表系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障問題也成為低壓抄表系統(tǒng)運維工作的一個重要議題。

集抄系統(tǒng)通常由服務器、信道和終端設備三部分組成，現(xiàn)場運維人員主要面向的是信道和終端設備的維護與故障檢測。供電企業(yè)要求集抄終端設備的日采集成功率達到99.95%以上為合格，由于集抄系統(tǒng)故障問題排查的不夠及時以及故障原因無法正確快速有效的確定，導致集抄日采集合格率無法完全保證，嚴重影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)分析，當前導致日成功率下降的因素中70%是來自于集抄系統(tǒng)設備與信道故障。如何快速幫助運維人員解決故障檢測問題、高效快速確定故障原因是當前提升集抄系統(tǒng)抄表成功率急需解決的一個問題。

有一些專家提出來一些用于集抄系統(tǒng)故障檢測的方法，中分析了當前集抄系統(tǒng)的一些問題現(xiàn)狀以及出現(xiàn)故障的原因，但并未給出一種高效故障檢測與有效故障分析的方法，也未提及針對故障檢測所采用的專業(yè)設備。因此針對集抄系統(tǒng)通信設備的故障檢測與診斷使用專用的檢測設備是非常有意義且有必要的。

2低壓抄表系統(tǒng)故障特點與分類

當前低壓抄表系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)節(jié)出現(xiàn)的集抄故障問題主要可以分為以下幾類。

一是管理故障，管理故障通常是現(xiàn)場施工帶來的故障，如預購電失敗、采集終端抄表數(shù)據(jù)為空等，還有臺區(qū)檔案劃分錯誤，導致屬于本臺區(qū)的表無法正常抄讀回來。

二是通信信道故障，對載波方案而言表現(xiàn)為電力線載波通信故障，通信信道不穩(wěn)定，電力線載波信道受到較大的噪聲干擾影響，電力線載波信道環(huán)境負載的變化等，對通信性能帶來影響，導致抄表鏈路的不穩(wěn)定;對于無線和雙模方案則表現(xiàn)為無線通信故障，無線信道容易受到障礙物阻擋、其他同頻無線設備干擾等，在一定的應用場景下會造成通信距離短、通信鏈路不穩(wěn)定，最終影響抄表效果;RS485抄表方案表現(xiàn)為485通道斷路、接口錯誤等。這類故障問題往往是終端設備、電能表以及載波模塊、采集器之間的通信故障，帶來的故障表現(xiàn)主要為某一個數(shù)據(jù)項抄讀為空，抄表曲線數(shù)據(jù)不完整，整個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)項抄讀合格率不滿足要求等。

三是設備損壞故障，由于電網(wǎng)中用電設備的不規(guī)范，會存在較多大功率的設備，產(chǎn)生電壓非常高的噪聲，對一些設備產(chǎn)生影響，造成設備損壞，還有一些設備在設計時由于元器件設計缺陷，在現(xiàn)場使用過程中損壞，通常這種影響是對用采設備上的某一模塊造成損壞從而引發(fā)抄表故障。會造成某一個電表下的載波設備完全離網(wǎng)或者一直無法抄讀表端數(shù)據(jù)。

在集抄系統(tǒng)中，無論是哪種原因引起的故障，最終的表現(xiàn)都是集抄系統(tǒng)抄表數(shù)據(jù)成功率不達標，嚴重影響了電力系統(tǒng)用電側的穩(wěn)定運行。

3集抄通信故障智能診斷設備的意義

針對2中所述不同故障原因，需要一個智能化故障檢測設備來協(xié)助現(xiàn)場維護人員快速有效診斷出當前影響抄表性能的故障類型與原因，提出相應的解決措施，盡快恢復抄表鏈路和網(wǎng)絡的通暢，保證全網(wǎng)抄表的成功率和數(shù)據(jù)傳輸效率。原有傳統(tǒng)的低壓抄表系統(tǒng)出現(xiàn)故障，沒有有效的設備去協(xié)助進行故障檢測，通常采用的辦法就是運維人員帶著不同的新的模塊到現(xiàn)場去直接更換模塊，通過插拔不同的設備模塊來確認是哪一個設備產(chǎn)生了故障，無法去進一步細分導致故障的原因，直接更換模塊會帶來運維成本的增加，而且模塊故障原因不確定就隨意更換不利于低壓抄表系統(tǒng)設備模塊的管控。在故障模塊被替換后沒有故障原因分析措施，無法有針對性的對故障問題進行改善和預防，不利于整個集抄系統(tǒng)和臺區(qū)建設的改善。而且當故障節(jié)點密度較大時，會存在運維人員不足而導致運維工作力度不夠。也有通過非專用檢測設備如萬用表等進行模塊電壓測試，通過電壓測試結果來確認模塊是否存在故障，這種方式在現(xiàn)場操作會帶來一定的安全隱患，而且需要運維人員具備一定的專業(yè)知識來判斷當前是否是故障，這種操作方式僅限于能夠測試到電壓點的設備故障檢測，無法對其他原因造成的故障進行檢測。

需要在現(xiàn)場采用一種故障檢測設備與診斷系統(tǒng)，幫助現(xiàn)場運維人員根據(jù)不同的故障類型，從不同的方面進行故障診斷，確定集抄故障的成因，給出快速有效低成本的解決方案。將故障信息與導致故障的原因建立信息庫，對不同臺區(qū)的數(shù)據(jù)庫進行整體管控，運用智能化數(shù)據(jù)處理算法結合故障原因，幫助電力公司針對低壓抄表系統(tǒng)的現(xiàn)場用電環(huán)境與設備確定優(yōu)化方向。通過故障診斷確定當前集抄系統(tǒng)中采用的方案是否為最適合當前臺區(qū)用電環(huán)境下的抄表方案。通過故障檢測進行故障率的統(tǒng)計，有助于篩選發(fā)生故障最少的設備方案。低壓抄表故障檢測設備對于協(xié)助分析和預測整個電網(wǎng)集抄應用系統(tǒng)設備故障原因與故障設備管理是非常有意義的。

4故障智能診斷分析設備故障診斷方法

集抄通信故障智能診斷分析設備具備模塊故障原因檢測功能，具有電力線載波信道噪聲與阻抗測試與分析功能。不僅僅能夠診斷抄表通信設備故障，還可以綜合診斷通信信道環(huán)境質(zhì)量。

對于低壓抄表系統(tǒng)現(xiàn)場設備故障的檢測通常分為如下幾個步驟：故障設備目的臺區(qū)確認、設備故障檢測、故障信息識別、故障信息診斷、故障信息入庫。設備故障檢測是故障信息數(shù)據(jù)的主要來源，現(xiàn)場運維人員首先確認出現(xiàn)故障的臺區(qū)信息以及設備地址，然后攜帶故障診斷分析設備到現(xiàn)場進行故障檢測。檢測設備與診斷系統(tǒng)會根據(jù)檢測的對象來進行對應的故障識別與分析，并將檢測的故障信息上傳到故障信息庫中，同時形成故障診斷日志。

以下舉例說明利用低壓抄表通信故障智能診斷分析設備進行故障檢測盒診斷的方法與過程。當臺區(qū)出現(xiàn)抄表效果不理想的情況時，現(xiàn)場運維人員首先根據(jù)臺區(qū)整體抄表情況進行判斷，當前臺區(qū)抄表結果如果是大面積抄收失敗，首先確認集中器端上下行鏈路是否功能正常。網(wǎng)絡中各個節(jié)點將抄讀的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅鞫耍衅魍ㄟ^GPRS上行通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站。如果臺區(qū)大面積抄表失敗，首先診斷集中器GPRS通路是否正常，主站端會通過檢測集中器是否在線來確定集中器是否處于正常工作狀態(tài)，如果集中器離線，則說明集中器上行鏈路出現(xiàn)故障，需要對集中器上行鏈路進行故障檢測并確認故障原因。采用專用的可進行GPRS通信的故障檢測設備，在集中器端與主站進行通信，檢測當前位置無線信號的強度，如果可以流暢的與主站通信且無線信號強度較好，則說明當前位置GPRS信號可正常通信，集中器上行通信通道是正常的;再進行集中器的SIM卡故障診斷，將SIM插入到專用故障診斷設備中，通過AT指令進行通信，如果SIM可以正常進行指令應答，則說明SIM功能正常，如果SIM卡沒有正?；貞瑒t說明SIM卡故障，更換SIM即可解決問題。如果GPRS通路通信正常、SIM卡功能正常，而集中器無法正常在線，則說明集中器設備主體功能異常，需要進一步檢修或者更換集中器終端設備。如果GPRS通信正常、SIM卡功能正常而且集中器又可以正常在線，則說明集中器上行鏈路通道功能正常。如果上行鏈路均正常而主站抄收數(shù)據(jù)仍然不完整，就說明非集中器通路問題，則需要針對本地通信模塊進行故障檢測，確認下行鏈路功能是否存在故障。

下行鏈路故障檢測首先針對路由模塊進行檢測，路由模塊的基本檢測內(nèi)容通常包括電源部分、引腳狀態(tài)、串口通信功能、載波通信等主要功能模塊的檢測。將待測試路由模塊插到故障診斷設備上，操作相應指令對路由模塊進行功能測試。首先檢測電源部分，如果電源部分工作異常，則說明電源供電異常，將診斷測試結果上傳到故障信息庫，同時更換或者維修相應的模塊，通常電網(wǎng)中過壓會引起電源故障。

如果電源功能正常，則設備發(fā)送相應指令進行串口通信功能檢測，如果串口無法正常通信，則說明路由模塊故障，將此次診斷信息記錄到故障信息庫，同時記錄模塊廠家、損壞功能部位以及損壞原因。如果路由模塊電源、串口通信等功能正常，再針對載波通信模塊部分進行測試，采用集抄故障智能檢測與診斷設備與故障模塊進行通信，設備上集成了標準模塊，可以測試通信性能，來確認通信收發(fā)功能是否正常且性能是否符合要求。如果測試結果提示載波發(fā)送異常，則有可能是發(fā)送電路損壞，則將測試結果發(fā)送到故障信息庫，智能診斷分析設備會結合經(jīng)驗信息庫進行故障原因診斷，通常容性負載過重時或者電網(wǎng)過壓時容易造成發(fā)送電路如PA器件的損壞。

如果路由的載波通信收發(fā)功能性能正常，則針對通信信道進行排查，確認是否是信道噪聲過大或者衰減嚴重影響了通信性能。集抄故障智能診斷分析設備具備現(xiàn)場噪聲采集分析的功能，將設備接入到待測試節(jié)點處進行噪聲采集并針對需要分析的通信頻段進行測量與分析，確認當前信道是否存在嚴重影響載波通信的噪聲，并將噪聲測試結果與阻抗測試結果納入到故障信息庫中，構建智能數(shù)據(jù)處理分析源，采用人工智能相關算法如深度學習算法可以挖掘數(shù)據(jù)之間的多層次關聯(lián)關系。

將數(shù)據(jù)挖掘技術用于故障診斷系統(tǒng)中，將故障特征和故障分類進行聯(lián)系確定相應的對應關系，故障信息庫會依據(jù)統(tǒng)計的故障類型進行故障原因分類，針對不同的故障原因，結合臺區(qū)出故障的模塊數(shù)量進行綜合統(tǒng)計分析。根據(jù)故障類型進行不同的故障處理，同時結合故障診斷分析的結果給出故障臺區(qū)集抄運維優(yōu)化方案，比如多數(shù)硬件模塊故障都是同一個廠商的模塊，那么將會向此方案廠商提出應對解決辦法，促進方案廠家進行設計方案優(yōu)化，以更好地適應電網(wǎng)環(huán)境。比如檢測結果提示GPRS上行信道信號不好，則考慮更換運營商方案，檢測結果提示某廠家載波發(fā)送電路批量出現(xiàn)故障，則考慮更換載波方案。文獻[12]中建立的診斷系統(tǒng)是通過獲取前置機數(shù)據(jù)來進行故障分析，并取得了良好的效果，但是此系統(tǒng)不適用于現(xiàn)場一線運維人員的使用，故障診斷結果的下放會存在一定的延遲，從而不能夠及時對產(chǎn)生故障的原因進行確認并解決故障問題。將故障檢測設備與故障診斷系統(tǒng)相結合使用，會進一步提高現(xiàn)場運維的效率。

利用集抄通信故障智能診斷設備進行故障檢測與診斷分析流程如圖1所示。

5結束語

本文針對用電信息采集系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的設備故障檢測與診斷方法進行了改進，提出利用集抄通信故障智能診斷分析設備和診斷系統(tǒng)相結合的方式進行故障檢測與診斷分析，采用專用設備進行故障檢測與分析不僅僅對于提升整體運維效率、降低運維成本有重要的意義，還將運維過程故障的檢測與診斷結果進行匯總，并對故障成因進行分析與分類，結合人工智能數(shù)據(jù)處理方法對故障原因進行診斷分析，使得用電信息采集系統(tǒng)應用中對現(xiàn)場故障問題的解決可以采用更有針對性的處理方案，不僅僅能夠提高整體運維質(zhì)量，還可以幫助促進現(xiàn)場集抄方案性能的優(yōu)化，提升用電信息采集系統(tǒng)的整體抄表性能。