馮亮 金雅珍 余鋒

摘 要：本文首先介紹采集器在現(xiàn)場使用中遇到的各類故障、分析故障起因，研究采集器現(xiàn)場模擬故障判斷裝置的設(shè)計方案、硬件功能模組及軟件結(jié)構(gòu)和作業(yè)流程。分析采集器各類故障產(chǎn)生時電網(wǎng)環(huán)境發(fā)生的變化，故障模擬裝置上也能產(chǎn)生相應(yīng)的變化或各類模擬干擾信號，在相同的測試條件下，得出采集器的最終故障原因。本實用模擬國家智能電網(wǎng)中用電信息采集終端，在實際的用電環(huán)境中受到各種用電負(fù)荷所產(chǎn)生的多種干擾信號情況下，對采集器的工作運行情況進(jìn)行檢測和監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：采集器；電網(wǎng)環(huán)境；故障檢測

國家智能電網(wǎng)中用電信息采集終端在現(xiàn)場抄收用電信息的時候，經(jīng)常會遇到通信鏈路中斷導(dǎo)致通信中斷或者通信不穩(wěn)定，無法及時抄收用電信息的情況。將“故障”采集器拆除帶回計量中心檢測后發(fā)現(xiàn)其中一部分采集器在實驗室進(jìn)行采集試驗的狀態(tài)下工作還是正常的，而有的采集器則已經(jīng)損壞，不能工作了。是什么原因?qū)е卢F(xiàn)場采集條件下，用戶現(xiàn)場的采集器會出現(xiàn)現(xiàn)場通信中斷的情況目前還不是很清楚，但是大致可以將其歸納為如下幾種可能：

（1）采集器出廠質(zhì)量不過關(guān)導(dǎo)致采集器長時間運行時會出現(xiàn)頻繁死機情況。與大部分的電子設(shè)備一樣，由于程序優(yōu)化不夠或電子器件本身有質(zhì)量問題，在長時間的運行過程中，尤其是環(huán)境惡劣的條件下，比如高溫等條件下，采集器系統(tǒng)會進(jìn)入程序死循環(huán)或者一些信號電路不工作了，導(dǎo)致采集器不能正常工作。

（2）采集器裝設(shè)現(xiàn)場電磁干擾信號很強，對內(nèi)部電子電路產(chǎn)生很強的干擾，有高次諧波或者奇次諧波。非線性負(fù)荷時產(chǎn)生電網(wǎng)高次諧波的主要原因，也是影響電網(wǎng)負(fù)荷質(zhì)量的一個主要因素，對電網(wǎng)中的負(fù)荷儀器儀表及電子設(shè)備的影響比較大，采集器也是一樣，也容易受到高次諧波的干擾而導(dǎo)致采集器停止工作或工作不正常。

（3）有高壓或浪涌。當(dāng)電網(wǎng)遭受雷擊的時候，這時電網(wǎng)上會瞬時疊加了一個高電壓信號，雖然是瞬時性的，但是對電網(wǎng)設(shè)備還是有一定的危害，如果用電設(shè)備沒有防過電壓和浪涌穿透性電壓的保護(hù)或保護(hù)起不到作用，則會損壞用電設(shè)備絕緣。而采集器就并聯(lián)在電網(wǎng)上運行，所以采集器必須有一定的抗短時過電壓及抗浪涌電壓的能力。

（4）電網(wǎng)電壓大幅度波動。當(dāng)有大型用電設(shè)備如電動機等啟動運行的時候所需的啟動電流比較大，如大型空調(diào)、電機等，這是因為電網(wǎng)上的電壓波動會比較大，在用電高峰期間，電網(wǎng)電壓的幅度波動甚至還會達(dá)到20%以上。電網(wǎng)電壓的大幅度波動也會對用電設(shè)備及采集器電子電路的部分工作造成一定的影響，甚至在電網(wǎng)電壓低于一定值的時候，用電設(shè)備還會停止運行，采集器也不能例外。

（5）電壓大幅度跌落。電網(wǎng)中非線性的電力負(fù)載會影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量，電壓跌落現(xiàn)象也是其中的一種，其危害是會對電子設(shè)備程序數(shù)據(jù)有沖擊，干擾電子設(shè)備正常運行數(shù)據(jù)，嚴(yán)重時還會造成電子設(shè)備錯誤工作或死機。

（6）瞬變電磁場干擾。凡是有感性或者容性電力負(fù)載的地方就會有磁場，有電流流過的地方也會產(chǎn)生磁場，所以在我們生活的每一個地方都有磁場。由于電磁感應(yīng)原理，磁場還可以相互耦合，形成電磁-磁電轉(zhuǎn)換，這也是設(shè)備容易受電磁干擾的原因。

1 采集器現(xiàn)場模擬故障判斷裝置的設(shè)計思路

采集器現(xiàn)場模擬故障判斷裝置就是為了排除上述故障原因，模擬采集器在用戶現(xiàn)場的實際用電環(huán)境，用于測量與監(jiān)控采集器在受到各種模擬干擾下的工作情況，對干擾下的采集器狀態(tài)進(jìn)行分析。

裝置的組成：帶諧波功能的程控源、浪涌發(fā)生器、高壓發(fā)生器、電壓跌落裝置、載波抄收模塊、模擬主站、磁場發(fā)生器、測試軟件及20工位電表與20表位采集器掛表架等一些其他的輔助功能模塊。

2 技術(shù)特點

（1）組網(wǎng)測試，完全模擬現(xiàn)場環(huán)境條件運行

裝置通過集中器、采集器、電能表（實際單相電能表）組網(wǎng)的方式對采集器進(jìn)行測試，最接近現(xiàn)場運行方式，不但可以實際測試采集器的性能，同時還測試了集中器的性能。

（2）測試功能全面

成套模擬裝置既可以進(jìn)行組網(wǎng)測試，又可以通過載波抄控器直接對采集器進(jìn)行測試?？勺詣舆M(jìn)行集中抄表終端功能的測試，包括參數(shù)設(shè)置、運行數(shù)據(jù)采集、運行數(shù)據(jù)處理、任務(wù)上報、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等多種測試功能。

（3）測試效率高

所有表位采用并行通信、并行測試，測試效率高。

3 采集器控制系統(tǒng)

采集器和單相電能表采用雙路直流電源，多個采集器采集通道通過集中器集中，功率源對所有采集到的電壓和電流集中運算，整個系統(tǒng)通信采用485總線通信。

4 采集器故障模擬系統(tǒng)控制說明

采集終端、功能測耗、信號源發(fā)生器通過串行485線接到24路串口服務(wù)器，再經(jīng)過交換機網(wǎng)絡(luò)通信到控制主機，串口服務(wù)器交換主機采用網(wǎng)絡(luò)連接。

（1）GPS模塊采用計算機本身帶的串行口；

（2）每表位一路紅外，且每個表位的紅外串口是獨立的；

（3）每表位兩路485，且每個表位的每一路485對應(yīng)串口都是獨立的；

（4）耗測試儀配置前3個表位；

（5）載波模塊只有一個，對應(yīng)一個串行口，但是可以與每個表位通信（如果終端有載波功能的話）；

（6）信號源用一個串口，用于控制整個臺子的電壓。

5 結(jié)束語

采集器模擬故障系統(tǒng)模擬現(xiàn)場過電壓、浪涌電壓、瞬變電磁干擾等，電動機負(fù)荷電流過大引起的高次諧波等干擾條件，為采集器通信中斷提供分析依據(jù)。

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