基于云端的電能計(jì)量裝置故障排查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

尹東陽(yáng)，黃紅橋，李愷，談叢

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司懷化供電分公司，湖南 懷化418000；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司供電服務(wù)中心(計(jì)量中心)，湖南 長(zhǎng)沙410004；3.智能電氣量測(cè)與應(yīng)用技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410004)

0 引言

作為電力客戶與供電公司之間的貿(mào)易結(jié)算設(shè)備，電能計(jì)量裝置一旦出現(xiàn)故障，供電公司須在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)其故障原因進(jìn)行排查和處理，以免引起同客戶間的經(jīng)濟(jì)糾紛。然而，隨著智能電表大規(guī)模推廣應(yīng)用和用電信息采集全覆蓋，電能計(jì)量裝置故障表象和種類錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)供電公司的現(xiàn)場(chǎng)檢修人員提出了更高的技能要求。然而，部分基層工作人員因技能水平不足、缺少現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)等，往往遇到問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法分析解決，會(huì)把問(wèn)題帶回或現(xiàn)場(chǎng)電話請(qǐng)教有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，但這種請(qǐng)教方式無(wú)法將現(xiàn)場(chǎng)故障信息準(zhǔn)確的反饋給遠(yuǎn)程指導(dǎo)人員，影響排查故障時(shí)間并降低工作效率[1-3]。

針對(duì)電能計(jì)量故障處理，部分網(wǎng)省公司的供電企業(yè)在電能計(jì)量排查裝置或診斷方法上進(jìn)行了研究，取得了一定的成果。2012年廣東電網(wǎng)電力科學(xué)研究院研究了用電信息采集終端遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，利用智能診斷系統(tǒng)對(duì)采集終端故障開(kāi)展遠(yuǎn)程檢測(cè)，而診斷系統(tǒng)無(wú)法獲得現(xiàn)場(chǎng)信息，遠(yuǎn)程診斷還需現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。2016年國(guó)網(wǎng)江蘇電力公司研究了現(xiàn)場(chǎng)電能計(jì)量裝置異常診斷方法及設(shè)備研制，該方法通過(guò)檢測(cè)設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量故障進(jìn)行診斷，故障排查準(zhǔn)確率仍依賴于設(shè)備性能[4-14]。

為了實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量故障智能排查和在線診斷，本文構(gòu)建了基于云端的電能計(jì)量裝置故障排查專家系統(tǒng)。借助于專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)、故障庫(kù)和在線專家，可有效降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修人員的技能要求，提高其故障排查能力和故障消缺能力。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1為基于云端的電能計(jì)量裝置故障排查專家系統(tǒng)總體架構(gòu)圖，主要由手持測(cè)試終端、手持APP、數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器等組成，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員主要使用手持測(cè)試終端和手持APP，專家使用手持APP和云端客戶端，管理人員主要使用云端客戶端。

圖1 總體架構(gòu)

基于云端的電能計(jì)量裝置故障排查專家系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)是以專家診斷系統(tǒng)為中樞，借助于現(xiàn)場(chǎng)手持測(cè)試終端和手持APP，實(shí)現(xiàn)計(jì)量故障的智能排查和在線診斷。檢修人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不能解決的問(wèn)題，通過(guò)手持APP智能搜索故障庫(kù)，若有類似問(wèn)題，專家系統(tǒng)會(huì)給出原因分析和處理步驟，檢修人員根據(jù)處理步驟進(jìn)行檢修；若專家系統(tǒng)中無(wú)類似問(wèn)題，檢修人員通過(guò)手持APP上傳故障現(xiàn)象、手持測(cè)試終端的電參量信息等求助專家，在線專家給出處理建議和處理步驟，檢修人員根據(jù)提示進(jìn)行檢修。

2 手持測(cè)試終端的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

2.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

手持測(cè)試終端與系統(tǒng)主站進(jìn)行通信，將現(xiàn)場(chǎng)各種電參量數(shù)據(jù)根據(jù)測(cè)試分析的需求傳送給主站，同時(shí)接受手持APP下發(fā)的控制指令，可實(shí)現(xiàn)電能表誤差測(cè)試、接線分析和TA變比測(cè)試等功能?，F(xiàn)場(chǎng)手持測(cè)試終端硬件原理如圖2所示，主要由電源模塊、CPU模塊、RS485模塊、ETH以太網(wǎng)模塊、RS232模塊、液晶顯示模塊、GPRS/CDMA模塊、電力載波MODEM模塊等組成，主MCU控制單元采用stm32f103，為32位工業(yè)級(jí)MCU構(gòu)成的核心控制器，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、速度快、寬溫工作等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)手持測(cè)試終端硬件原理

2.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

手持測(cè)試終端開(kāi)機(jī)后，自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量數(shù)據(jù)狀態(tài)，通過(guò)LCD顯示當(dāng)前的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)接收手機(jī)APP下發(fā)的指令后，執(zhí)行基本誤差測(cè)試、接線檢查和TA變測(cè)試等指令，并將測(cè)試結(jié)果回傳手機(jī)APP，如圖3所示。

圖3 手持測(cè)試終端功能框圖

3 手持APP功能與設(shè)計(jì)

3.1 主要功能

手持APP分為運(yùn)維版、專家版和管理版，不同APP功能和操作界面有所不同，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同版本APP。手持APP軟件安裝在檢修人員和在線專家手機(jī)或平板電腦上，通過(guò)WIFI與手持測(cè)試終端進(jìn)行信息交互，具有控制手持測(cè)試終端、知識(shí)庫(kù)查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、故障信息錄入、求助專家和查看回復(fù)等功能，通過(guò)手機(jī)或平板電腦自帶的4G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到主站，便于在線專家分析處理，手持APP軟件功能如圖4所示。

圖4 手持APP端功能框圖

3.2 軟件架構(gòu)

手持APP端軟件主要由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸入和服務(wù)器通信五個(gè)部分組成，如圖5所示。

圖5 手持APP軟件架構(gòu)

4 主站設(shè)計(jì)與系統(tǒng)功能

4.1 主站軟件架構(gòu)

圖6為主站系統(tǒng)軟件架構(gòu)，該系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)維護(hù)、故障庫(kù)查詢、專家?guī)椭?、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)輔助六個(gè)模塊組成。

圖6 主站系統(tǒng)軟件架構(gòu)

1)知識(shí)庫(kù)維護(hù)包括知識(shí)庫(kù)的增加、刪除和修改功能，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可通過(guò)知識(shí)庫(kù)查詢一些常用的規(guī)程規(guī)范、規(guī)章制度、現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書等。

2)故障庫(kù)查詢是指根據(jù)智能診斷算法模糊查詢存于系統(tǒng)的一些類似故障，為現(xiàn)場(chǎng)故障處理人員提供解決方法和操作步驟。

3)專家?guī)椭侵父鶕?jù)規(guī)則分配現(xiàn)場(chǎng)客戶的幫助請(qǐng)求并通知專家。分配規(guī)則可以是根據(jù)專長(zhǎng)和任務(wù)量及統(tǒng)計(jì)信息或由管理人員指定。在線專家可與現(xiàn)場(chǎng)故障處理人員進(jìn)行信息交互，進(jìn)一步了解現(xiàn)場(chǎng)情況，便于更好的處理問(wèn)題。

4)查詢統(tǒng)計(jì)細(xì)分為故障統(tǒng)計(jì)、工作量統(tǒng)計(jì)等。

5)系統(tǒng)維護(hù)功能主要指對(duì)用戶相關(guān)信息的維護(hù)，如單位信息、用戶信息、用戶角色權(quán)限等。

6)系統(tǒng)輔助主要設(shè)置了一個(gè)專家論壇，類似一般論壇的功能，有助于專家之間交流。

4.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.2.1 現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量故障排查功能實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)檢修人員手持APP故障排查，主要由輔助分析、工作列表、新故障、未解決故障、專家回復(fù)和已解決故障六個(gè)部分構(gòu)成，其中輔助分析與手持終端相連，可實(shí)現(xiàn)接線分析、誤差測(cè)試和TA變比測(cè)試。

圖7為現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量故障排查和甄別流程圖，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員通過(guò)手持APP新增故障，點(diǎn)擊提交后系統(tǒng)通過(guò)云端服務(wù)器進(jìn)行智能診斷，并將診斷結(jié)果和解決方法反饋給現(xiàn)場(chǎng)檢修人員?，F(xiàn)場(chǎng)檢修人員可根據(jù)系統(tǒng)給出的診斷原因分析和步驟進(jìn)行故障排查。若系統(tǒng)給出的診斷方案現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法排查故障，可以將現(xiàn)場(chǎng)的故障信息上傳主站，請(qǐng)求在線專家進(jìn)行診斷，根據(jù)在線專家給出的解決方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障排查，直至解決問(wèn)題。

4.2.2 在線專家診斷功能實(shí)現(xiàn)

圖8為在線專家診斷流程圖，專家登錄APP查看求助信息后決定是否接收該故障。如果接收，在“我的任務(wù)”中選擇接收，并查看故障描述和現(xiàn)場(chǎng)信息是否清晰完整，可根據(jù)需要向求助者進(jìn)一步詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)故障情況，直到問(wèn)題描述清晰后，專家給出原因分析和解決方案，求助者根據(jù)專家處理意見(jiàn)進(jìn)行處理。若有效，用戶使用該解決方案，若無(wú)效，請(qǐng)求在線專家進(jìn)一步給出解決步驟，最終由用戶反饋該步驟是否有效。

圖7 故障排查和甄別流程圖

圖8 在線專家診斷流程圖

4.2.3 主站功能實(shí)現(xiàn)

主站主要功能用戶管理、知識(shí)庫(kù)維護(hù)、故障庫(kù)維護(hù)、統(tǒng)計(jì)查詢和系統(tǒng)維護(hù)等。

為了提高故障診斷準(zhǔn)確性和可靠性，要不斷豐富故障庫(kù)內(nèi)容。若現(xiàn)場(chǎng)檢修人員處理完現(xiàn)場(chǎng)故障后，若認(rèn)為故障有代表性，申請(qǐng)將該故障加入故障庫(kù)，管理人員通過(guò)主站或手持APP審核通過(guò)后，可加入故障庫(kù)。

統(tǒng)計(jì)查詢主要有故障統(tǒng)計(jì)、工單統(tǒng)計(jì)、工作質(zhì)量分析等，主要用于統(tǒng)計(jì)分析不同廠商計(jì)量裝置故障情況、分析各地區(qū)和各時(shí)間段計(jì)量裝置故障情況、對(duì)在線專家工單回復(fù)質(zhì)量和回復(fù)數(shù)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)查詢結(jié)果可通過(guò)主站或手持APP進(jìn)行。

5 實(shí)例應(yīng)用

某日某專變用戶低壓三線四線總表電量異常且為逆相序，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員缺乏電能表錯(cuò)誤接線相關(guān)知識(shí)，通過(guò)在線專家診斷系統(tǒng)求助。通過(guò)手持APP選擇新增故障，錄入用戶和故障相關(guān)信息提交后，專家系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)智能診斷并給出解決方案和操作步驟，但系統(tǒng)給出的解決方案無(wú)法解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，可通過(guò)手持測(cè)試終端對(duì)電能表進(jìn)行錯(cuò)誤接線分析，手持APP會(huì)顯示出測(cè)量數(shù)據(jù)、向量圖、接線圖和接入方式，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員根據(jù)電能表實(shí)際的接入方式更改錯(cuò)誤接線，問(wèn)題得到解決。并通過(guò)手持APP自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和拍照取證，為后續(xù)的電量追補(bǔ)提供證據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

基于云端的電能計(jì)量裝置故障排查系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了計(jì)量裝置故障的智能排查和在線診斷，該系統(tǒng)在國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司運(yùn)行一年多，現(xiàn)場(chǎng)各類計(jì)量故障排查的準(zhǔn)確率達(dá)到90%，現(xiàn)場(chǎng)故障處理人員的工作效率提升了60%，節(jié)省了大量的人力物力，取得很好的效果。該系統(tǒng)故障排查準(zhǔn)確性的進(jìn)一步提高，還有賴于大量實(shí)例應(yīng)用和專家經(jīng)驗(yàn)的修正完善。