用電信息采集終端現(xiàn)場死機(jī)問題分析及處置方法

褚興旺

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司營銷服務(wù)中心，江蘇 南京 212425）

1 用電信息采集系統(tǒng)概述

用電信息采集系統(tǒng)從物理上可根據(jù)部署位置分為主站、通信信道、采集設(shè)備3 部分，其中系統(tǒng)主站部分單獨組網(wǎng)，與其他應(yīng)用系統(tǒng)以及公網(wǎng)信道采用防火墻進(jìn)行安全隔離，保證系統(tǒng)的信息安全[1]。

主站網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)主要由營銷系統(tǒng)服務(wù)器（包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、磁盤陣列、應(yīng)用服務(wù)器）、前置采集服務(wù)器（包括前置服務(wù)器、工作站、GPS 時鐘、防火墻設(shè)備）以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)物理架構(gòu)

通信信道是系統(tǒng)主站與終端之間的遠(yuǎn)程通信信道，主要包括光纖信道、GPRS/CDMA 無線公網(wǎng)信道、230 MHz無線電力專用信道、1.8 GHz電力專網(wǎng)等。

采集設(shè)備安裝在現(xiàn)場終端及計量設(shè)備上，主要包括專變終端、可遠(yuǎn)傳的多功能電能表（G表）、集中器、采集器以及電能表計等。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

通過用電信息采集系統(tǒng)指標(biāo)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)采集終端出現(xiàn)大范圍掉線，經(jīng)排查，掉線終端均屬于同一廠家同一批次，現(xiàn)場查看集中器為死機(jī)狀態(tài)，且部分集中器斷電硬重啟后總表數(shù)據(jù)異常[2]。

經(jīng)查看集中器掉線記錄，發(fā)現(xiàn)異常集中器基本都在同一時刻掉線，進(jìn)一步查看該時間點的主站任務(wù)和通信報文，發(fā)現(xiàn)用采主站新增了“集中器中電能表掉電事件記錄批量召測”任務(wù)，繼續(xù)查看和分析異常集中器通信報文和程序源代碼，初步確定導(dǎo)致集中器死機(jī)和主站“集中器中電能表掉電事件記錄批量召測”任務(wù)有關(guān)。

根據(jù)上述分析，為了更好地模擬現(xiàn)場環(huán)境，實驗室搭建了故障集中器與載波表試驗環(huán)境，由1 只集中器和16只單相載波表組成，如圖2所示[3]。

圖2 故障復(fù)現(xiàn)模擬環(huán)境

具體試驗過程分為6步，分別為：

（1）首先對Ⅰ型集中器參數(shù)初始化，然后對集中器施加參比電壓和最大電流一段時間，使集中器的交流采樣產(chǎn)生電量數(shù)據(jù)。

（2）將16只電能表檔案配置給集中器，等待一段時間組網(wǎng)完成，抄讀所有測量點的實時數(shù)據(jù)，全部抄到說明組網(wǎng)完成。

（3）將集中器時間改到當(dāng)日的23:58，等待10 min，使集中器產(chǎn)生日凍結(jié)數(shù)據(jù)，抄讀所有測量點的日凍結(jié)數(shù)據(jù)，留存?zhèn)溆谩?/p>

（4）將集中器的時間改回正常時間，開始停電試驗，每次停電5 min，再上電5 min，每次復(fù)電后，使用主站軟件批量召測“電能表掉電事件記錄”，觀察集中器是否死機(jī)；結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第4 次停電后集中器界面顯示緩存不夠，然后自動重啟，重啟后召測所有測量點的日凍結(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正常。

（5）繼續(xù)停上電試驗，從第5次到第7次，每次的現(xiàn)象與第4 次的一致，集中器都會重啟，然后召測所有測量點的日凍結(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)仍然正常。

（6）第8 次停上電后，使用主站軟件批量召測“電能表掉電事件記錄”，集中器發(fā)生死機(jī)，且伴隨有尖銳的蜂鳴聲。此時集中器無法自動重啟恢復(fù)，需要人工斷電且拔出電池再上電后，集中器才能恢復(fù)過來。然后召測所有測量點的日凍結(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)仍然正常。

故障集中器的數(shù)據(jù)緩存區(qū)為8 KiB，當(dāng)主站進(jìn)行“批量召測電能表掉電事件記錄”，集中器正確的做法是按電能表地址分別讀取每只表的掉電記錄放入緩存區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但是故障集中器卻錯誤地讀取了整個掉電事件記錄文件，將其放入8 KiB的數(shù)據(jù)緩存區(qū)進(jìn)行處理，當(dāng)整個掉電記錄文件大于8 KiB時，產(chǎn)生了溢出，導(dǎo)致集中器死機(jī)。

根據(jù)計算，一個停電事件記錄大概占用69 字節(jié)，8 KiB 的數(shù)據(jù)區(qū)可以存儲8×1024÷69 ≈ 118.7次停電事件，如果16只表同時停電，那么超過8次，停電事件記錄就會超過8 KiB，此時進(jìn)行“批量召測電能表掉電事件記錄”就會導(dǎo)致集中器死機(jī)，這與上面的試驗結(jié)果吻合。

同時，故障集中器內(nèi)總表采取環(huán)形覆蓋的方式存儲數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH 保存62 天每15 min 的凍結(jié)數(shù)據(jù)（集中器發(fā)生掉電時在100 ms 內(nèi)完成最近一次數(shù)據(jù)存儲），正常情況下，斷電重啟后集中器從FLASH恢復(fù)讀取指針指向的最近一次保存的數(shù)據(jù)。當(dāng)內(nèi)存溢出時，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)指針被打亂，當(dāng)指針異常且在有效范圍內(nèi)時（62 天內(nèi)的凍結(jié)點），會取出歷史存儲的指針指向的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致總表日凍結(jié)示數(shù)變??；當(dāng)指針異常且在非有效范圍內(nèi)時，指針無法獲取有效數(shù)據(jù)，因上電時RAM 區(qū)全部清零，導(dǎo)致總表日凍結(jié)示數(shù)為零。

綜上所述，故障集中器批量掉線問題，是由于用采主站啟動“集中器電能表掉電事件記錄批量召測”任務(wù)，浙江正泰集中器收到召測命令后，讀取了整個掉電事件記錄文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)在運(yùn)集中器中的掉電事件記錄較多，整個文件的大小大于8 KiB 時內(nèi)存溢出，導(dǎo)致集中器死機(jī)。同時，因內(nèi)存溢出，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)指針被打亂，斷電重啟后集中器從FLASH 恢復(fù)讀取指針指向的歷史數(shù)據(jù)，導(dǎo)致總表日凍結(jié)示數(shù)突降。

3 結(jié)束語

根據(jù)上述故障情況，利用用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了離線廠家集中器的統(tǒng)計、計算運(yùn)行采集終端分批故障率，對問題批次故障集中器采取了以下兩點整改措施：一是對于合格在庫的集中器，全部退回廠家進(jìn)行更換處理，要求問題廠家對出廠的集中器各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，并加強(qiáng)出廠檢測，滿足質(zhì)量要求后再行供貨；二是對于在運(yùn)的集中器，要求問題廠家限期優(yōu)化集中器程序，程序經(jīng)營質(zhì)檢部門檢測合格后，開展現(xiàn)場試點升級、批量升級工作。通過處理，及時恢復(fù)了用電量等信息的采集，保證了廣大電力用戶利益及供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。