電力采集終端時鐘電池欠壓自動對時研究

摘要：隨著我國電力行業的發展，電力采集系統得到全面應用。現提出一種電力采集終端設備時鐘電池欠壓時自動在線校時的方法，結合應用場景，解決因使用年限等原因導致采集終端時鐘電池老化欠壓造成現場抄表異常的問題，從而提高電力采集終端運行的可靠性。

關鍵詞：電力采集終端;時鐘電池欠壓;在線校時

0 引言

隨著電力采集設備的廣泛應用[1]，電力采集系統通過電力采集終端對臺區電能表數據進行采集，從而實現對居民用戶電量的每日監控，以便把握臺區的供電情況[2]。

采集終端一般都配有時鐘芯片，由時鐘電池單獨供電，確保臺區停電后時鐘芯片的正常運行。目前，市場上各集中器廠家所采用的時鐘芯片在容量、功率等方面存在差異，集中器現場運行幾年后，由于高低溫老化和惡劣天氣環境等因素影響，會有個別設備出現時鐘電池欠壓的現象，導致終端時間出錯，從而引發臺區抄表異常。當臺區停電時，時鐘芯片因供電不足不能正常運作，等臺區恢復供電后，采集器時鐘日期發生錯誤[3]，影響集中器抄表時凍結數據時標的判別。

本文從設計角度出發，提出了一種電力采集終端時鐘電池欠壓時，依托主站心跳和戶表時間，實現采集終端內部時間自動在線校準的方法，降低了終端時鐘錯亂對用戶采集率的影響，同時減少了維護人員現場作業解決故障的工作量。

1 電力采集終端對時問題概述

目前電力采集終端所采用的傳統校時方法是通過主站心跳獲取主站時間，然后給采集器對時，如圖1所示。

這種情況實現精準對時的前提條件是主站的時間準確，其存在以下弊端：

（1）若主站時間不準確，集中器時間準確，則對時后集中器時間出錯，影響抄表。

（2）隨著心跳的執行，頻繁對時，會不停地觸發抄表任務的執行時段更新。

（3）若主站時間與實際時間差異過大，集中器強行給自身對時，會導致任務執行錯亂，抄表數據的存儲時標出錯，進而造成數據存儲出錯。

（4）按照傳統廣播校時方法，若時間差異遠遠超過5 min，則無法完成對時，廣播校時的修正時間范圍是5 min[3]。

另外，電力采集終端還可以使用掌機通過紅外通信方式對集中器進行校時，但需要維護人員到現場進行，而電力采集終端的使用環境一般比較惡劣，有的在電線樁上，有的在地下室，且常伴有高壓電路，存在安全風險。這種對時方法效率很低，一般不采用。

以上校時方法并不是普遍使用的，有些廠家的集中器不采用主站時間進行對時，這類集中器一旦出現時鐘電池欠壓的情況，就會直接導致集中器抄表出問題，進而造成現場采集終端無法正常使用，只能及時到現場進行設備更換;且內置時鐘電池都是焊死在電路板上的圓柱形電池，無法在不損壞采集設備的情況下進行更換，而各個廠家所采用的電池型號不統一，這樣的終端就只能走報廢流程，造成資源浪費。

2 時鐘欠壓在線校時策略

2.1 ? ?技術思路

（1）采集終端上行：通過主站心跳獲取主站時鐘，根據自身時鐘和主站時鐘的差異以及采集器自身的時鐘電池電壓是否欠壓判斷自身時鐘是否有效。如果終端時間與主站時間相差不大，則終端時間有效，不必對時;如果終端時間與主站時間差大于設定閾值，而終端時鐘電池電壓正常，則主站和終端時鐘都無效，需要結合戶表時鐘綜合判斷;如果終端時間與主站時間差大于閾值且終端時鐘電池電壓欠壓，則終端時鐘無效，需進一步根據戶表時鐘判斷主站時鐘是否有效。

（2）采集終端下行：集中器透抄戶表時鐘數據，根據戶表的時間和主站的時間綜合判斷主站時間是否有效，最終取有效時間對采集終端進行對時，拓撲圖如圖2所示。如果終端時鐘電池電壓異常，戶表時間有效，則選用戶表時間進行對時。

2.2 ? ?軟件設計

具體軟件實現終端在線自動校時的流程圖如圖3所示，對時函數由主站給采集終端的對時確認幀觸發，具體實現步驟如下：

（1）主站回復采集終端心跳確認幀，終端獲取到主站心跳時間。

（2）終端采集時鐘電池電壓，判斷是否欠壓，若沒有欠壓，表明終端時鐘芯片供電正常，結束對時。

（3）若終端時鐘電池欠壓，讀取本地時鐘，與主站時鐘進行對比，相差大于5 min（傳統電力采集系統廣播校時以5 min為界限[4]，時間相差1～5 min采用廣播校時，若大于5 min采用點對點對時），說明終端時鐘無效，若相差小于5 min，則認為終端時鐘有效，結束對時。

（4）若終端時鐘無效，則立即隨機讀取一塊戶表的時鐘。若讀回的戶表時間與主站時間一致（相差5 min以內認為時間一致），則認為主站時間有效，此時用主站時間給終端進行對時。

（5）若讀回的戶表時間與主站時間相差較大，則不可判斷主站時間和戶表時間的有效性，需要立即隨機讀取第二塊戶表的時間，如果兩只戶表的時間一致，則判斷戶表時間有效，此時用戶表時間給終端對時。

（6）若兩只戶表的時間不一致，則認為戶表時間無效，此時認為主站時間有效，采用主站時間給采集終端進行對時。

以上軟件對時策略總結來說就是判斷3個時間參數的有效性，分別為主站時間、終端時間、戶表時間。判定條件與對應的有效時間如表1所示，哪種時鐘判定為有效就采用哪個時鐘給終端進行對時操作。

3 結語

本文介紹了電力采集系統常用對時方法和時鐘電池欠壓故障問題，針對該問題提出了更加完善的在線對時軟件策略，不僅可以降低電網數據采集故障率，還能避免因時鐘電池老化造成的資源浪費，且有效減少了設備現場維護工作量。

[參考文獻]

[1] 楊金偉，趙華，高文龍，等.終端抄表異常的原因分析和解決方法[J].農村電工，2015，23（8）：43.

[2] 單來支，王慶，陳德偉.電力外業管理中智能移動終端的研究與應用[J].管理觀察，2017（31）：27-28.

[3] 祝婧，劉水，朱亮，等.時鐘同步在用電信息采集系統中的應用[J].電測與儀表，2016，53（S1）：157-159.

[4] 王鴻璽，李飛，高波，等.智能電能表時鐘精準對時方法研究及應用[J].河北電力技術，2020，39（2）：22-25.

收稿日期：2021-07-20

作者簡介：張書杰（1994—），男，河南鄭州人，碩士，研究方向：電力智能采集系統。