电能计量采集运维和故障处理措施探究

摘要：为提高电能计量工作的效率和质量，同时让配电系统的运行更加科学，文章从电能计量方式入手，结合实际案例深入分析电能计量采集运维工作细节以及故障原因、故障处理，探讨出完善电能计量采集运维系统的策略，以供参考。

关键词：电能计量；采集运维；故障处理；处理措施

0  引言

在电力系统飞速升级的背景下，智能化、自动化水平不断提高，电能计量采集工作流程简化，采集人员的工作压力降低。但在全面推进自动化抄表技术的过程中，为确保系统正常运行，提高系统效益，还需要对电能计量采集方法进行优化，落实规范化的运维工作和全面性的故障处理措施，从而为供电企业的长远发展奠定坚实基础。

1  电能计量采集方法概述

随着智能电网的建设规模日益扩大，电能计量采集工作也迈入全新的发展阶段。电能计量采集系统的落实不仅计量精确性提高，也可辅助电力资源实现优化配置。但在实际落实工作中也面临诸多挑战，包括但不限于设备故障、运维管理等。除智能电表外，IC电能卡也是电能计量采集的主要方式之一，但相对于智能电表而言，IC电能卡可能会受到通信故障的影响，导致电量信息读取错误。而智能电表本身的安装、维护成本相对较高，任何故障问题的出现都会影响电能的计量采集工作。

2  电能计量采集现状分析

由上可知，供电企业在落实电能计量采集工作中，可能会面临诸多故障问题，因此不仅需要对运维管理提高重视，也需要对故障处理措施进行系统规划。以某供电企业为例，针对该供电企业的日常工作情况，深入分析电能计量采集工作现状，为后续的运维管理和故障处理措施的制定提供参考。

2.1案例概述

某县市级供电企业担负着全市89万多居民和1300多个工业企业的电能计量采集任务。以数据为中心，建立“收集-分析-处置-反馈”的闭环管理机制。智能仪表15分钟内完成一次，收集终端5分钟完成一次地区信息汇总，主站系统1个小时完成全局快照。电能计量采集涉及12个重要的参数包括但不限于：电压、电流、功率因数、正向和反向有功/无功等。在“云边协同”的基础上，供电企业在本地部署监测结点，数据准确率99.98%。当设置的电流变化大于±15%、电流变化大于20%、功率因数小于0.9或大于1.05，则报警。根据不同测量设备，设计相应巡视时间，其中，高压设备每个月进行一次全面检查，低压设备每个季度进行一次检查，集中器、采集器六个月一次深度检测，主要检测电池寿命和通讯模块信号强度。利用ARIMA模型进行预报，预报精度达到92%，利用LSTM网络对装备失效进行72h预报，误判率小于3%。

2.2失效事例的剖析

于11月12日14点，该供电局在主站监控中，检测到一个区域的集中器发生通讯故障，造成217户客户电能数据没有得到整成采集，累积未抄电量1.2万kWh。最后一次读取成功是在11月12日14点30分，14：05-14：30之间采集器会出现12个“心跳包超时”故障错误提示，14：00采集设备的输出是-85dBm，14：30的时候则是-110dBm。聚光器的供电终端为218V，通讯组件的输出为17dBm，其具有-108dBm的接收灵敏度和2.1的驻波比率。经过深入的检查，主要原因是雷电造成馈线的损坏和驻波超限，间接原因是SIM卡的寿命超过4年，导致其信号的衰减。另外，由于台区周围有5G新的基站，因此受到频段的影响，通信品质也受到影响，而集中器在过去的6个月里缺少相应的检测，没有出现过线路的老化现象。暂时替换相同型号的天线和SIM卡，使其驻波比回复到1.2，信号强度提高到-92dBm，集中器重连后，补抄电量1.8万kWh，误差率0.8%。之后又将其改造成5G通讯的聚光器，通讯速度提高到100Mbps。增加信号放大装置，有效范围扩大到300m。将馈线检测列入每月的巡视计划中，并对其阻抗不超过5Ω进行测试。在此基础上，构建SIM卡使用状态警报系统，在出现异常情况时，及时启动SIM卡的替换。根据以上情况，需要在以后的开发中，通过添加通讯组件的次数、配置边缘运算节点等方式，对失效的数据进行局部化的预处理。在此基础上，通过多维时序分析方法，将外部扰动因素引入到建模中，提高LSTM的训练样本数量，使其从5000增加到20000。

2.3 运维处理分析

电能测量与数据的获取是影响电能测量精度和供电可靠性的关键因素，可以分为硬件、软件、通信和数据异常四个方面。其中，仪表出现黑屏，通讯模块损坏，接线松动等，其中发生的故障类型主要是电解电容渗漏和射频芯片发热等。其中，软件错误占27%，包括数据收集、程序延迟、时钟异常，以及看门狗超时和死循环等。此外，通信故障和数据异常也是较为常见的故障问题，前者主要涉及信号干扰通信误码率高，测量背景噪声、信噪比诊断、网络中断集中器离线，检查基站信号强度、分析TCP连接状态诊断、协议不匹配主站报协议版本错误，解析通信帧头、比对协议版本号诊断，失效模式有同频干扰、APN配置错误等。后者表现为电量突变、负值、飞走或停走，结合历史数据与物理规律诊断，失效模式有CT二次侧开路、CT极性接反等。现场排查采用万用表对电压，电流，电阻进行测试，信号强度测试，记录分析等方法进行查找。另外，还可以借助主站系统和通信网等远程诊断手段，利用主站系统日志、通讯协议解析、案例库和专家系统等手段，迅速地对各种类型的故障进行判断和处理。在此基础上，将硬件检测与软件分析相结合，构建一套完整的闭环系统，提高故障处理效率，降低运营成本，为装备生命周期的管理提供重要的数据支持。数字孪生、边缘计算等新兴领域的融合将促进故障诊断的预测性维修和零感维修的发展。

3  故障处理措施与流程

3.1典型故障处理流程

根据电力测量数据收集系统的典型失效形式，建立规范化的工作程序，保证失效的规范化和追溯性。其中通讯故障占全部故障的35%左右，包括SIM卡失效，网络信号异常，通讯模块受损等。测试SIM卡的讯号强度，需大于等于-95dBm之讯号。如未达到临界值，将重新购买一张。新卡片的批号必须符合主计算机的要求，错误率不超过10。检测SIM卡的数据，最近7天的平均数据是5MB/天。如果出现非正常成长，就会引发业务监测警报。而后，利用频谱仪对基地台的干扰进行测试，要求其对-110dBm的干扰不大于等于-110dBm。当5G网络中出现5G基站时，增加衰减系数大于40dB@2.6GHz的滤波器，试验通讯模组之传输功率，其标准值为20+2dBm。如果在18dBm以下，将其替换。集中器需要至少3分钟的时间才能重新启动，以防止经常启动造成的硬件故障。在替换通讯模块时，要检查模块的类型和固件，并且要将替换的次数和操作人员的工号进行登记。其中，数据不正常的失效占总数的28%左右，其中包括两种类型的错误，即档案参数的错误和计量误差的超限。通过采集主站的信息，包括用户号，电表资产编号，电流互感器/PT变化率等，并逐一与各变电站的设备参数进行对比。

3.2预防维修战略

预防维修是降低设备故障率和延长设备使用寿命的关键技术，需要从周期检验、环境优化和用户管理三个方面建立系统。电能表的测量要求达到三个负荷，即0.1Ib、Ib、Imax，其偏差范围为±0.6%，±0.5%，±1.0%。对变压器的测量要求是80%～120%，其比差不超过±0.2%，角度偏差不超过±10′。电流互感器的测量要求在5%～120%的工作电流范围内，其比差不超过±0.5%，角度偏差不超过30'。通讯系统需要经过72h的持续通讯试验，保证数据丢失率不超过0.1%，并能满足IEC60870-5-104和DL/T698.45等标准。电池寿命试验要求在停电后72h内连续工作，当剩余电力不足20%时，将启动替换警报。在此基础上，设计新型的接地系统，接地电阻要求在4Ω以下，在雷暴天气之前的一个月内，在其他的一个季度内进行检测。在8/20µs波形下，电涌保护装置的过流能力达到40kA以上，剩余电压不超过1.5kV。测量盒的温度要求为-25-55℃，由恒温风机进行自动调整，最高开启临界值为40℃。当空气湿度超过95%，当空气湿度超过一定值时，自动开启自动除湿器，去水量不低于每天0.5L。客户端的运维维护格外关键，建立包含日负荷曲线、峰谷时段用电比例和功率因素波动幅度的客户用电特性建模，其中对电力市场的异常用电行为辨识精度≥90%。对三天内用电增幅超过30%的客户，按规定进行实地核实，核实时间不超过48小时。配置采集速率≥1个/min的反偷电监控设备，支持电压、电流和相位三维检测，对偷电者的判别率≥95%。

4  结语

电力系统在国家经济发展过程中的重要性不言而喻，一直以来电能计量、收集、维护都是电力系统中的重要内容。现代信息技术不断引入电力系统中，电能计量采集数据的准确性、智能化提高，但相应的也要加大日常维护力度，尤其是用户端的电能计量设备，一旦发现问题，要在第一时间排除，实现故障的预处理，规避经济损失的同时，提高企业形象。

参考文献：

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