故障智能診斷設(shè)備與方法在集抄運(yùn)維中的應(yīng)用

陳育培 姜雪嬌 吳民 鐘磊 吳達(dá)雷 陳龍瑾 孫延松 黃開來 王曉輝 董海濤

摘要：在低壓自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)不同原因引起的設(shè)備故障問題，集抄設(shè)備發(fā)生故障對整個(gè)抄表系統(tǒng)的抄表效率會(huì)帶來較大的影響。要求運(yùn)維人員能夠快速及時(shí)確認(rèn)故障原因，進(jìn)行故障設(shè)備維護(hù)，提高集抄系統(tǒng)的采集成功率，使集抄系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。采用集抄通信故障智能診斷設(shè)備能夠提高運(yùn)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(jìn)行分析與分類，將故障診斷設(shè)備與采用人工智能算法的故障診斷系統(tǒng)相結(jié)合使用對現(xiàn)場故障問題的解決實(shí)施有針對性的處理方案，提高運(yùn)維質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：集抄;運(yùn)維;故障檢測設(shè)備;智能診斷系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǔ)。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(shí)現(xiàn)有著至關(guān)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(yùn)維工作的一個(gè)重要議題。

集抄系統(tǒng)通常由服務(wù)器、信道和終端設(shè)備三部分組成，現(xiàn)場運(yùn)維人員主要面向的是信道和終端設(shè)備的維護(hù)與故障檢測。供電企業(yè)要求集抄終端設(shè)備的日采集成功率達(dá)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(shí)以及故障原因無法正確快速有效的確定，導(dǎo)致集抄日采集合格率無法完全保證，嚴(yán)重影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)分析，當(dāng)前導(dǎo)致日成功率下降的因素中70%是來自于集抄系統(tǒng)設(shè)備與信道故障。如何快速幫助運(yùn)維人員解決故障檢測問題、高效快速確定故障原因是當(dāng)前提升集抄系統(tǒng)抄表成功率急需解決的一個(gè)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(dāng)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(shè)備。因此針對集抄系統(tǒng)通信設(shè)備的故障檢測與診斷使用專用的檢測設(shè)備是非常有意義且有必要的。

2低壓抄表系統(tǒng)故障特點(diǎn)與分類

當(dāng)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(yù)購電失敗、采集終端抄表數(shù)據(jù)為空等，還有臺(tái)區(qū)檔案劃分錯(cuò)誤，導(dǎo)致屬于本臺(tái)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(fù)載的變化等，對通信性能帶來影響，導(dǎo)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(shè)備干擾等，在一定的應(yīng)用場景下會(huì)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(cuò)誤等。這類故障問題往往是終端設(shè)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(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)抄讀為空，抄表曲線數(shù)據(jù)不完整，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)項(xiàng)抄讀合格率不滿足要求等。

三是設(shè)備損壞故障，由于電網(wǎng)中用電設(shè)備的不規(guī)范，會(huì)存在較多大功率的設(shè)備，產(chǎn)生電壓非常高的噪聲，對一些設(shè)備產(chǎn)生影響，造成設(shè)備損壞，還有一些設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)由于元器件設(shè)計(jì)缺陷，在現(xiàn)場使用過程中損壞，通常這種影響是對用采設(shè)備上的某一模塊造成損壞從而引發(fā)抄表故障。會(huì)造成某一個(gè)電表下的載波設(shè)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(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)用電側(cè)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3集抄通信故障智能診斷設(shè)備的意義

針對2中所述不同故障原因，需要一個(gè)智能化故障檢測設(shè)備來協(xié)助現(xiàn)場維護(hù)人員快速有效診斷出當(dāng)前影響抄表性能的故障類型與原因，提出相應(yīng)的解決措施，盡快恢復(fù)抄表鏈路和網(wǎng)絡(luò)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(shè)備去協(xié)助進(jìn)行故障檢測，通常采用的辦法就是運(yùn)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(shè)備模塊來確認(rèn)是哪一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生了故障，無法去進(jìn)一步細(xì)分導(dǎo)致故障的原因，直接更換模塊會(huì)帶來運(yùn)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(shè)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(jìn)行改善和預(yù)防，不利于整個(gè)集抄系統(tǒng)和臺(tái)區(qū)建設(shè)的改善。而且當(dāng)故障節(jié)點(diǎn)密度較大時(shí)，會(huì)存在運(yùn)維人員不足而導(dǎo)致運(yùn)維工作力度不夠。也有通過非專用檢測設(shè)備如萬用表等進(jìn)行模塊電壓測試，通過電壓測試結(jié)果來確認(rèn)模塊是否存在故障，這種方式在現(xiàn)場操作會(huì)帶來一定的安全隱患，而且需要運(yùn)維人員具備一定的專業(yè)知識(shí)來判斷當(dāng)前是否是故障，這種操作方式僅限于能夠測試到電壓點(diǎn)的設(shè)備故障檢測，無法對其他原因造成的故障進(jìn)行檢測。

需要在現(xiàn)場采用一種故障檢測設(shè)備與診斷系統(tǒng)，幫助現(xiàn)場運(yùn)維人員根據(jù)不同的故障類型，從不同的方面進(jìn)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(dǎo)致故障的原因建立信息庫，對不同臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整體管控，運(yùn)用智能化數(shù)據(jù)處理算法結(jié)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(shè)備確定優(yōu)化方向。通過故障診斷確定當(dāng)前集抄系統(tǒng)中采用的方案是否為最適合當(dāng)前臺(tái)區(qū)用電環(huán)境下的抄表方案。通過故障檢測進(jìn)行故障率的統(tǒng)計(jì)，有助于篩選發(fā)生故障最少的設(shè)備方案。低壓抄表故障檢測設(shè)備對于協(xié)助分析和預(yù)測整個(gè)電網(wǎng)集抄應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備故障原因與故障設(shè)備管理是非常有意義的。

4故障智能診斷分析設(shè)備故障診斷方法

集抄通信故障智能診斷分析設(shè)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(shè)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(shè)備故障的檢測通常分為如下幾個(gè)步驟：故障設(shè)備目的臺(tái)區(qū)確認(rèn)、設(shè)備故障檢測、故障信息識(shí)別、故障信息診斷、故障信息入庫。設(shè)備故障檢測是故障信息數(shù)據(jù)的主要來源，現(xiàn)場運(yùn)維人員首先確認(rèn)出現(xiàn)故障的臺(tái)區(qū)信息以及設(shè)備地址，然后攜帶故障診斷分析設(shè)備到現(xiàn)場進(jìn)行故障檢測。檢測設(shè)備與診斷系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測的對象來進(jìn)行對應(yīng)的故障識(shí)別與分析，并將檢測的故障信息上傳到故障信息庫中，同時(shí)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(shè)備進(jìn)行故障檢測盒診斷的方法與過程。當(dāng)臺(tái)區(qū)出現(xiàn)抄表效果不理想的情況時(shí)，現(xiàn)場運(yùn)維人員首先根據(jù)臺(tái)區(qū)整體抄表情況進(jìn)行判斷，當(dāng)前臺(tái)區(qū)抄表結(jié)果如果是大面積抄收失敗，首先確認(rèn)集中器端上下行鏈路是否功能正常。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)將抄讀的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅鞫?，集中器通過GPRS上行通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站。如果臺(tái)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(huì)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(jìn)行故障檢測并確認(rèn)故障原因。采用專用的可進(jìn)行GPRS通信的故障檢測設(shè)備，在集中器端與主站進(jìn)行通信，檢測當(dāng)前位置無線信號(hào)的強(qiáng)度，如果可以流暢的與主站通信且無線信號(hào)強(qiáng)度較好，則說明當(dāng)前位置GPRS信號(hào)可正常通信，集中器上行通信通道是正常的;再進(jìn)行集中器的SIM卡故障診斷，將SIM插入到專用故障診斷設(shè)備中，通過AT指令進(jìn)行通信，如果SIM可以正常進(jìn)行指令應(yīng)答，則說明SIM功能正常，如果SIM卡沒有正?；貞?yīng)，則說明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(shè)備主體功能異常，需要進(jìn)一步檢修或者更換集中器終端設(shè)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(jìn)行故障檢測，確認(rèn)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(jìn)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(shè)備上，操作相應(yīng)指令對路由模塊進(jìn)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(jié)果上傳到故障信息庫，同時(shí)更換或者維修相應(yīng)的模塊，通常電網(wǎng)中過壓會(huì)引起電源故障。

如果電源功能正常，則設(shè)備發(fā)送相應(yīng)指令進(jìn)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(shí)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(jìn)行測試，采用集抄故障智能檢測與診斷設(shè)備與故障模塊進(jìn)行通信，設(shè)備上集成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以測試通信性能，來確認(rèn)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(jié)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(jié)果發(fā)送到故障信息庫，智能診斷分析設(shè)備會(huì)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)信息庫進(jìn)行故障原因診斷，通常容性負(fù)載過重時(shí)或者電網(wǎng)過壓時(shí)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(jìn)行排查，確認(rèn)是否是信道噪聲過大或者衰減嚴(yán)重影響了通信性能。集抄故障智能診斷分析設(shè)備具備現(xiàn)場噪聲采集分析的功能，將設(shè)備接入到待測試節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行噪聲采集并針對需要分析的通信頻段進(jìn)行測量與分析，確認(rèn)當(dāng)前信道是否存在嚴(yán)重影響載波通信的噪聲，并將噪聲測試結(jié)果與阻抗測試結(jié)果納入到故障信息庫中，構(gòu)建智能數(shù)據(jù)處理分析源，采用人工智能相關(guān)算法如深度學(xué)習(xí)算法可以挖掘數(shù)據(jù)之間的多層次關(guān)聯(lián)關(guān)系。

將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)用于故障診斷系統(tǒng)中，將故障特征和故障分類進(jìn)行聯(lián)系確定相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，故障信息庫會(huì)依據(jù)統(tǒng)計(jì)的故障類型進(jìn)行故障原因分類，針對不同的故障原因，結(jié)合臺(tái)區(qū)出故障的模塊數(shù)量進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)故障類型進(jìn)行不同的故障處理，同時(shí)結(jié)合故障診斷分析的結(jié)果給出故障臺(tái)區(qū)集抄運(yùn)維優(yōu)化方案，比如多數(shù)硬件模塊故障都是同一個(gè)廠商的模塊，那么將會(huì)向此方案廠商提出應(yīng)對解決辦法，促進(jìn)方案廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，以更好地適應(yīng)電網(wǎng)環(huán)境。比如檢測結(jié)果提示GPRS上行信道信號(hào)不好，則考慮更換運(yùn)營商方案，檢測結(jié)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(xiàn)[12]中建立的診斷系統(tǒng)是通過獲取前置機(jī)數(shù)據(jù)來進(jìn)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(yùn)維人員的使用，故障診斷結(jié)果的下放會(huì)存在一定的延遲，從而不能夠及時(shí)對產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行確認(rèn)并解決故障問題。將故障檢測設(shè)備與故障診斷系統(tǒng)相結(jié)合使用，會(huì)進(jìn)一步提高現(xiàn)場運(yùn)維的效率。

利用集抄通信故障智能診斷設(shè)備進(jìn)行故障檢測與診斷分析流程如圖1所示。

5結(jié)束語

本文針對用電信息采集系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的設(shè)備故障檢測與診斷方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出利用集抄通信故障智能診斷分析設(shè)備和診斷系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行故障檢測與診斷分析，采用專用設(shè)備進(jìn)行故障檢測與分析不僅僅對于提升整體運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本有重要的意義，還將運(yùn)維過程故障的檢測與診斷結(jié)果進(jìn)行匯總，并對故障成因進(jìn)行分析與分類，結(jié)合人工智能數(shù)據(jù)處理方法對故障原因進(jìn)行診斷分析，使得用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)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(yùn)維質(zhì)量，還可以幫助促進(jìn)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。