新闻详情♚引文信息徐宏伟, 李鹏程, 丛中笑, 等. 电能计量设备运维管理系统研究[J]. 电测与仪表, 2023, 60(4): 176-181.Xu Hongwei, Li Pengcheng, Cong Zhongxiao,

 

新闻详情♚引文信息徐宏伟, 李鹏程, 丛中笑, 等. 电能计量设备运维管理系统研究[J]. 电测与仪表, 2023, 60(4): 176-181.Xu Hongwei, Li Pengcheng, Cong Zhongxiao, et al. Research on operation and maintenance management system of electric energy metering equipment

[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2023, 60(4): 176-181.全文阅读1徐宏伟1,李鹏程1,丛中笑1,于秀丽2(1.贵州电网有限责任公司计量中心,贵阳550002; 2.北京邮电大学 自动化学院,北京 100876)

2摘要：为了加强电网系统中现场计量设备异常或采集异常的运维工作,依托现有的计量自动化系统、营销系统,设计了一套支撑异常问题现场处理和计划巡检相结合的电能计量设备运维管理系统,完善了电网自动化计量体系研究了远程诊断新方法,实现对远程现场的运行异常进行诊断。

整套管理系统为计量设备的运行质量提供保证,提升了数据的采集完整率和正确性以及运维效率3关键词：设备运维;远程诊断;现场运维知识库;工单闭环管理40 引 言伴随着智能电网的快速发展,电能计量设备(包括智能电能表与智能计量终端等)发挥了重要的作用。

同时智能电能表的全面建设与应用达到了较大的规模至2018年底,南方电网公司基本实现了智能电能表与计量自动化终端的全覆盖,累计完成近8 000万只智能电能表、800万只计量自动化终端的安装,并且建设仍在如火如荼的进行,预计“十三五”末将实现全网智能电能表与计量自动化终端的全覆盖。

如此庞大数量电能计量设备的运行状态稳定可靠与否,直接关系到百姓的切身利益与社会的和谐稳定,即使是微小的故障和质量问题,都将产生难以估量的影响因此,海量设备的投入运行不仅对其本身质量提出了严格的要求,而且给现场采集组网及计量异常的运维工作带来了巨大的挑战。

传统的设备运维管理手段已经无法满足要求,依托计量自动化系统开展计量运维工作可以解决传统计量运维中众多物力、人力投入和操作存在失误等问题,是实现从设备管理到数据管理提升运维效率的必然选择[1-5]目前国内的研究主要集中在优化运维的算法上,文献[6]提出了用电采集系统的优化运维模型,并采用粒子群算法进行了优化求解;文献[7]中运用地理信息系统展示技术和计量设备异常自学习分析技术,实现了图形化全景运维管控,缩短故障处理时间,在一定程度上降低了运维人员的负担;文献[8]以用电互动信息采集系统为基础平台,设计构建了智能用电互动化服务系统,为供用电双方提供了全新的互动用电交流途径;文献[9]提出基于人工鱼群算法的电力用户用电采集方法,在此基础上构建运维优化模型;文献[10]中提出了一种基于移动应用平台的变电站智能化现场运维系统,然而比较完善的计量设备运维管理系统方面的设计和研究相对较少。

文中研究了电能计量设备运维技术的总体设计方案、电能计量设备运行异常远程诊断方法、现场运维知识库以及运维闭环管理的具体实现其中设计了电能计量设备运行异常远程诊断方法的数据流程,进行了远程诊断软件设计,对主站及通讯网络、终端、采集网络以及表计部分进行研究,提出了远程诊断新方法。

1 电能计量设备运维技术总体方案电能计量设备运维的总体思路,是依托现有的计量自动化系统、营销系统,建设一套支撑异常问题现场处理和计划巡检相结合的电能计量设备运维管理模块(简称“计量设备运维管理模块”)计量设备运维管理模块由计量设备运维管理主站、计量设备运维管理现场(含移动通讯网络)构成,该系统通过接口的方式和计量自动化系统、营销系统进行信息交互。

计量设备运维管理主站的主要功能有计量设备运行异常远程诊断、工单闭环管理、知识库管理等功能,计量设备运维管理现场部分主要完成现场作业管理、用电现场异常检测两大功能系统架构如图1所示

图1 系统整体架构图Fig.1 Overall framework of system系统功能如下:(1)计量设备运维管理主站借助于计量自动化主站,根据算法模型,识别采集异常、计量异常,对部分异常进行远程诊断和修复,不能修复的生成工单安排现场运维。

工单闭环管理:生成运维工单后自动进行派工,现场作业人员通过现场作业工具接单并及时反馈现场处理结果,实现了采集运维全流程的闭环管理,提高了营销各专业协同作业能力和问题解决效率运维知识库:各省、市、地、县,根据现场运维的结果,梳理出典型案例,制定故障诊断方法和修复方法,供电网各运维单位共享,通过现场检测和模式匹配的方法指导现场作业,大大提高故障自动诊断的准确性和作业效率。

(2)计量设备运维管理现场现场作业管理,通过现场移动作业套件,作业人员随时随地接收指派的工单,根据异常地点的位置信息通过GIS导航到达工作现场,借助于现场监测工具、故障运维知识库的典型案例指导来进行快速故障处理,并把结果在线反馈,提高了采集运维效率,大大降低了现场作业人员技术门槛,规范了现场作业流程。

用电现场异常检测,通过专用的采集异常检测工具,对终端、表计、采集模块、通信网络、上行通信模块组成的采集网进行异常检测,通过专用的计量异常检测工具对电能表计量问题进行现场检测,把检测结果通过现场应用管理设备,反馈到系统端,大大提高故障自动诊断的准确性和作业效率。

计量设备运维管理系统数据流程如图2所示。

图2 系统数据流图Fig.2 Flowchart of system data计量设备运维管理模块和计量自动化主站之间通过接口访问抄表数据、事件数据、通讯采集记录,通过计量自动化主站的数据采集服务器和现场终端的透明通讯通道与表计通讯进行实时巡检。

通过对采集运维闭环管理及现场作业标准化规范化管理,解决故障远程诊断和修复的实用化难题,保障用电计量自动化系统持续、稳定、高效运行,提升采集现场快速发现、分析、定位、解决问题的能力2 电能计量设备运维技术实现

通常情况下,计量设备的运行异常问题来源于四个方面:(1)通过系统远程诊断问题;(2)来自运维现场反馈的;(3)来自国网或者其它省份单位的共享信息;(4)部分厂商在处理现场问题或者生产过程的问题总结2.1 电能计量设备运行异常远程诊断。

2.1.1 远程诊断数据流程计量自动化系统涉及面广,采集过程链条长,任何一个环节出现偏差,均有可能导致采集失败或者错误因此,针对整个采集链条进行故障分析,可以得出影响范围,下面根据采集不同环节逐个进行分析。

电能计量设备运行异常远程异常诊断的目的就是充分利用计量自动化系统的采集数据(电量数据、瞬时量数据、曲线数据、事件数据)、通讯采集记录、应用异常信息,根据设定的规则进行综合分析判断,形成初步的数据采集异常、终端通讯异常、现场计量异常等异常信息。

然后对于部分异常信息,结合远程巡检功能进行进一步的分析判断,形成最终的现场异常信息其中部分异常可以通过人工进行远程处理,不能有效处理的生成运维派工单,安排运维人员现场处理数据处理流程如图3所示

图3 数据处理流程图Fig.3 Flowchart of data processing2.1.2 远程诊断软件设计通过系统分析的方法,可以通过主站的每只电能表数据、每只终端的参数和抄表记录,并借助于下行透明传输通道,能够识别部分采集故障和表计故障。

但是这些故障都是单一故障,识别的准确率不足、识别范围略显狭窄,考虑结合各终端采集子网的拓扑模型及通讯特点,能够实现更精准的故障识别,提高现场工作效率整个计量自动化系统网络拓扑模型如图4所示。

图4 系统网络拓扑模型Fig.4 Topology model of system network计量设备运行异常远程诊断主要由四部分构成,即“运行异常分析诊断”、“计量异常远程扫描”、“数据应用分析”、“高级应用分析扩展”,其中:

(1)“运行异常分析诊断”:根据采集的电能表数据和事件以及终端生成的事件信息,经过分析判断,生成终端通讯类异常事件(如离线、频繁上下线、批量掉线、通讯过程异常、GPRS网络类)、电能表计数异常类事件、电能表失压断相类事件、抄表异常事件(抄表异常、抄表不稳定)。

结合网络拓扑信息,对终端运行状态和电能表抄表情况的判断将更为准确(2)“计量异常远程扫描”:通过终端提供的透明通道,直接和现场电能表通讯,采集电能表当前数据、电能表状态字、电能表时钟信息、终端时钟信息,以判断电池失压、电能表接线、终端时钟异常、电能表时钟异常等异常信息。

计量异常远程扫描的周期不宜过分频繁,至少以周为周期,防止对采集系统造成较大的系统压力,影响系统采集性能和可靠性(3)“数据应用分析”:通过对台区线损、馈线线损建模,计算各台区、馈线的线损,对于线损变化较大的台区和馈线作为继续深入分析的对象。

对于待深入分析的对象下属电能表走字变化率较大的表计列为重点排查对象(4)“高级应用分析扩展”:是指随着大数据分析技术的发展,可以开发出一些新的用电异常分析模型和算法,利用系统抄表数据推算出计量异常的嫌疑表计作为重点排查对象。

对于待排查对象,首先查看“运行异常分析诊断”确认的电能表走字事件、失压断相事件和“计量异常远程扫描” 确认的接线异常、时钟异常中是否存在,如果不存在需要启动“远程异常诊断”功能,借助于透明通道远程扫描现场表计,进一步落实现场表计的计量问题。

2.1.3 远程诊断参考系统网络拓扑图的分割,把问题分为三大部分:主站及通讯网络部分、终端及采集网络部分、表计部分,其中主站及通信网络部分,涵盖的范围包括主站、终端上行通信网络、终端的上行通讯接口三部分,终端及采集网络部分包括计量终端、有线/载波或无线采集子网(含采集器),如图5所示。

图5 系统网络拓扑图Fig.5 Topology diagram of system network由于事件存在大量的误报、漏报和重复报警,针对这三种情况处理方法如下:(1)如果事件数量太多,需要计量中心确认优先处理的事件类别,主站系统在生成工单时优先考虑,建立事件要分阶段处理的原则;

(2)针对重复报警的事件,如电表电池欠压时,如没有更换过电表,现场问题将一直存在,终端每天会重复报警,需要把这些事件合并处理,生成待处理工单,直到现场问题处理结束同时需要通过远程透明传输通道读回电表状态字确认该事件是否属于误报;。

(3)通过远程确认,可以筛出误报事件,对于误报的事件要通知厂家进行优化,并远程升级类似终端以消除误报的再次发生;(4)针对现场运行异常时终端无法判断并上报的情况,需要远程诊断模块对采集数据和现场设备进行远程扫描,如错接线问题,诊断出问题后生成排查工单直到问题处理完成。

(a)主站及通信网络计量自动化系统主站,根据终端上线和离线动作,可以记录下终端运行记录:终端地址、动作时间、在线状态(上线/下线)从终端运行记录中可以查询到终端当前的在线状态(在线或离线)结合系统网络拓扑、终端运行记录以及终端使用的移动、联通等无线运营商情况,可以诊断主站及通讯网络部分的异常。

在现存案例中,如果发现所有采用移动运营商的终端离线,基本可以确定移动运营商光纤宽带线路断开;当馈线下终端上线率相对稳定、终端上下线相对频繁的情况出现,基本可以确定是无线运营商容量限制问题以上算法都可以固化到系统中(见表1,为现场运行异常问题的主站及通信网络部分)。

表1 现场运行异常问题Tab.1 Abnormal operation on site

(b)终端及采集网络通过系统建档,生成层次模型如图6所示终端及采集网络部分的异常判断,是结合终端采集子网的网络拓扑及透明通道探测,以判断相关异常当然由于采集子网的拓扑的准确性可能存在问题,异常原因的判断的可信性可能存在问题。

这部分的程序可以根据现场情况进行持续优化(c)表计部分计量异常的远程诊断是依据抄表数据并结合透明通道方式进行判断如透传采集电能表当前时间,通过和系统主站的时钟进行比对,即可判断电能表时钟超差目前在南网部分厂家的计量自动化主站中有过相关试点和应用。

图6 系统层次模型图Fig.6 Level model diagram of system2.2 远程诊断新方法目前传统的远程诊断方法是对“单个点”的运行异常进行诊断,如针对每个计量点或终端的历史采集数据、运行数据进行分析,并结合透传功能进行进一步的分析判断,更深入一点则是结合网络拓扑信息做更精准的分析判断。

最近几年,随着大数据处理、人工智能、物联网、AR/VR和通讯技术的快速发展,运维技术面临着一次跨越式的发展,后续系统升级将把这些技术应用到系统分析和现场运维工作中(1)通过大数据的方法,建立数据分析模型,经过分析计算,判断现场用电异常。

如国网某电力公司每天监控台区实际线损和理论线损的差值,当线损差值超过一定阈值时列入重点分析对象,然后通过大数据分析的方法定位最有电量漏计嫌疑的用户假如台区共有200只电能表,计算出每户每天的用电量(如第。

i天的用电量DLi1、DLi2、…DLi200),假设每户窃电风险系数是固定的(X1、X2、…X200),第i天差值为Deti,可以列出一个方程:DLi1* X1+…+ DLi200* X200=Det

i,当收集到200天的运行数据后,可以求解风险系数(X1、X2、…X200),由此判断窃电嫌疑最大的用户通过现场排查,准确率达到50%以上,当然这个算法仍有改进的空间;(2)通过人工智能的方法进行分析,定位有电量漏计嫌疑的专变用户。

随着泛在电力物联网的技术发展,将涌现出越来越多的现场用电异常分析诊断方法,现场用电异常的分析判断将越来越精准、效率越来越高2.3 电能计量设备现场运维知识库计量设备现场运维知识库,主要由现场计量设备典型异常案例组成,每个案例主要由故障现象、故障原因、故障处理方法等内容构成,其中故障处理方法能合理量化现场作业人员的操作步骤,提升现场运维排查效率。

案例来源有四个方面:(1)通过现场运维反馈的案例分析汇总而来,即根据各省、市、地、县现场运维的结果,梳理出典型案例,制定故障诊断方法和修复方法;(2)参考国网或者其它各省单位的故障库或类似的现场运维指导手册,结合南网计量自动化系统的实际情况,分析借鉴而来;

(3)由部分设备供应商提供部分厂商由多年的国内外设备生产及现场问题处理经验,他们提供的现场问题库很有借鉴意义;(4)通过分析计量自动化系统网络结构,结合采集数据和系统运行数据,通过“计量设备运行异常远程诊断”分析出来的典型问题。

2.4 终端及采集网络当主站发现终端不在线或者终端在线,但数据采集异常之后,安排运维人员到现场排查,在现场消缺过程中会发现各种各样的故障现象,运维人员会填写现场处置单,描述了故障现象、故障部件、处理方法,通过对现场运维的案例进行分析和梳理,总结出典型的异常现象录入系统运维知识库。

2.5 表计模块对于能够采集到数据的电能表,从主站通过远程诊断发现计量问题时需要安排运维人员到现场排查,例如由非接线或者窃电原因产生的问题,通过直接更换电能表解决;对于采集不到数据的电能表,运维人员到达现场排查,其中比较明显的现场问题有通信故障、电能表黑屏、烧毁、显示故障等,对于计量超差、潜动等问题需要拆回检验进行判断。

2.6 电能计量设备运维闭环管理基于采集运维知识库中的典型案例,结合主站的采集数据、事件信息、通讯链路信息、远程巡检,定位现场故障类型及故障现象,进行自动派工现场作业人员通过现场智能作业设备下载工单,导航到现场排查异常,排查结果通过移动终端及时反馈处理结果,实现运维全流程闭环管理,提高营销各专业协同作业能力和问题解决效率。

现场工单分为两大类:异常排查工单和例行巡检工单(1)异常排查工单,主要是接收主站部分的现场异常排查任务,到现场排查计量异常和采集异常,并把结果反馈主站部分形成闭环系统人员应仔细分析工单反馈信息,及时分析汇总,如有必要生成新的典型案例导入运维知识库。

如图7所示

图7 异常排查工单闭环管理Fig.7 Exception trouble shooting work order ofclosed-loop management(2)例行检查工单,指现场运维人员在现场例行检查过程中,发现计量设备现场运行异常并进行消缺,填写例行检查工单反馈到主站部分,由系统人员及时分析汇总,如有必要生成新的典型案例导入运维知识库。

如图8所示

图8 例行检查工单闭环管理Fig.8 Closed-loop management of routine inspectionwork order3 结束语为了加强电网系统中现场计量异常或采集异常的运维工作,提高数据的采集完整率和正确性,减少漏报、误报、重复报的数量,保证计量设备运行的质量,文中设计了一套支撑异常问题现场处理和计划巡检相结合的电能计量设备运维管理系统,从运行异常远程诊断方法、现场运维知识库以及运维闭环管理进行了具体实现方案的设计,系统的应用降低了人力物力成本,提高了计量设备的数据准确性、保证能够进行实时监测计量设备的各类故障,大大提高供电企业的管理水平。

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Research on operation and maintenance management system of electricenergy metering equipmentXu Hongwei

1, Li Pengcheng1, Cong Zhongxiao1, Yu Xiuli2(1.MetrologyCenterofGuizhouPowerGridCompanyLimited, Guiyang

550002, China.2.SchoolofAutomation, BeijingUniversityofPostsandTelecommunications, Beijing100876, China

)Abstract： In order to strengthen the operation and maintenance work of equipment and data which are abnormal in the field of power grid system, a set of operation and maintenance management system of electric energy metering equipment is designed based on the existing measurement automation system and marketing system to support the combination of on-site treatment of abnormal problems and planned patrol inspection, and the automatic metering system of power grid has been improved. In this paper, the novel method of remote diagnosis is studied, which can realize the remote diagnosis of abnormal operation on site. The whole set of management system can guarantee the operation quality of metering equipment and improve the data collection integrity, correctness and operation, as well as the operation and maintenance efficiency.

Keywords： equipment operation and maintenance, remote diagnosis, on-site knowledge base of operation and maintenance, closed-loop management of work order

DOI：10.19753/j.issn1001-1390.2023.04.026中图分类号：TM933文献标识码：B文章编号：1001-1390(2023)04-0176-06基金项目：深圳供电局有限公司科技项目(090000KK52170133)

作者简介:

徐宏伟(1985—)，男，工程师，硕士，主要从事电能计量技术研究      Email：275853249@qq.com李鹏程(1975—),男,高级工程师,工程硕士,主要从事电能计量技术研究Email:365248318@qq.com。

丛中笑(1990—),男,工程师,硕士,主要从事电力系统运行与控制、电能计量技术研究Email:644397824@qq.com于秀丽(1975—),女,工程师,博士,从事机器人智能控制、深度学习等领域的研究。

Email:yxl@bupt.edu.cn来源/电测与仪表中国电工仪器仪表信息网（www.tc104.org）如有合作意愿 请咨询 0451-86659398 ©中国电工仪器仪表信息网

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