CN102103198A - 一种计量设备故障自动排查系统和排查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种计量设备故障自动排查系统，其包括一设置模块、一通信模块和一故障分析模块。该设置模块用于对计量设备故障的判断标准进行设置；该通信模块用于对现场的计量设备的状态进行采集；该故障分析模块用于根据采集到的设备状态，计算并分析出计量设备故障类型和故障原因。本发明还提供一种上述计量设备故障自动排查系统的故障排查方法。
Description
技术领域
本发明涉及计量设备故障自动排查系统及其排查方法，尤其涉及一种对配电网、输电网和变电网的计量设备故障的自动采集和排查系统及上述系统的排查方法。
背景技术
在电力系统中，电力首先由发电厂进入电力公司的高压输电网，在高压输电网经过长距离传输，由变压器变为下一级电压的输电网，经过传输后，又由变压器变为更下一级电压的输电网，最终进入各电压等级的大用户，或变为220V的民用电压，进入普通家庭。
根据电力网络的实际情况，通常把它区分为输电网和配电网两个部分。电力从电厂上网，经过变压器转变成高压，通过长途输送到达用电目的地，然后进行逐级变压，转变成低电压等级，上述部分城为输电网；电力从最低电压的变电站出来，经过10kV(或6kV)线路、配电变压器、低压线路等，最后进入普通居民家庭，上述部分称为配电网。
电力在传输和用户用电过程中，在各个关口点都要安装计量设备。计量设备主要有以下几个方面的作用：用于结算电费，包括电网公司和电厂之间结算、电网公司之间结算、电网公司和用电用户结算等；用于考核线损，包括技术线损和管理线损；用于监控电力线路和设备的运行状态。
从上述计量设备的三个作用可以看出，计量设备在电力系统中具有非常重要的作用。如果发生计费错误，意味着电力企业将蒙受经济上的损失。如果线损计算异常，意味着电力企业难以制定有效措施降低线损和节能减排。同样，如果无法对电量线路和电力设备的运行状态进行准确监控，将会导致电力安全事故，造成极大的损失。正因为计量设备具有如此重要的作用，电力企业都特别关注计量设备本身的运行状态，包括计量是否准确、接线是否正确、通信是否正常、是否超负荷运行等。
传统的做法，是电力企业定期派人员到现场，对计量设备进行逐个检查和现场校验，以排除故障隐患。很明显，这种做法需要耗费大量的人力和物力，并且难以做到实时监控，难以避免人为的错误和疏漏。
发明内容
为解决现有难以对现场计量设备进行实时监控的问题，本发明提供了一种计量设备故障自动排查系统和排查方法。
解决本发明技术问题的技术方案是：一种计量设备故障自动排查系统，其特征在于：包括：一设置模块，用于对计量设备故障的判断标准进行设置；一通信模块，用于对现场的计量设备的状态进行采集，并将采集的设备状态传送给分析模块；一分析模块，用于根据采集到的设备状态，计算并分析出计量设备故障类型和故障原因。
利用上述排查系统的排查方法包括以下步骤：
(1)设置模块对计量设备的参数进行设置；
(2)通讯模块自动采集现场的计量设备状态数据，进行预处理后送分析模块；
(3)分析模块根据计量设备状态数据，排查计量设备故障状态。
作为具体化，通信模块包括一压缩模块，压缩模块用于压缩变化的计量设备状态信息。
作为具体化，通信模块包括一自动抄表系统和/或一人工抄表系统，用于获取计量点的电能量示度、各相电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号。
作为具体化，分析模块包括：一电量分析模块，用于统计计算电量数据；一电压分析模块，用于统计计算电压数据；一功率分析模块，用于统计计算功率数据。
作为排查方法的具体化，在上述步骤(1)中，设置模块根据实际的电网结构和现场设备的参数，建立所有计量设备的档案资料、设备故障的判断条件，并将设置结果存储在该计量设备故障自动排查系统中。
作为排查方法的具体化，上述步骤(2)包括：
1)获取计量设备的基础状态数据；在此步骤中，该计量设备故障自动排查系统的通讯模块通过该自动抄表系统获取计量设备的电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号基础状态数据，或者通过人工抄表系统获得上述信息，以供故障分析。其中电压包括分相电压、平均电压、电压越限时间、电压合格率、电压谐波值基础状态数据；
2)传输基础状态数据；在此步骤中，通信模块将获取到的基础状态数据藉由该通信模块发送给该分析模块；
3)预处理状态数据；在此步骤中，该通信模块接收到基础状态数据后，根据电网结构，对所有数据进行自动分类，从而分别获取配电网电量部分、输电网电量部分、变电网电量部分；该通信模块从自动抄表系统中读取了状态数据之后，先利用杂凑算法对需要发送的状态数据进行处理，将该获取到的状态数据与上次已经成功发送的基础状态数据信息进行比较，抽取出已经变化的状态数据信息生成相应的信息摘要；
4)发送预处理状态数据；在此步骤中，该通信模块中的压缩模块将预处理后的状态数据进行压缩打包，并通过通信模块发送至该分析模块。
作为具体化，上述步骤(3)的具体步骤为：分析模块接收通信模块发送过来的完整的状态数据包后，根据电力系统的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，从而提取出计量设备数据的应用数据；根据自动采集得到的计量设备状态数据和系统中自动调出的对应的额定数据、历史数据进行比较，并用事先设置的参数作为参考点，采用电力系统中得到广泛认可的计算公式，计算出有关计量设备发生故障的概率；对可疑的计量设备，系统单独列出清单，并附有详细的资料和数据，供设备管理人员或相关专家、领导进行判断和调整。
作为具体化，所述的基础状态数据包括电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号。
所述的计量设备故障排查系统包括配电网计量设备故障排查系统、输电网计量设备故障排查系统、变电网计量设备故障排查系统。其中该配电网计量设备故障排查系统，用于对配电网的计量设备故障进行自动采集和判断；该输电网计量设备故障排查系统，用于对输电网的计量设备故障进行自动采集和判断；该变电网计量设备故障排查系统，用于对变电网的计量设备故障进行自动采集和判断。
本发明计量设备故障自动排查系统及计量设备故障排查的方法提供了一种高效、客观、稳定、准实时的计量设备故障分析和管理的手段，提高输电、配电、用电环节的计量设备管理的自动化水平和可靠性，有效的解决了计量设备分布广、现场环境复杂、用电性质各不相同、双电源用户较多等带来的计量设备故障监控复杂的问题，可以为电力公司管理人员充分快速掌握计量设备的运行状态提供技术保障。
附图说明
图1是本发明计量设备故障自动排查系统的功能模块图。
图2本发明计量设备故障排查的方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，通过对计量设备故障排查所需的状态数据进行自动收集，将收集到的所需的状态数据，并且对不同的数据，自动决定获取来源，有通过自动抄表系统采集的，也有手工录入的，也有从其他系统转发过来的。系统对不同来源的数据进行统一处理，统一参与计算。
请参阅图1，其为本发明计量设备故障排查系统功能模块图。该计量设备故障排查系统1包括一设置模块10、一通信模块11和一分析模块12。
该设置模块10通过人工操作或系统自动导入的方式，对各计量设备的各类参数进行设置，为故障判断和分析提供依据。这些参数包括计量设备的运行环境、用电类型、功率方向、电压变比、电流变比、运行时间。
该通信模块11包括一自动抄表系统和/或一人工抄表系统，用于获取计量点的基础状态数据，基础状态数据包括电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号，并将获取到的基础状态数据通过该通信模块11发送给该分析模块12。
该通信模块11采用杂凑算法对通过自动抄表系统和/或一人工抄表系统获取到的状态数据进行摘要，并将该获取到的状态数据与上次已经成功发送的基础状态数据信息进行比较，抽取出已经变化的状态数据信息，并将该状态数据信息传输给该分析模块12。该通信模块11对该已经变化的状态数据信息进行处后理，生成一系列状态数据包。该通信模块11对于没有变化的状态数据，或者变化范围较小的状态数据，如其变化在预先设置的范围之内，则不需要发送，只需要有一位做标志。该通信模块11将上述已经变化的状态数据发送至该分析模块12。
该分析模块12包括至少一电量分析模块121、一电压分析模块122及一功率分析模块123。该分析模块12接收到完整的状态数据包后，根据电力系统的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据。此解包处理过程中采用杂凑算法对状态数据进行处理，生成信息摘要，然后根据预先设定的处理规则，解码出真实的现场状态数据信息，其中状态数据信息包括电量信息、电压信息及功率信息。然后该电量分析模块121、该电压分析模块122及该功率分析模块123根据电量信息、电压信息及功率信息分别统计计算出相应的电量数据、电压数据和功率数据。
图2为图1所示计量设备故障自动排查系统1的排查分析方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S101，通过设置模块对计量设备参数进行设置；
在此步骤中，设置模块根据实际的电网结构和现场设备的参数，建立所有计量设备的档案资料、设备故障的判断条件，并将设置结果存储在该计量设备故障自动排查系统1中。
步骤S102，获取计量设备的基础状态数据；
在此步骤中，该计量设备故障自动排查系统1的通讯模块11通过该自动抄表系统获取计量设备的电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号基础状态数据，或者通过人工抄表系统获得上述信息，以供故障分析。其中电压包括分相电压、平均电压、电压越限时间、电压合格率、电压谐波值基础状态数据。
计量设备电量由自动抄表系统获得，该电量同时作为该测量点的的综合供电量。系统可自动调出该计量设备所供用户的电量额定值、该用户的历史用电记录、该用户最高电量设定值；系统调出这些值后，自动与采集到的实际电量进行比较，分析其差值，并将差值与实现设定的范围进行比较，从电量的角度分析出计量设备故障的概率。用类似的方法，系统自动调出该用户的电压、功率等数据的额定值和历史记录，与实际值进行自动比较，从而从电压分析角度、功率分析角度，判断出计量设备故障的概率。
步骤S103，传输基础状态数据；
通信模块11将获取到的基础状态数据藉由该通信模块11发送给该分析模块12。其中该通信模块11可以采用有线传输网络也可以采用从移动通信公司铺设虚拟私有网络(Virtual Private Network，VPN)专线等无线传输网络，从而将电力公司的电力专网与通信网络网连接起来传输数据，便捷地传输基础数据。移动通信网络可以采用无线GPRS、2G、3G通信网络，如TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等，同时还利用Internet宽带公网作为辅助的备用通道。
本发明在系统构架(采用J2EE数据服务技术)与网络组织方式上具有一定的前瞻性，通信手段上无线通信网络和有线通信网络的结合，以保证系统的先进性和投资的有效性。本发明的系统设计体系不仅可以采用目前广泛使用的GPRS和CDMA，而且可以使用3G通信，包括TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等。
步骤S104，预处理状态数据；
该通信模块11接收到基础状态数据后，根据电网结构，对所有数据进行自动分类，从而分别获取配电网电量部分、输电网电量部分、变电网电量部分。该通信模块11从自动抄表系统中读取了状态数据之后，先利用杂凑算法(Hash function)对需要发送的状态数据进行处理，将该获取到的状态数据与上次已经成功发送的基础状态数据信息进行比较，抽取出已经变化的状态数据信息生成相应的信息摘要，并将该状态数据信息的信息摘要交给分析模块12。由于杂凑算法具有单向不可逆运算的特性，即仅能由交易数据推算出信息摘要，而无法由信息摘要反向推算出交易数据的内容，因此交易数据与信息摘要的内容具有关联性，且不同交易数据内容不会运算出相同的信息摘要，我们可以将信息摘要视为精简版的交易数据特征。
步骤S105，发送预处理状态数据；
该通信模块11包括一压缩模块。该通信模块11中的压缩模块将预处理后的状态数据进行压缩打包，并通过通信模块11发送至该分析模块12。
在整个数据通信过程中采用TCP/IP通信协议，可屏蔽各种中间层协议，从自动抄表系统到该分析模块12的状态分析的通信可以视为在广域网中数据的传输。由于采用基于J2EE构架的数据WEB服务方式，可避免直接利用底层的Socket通信，符合HTTP1.1和DATA Service的相关国际标准，传输的数据能有效通过广域网中的各种安全设备，同时数据经过数字签名，本身的安全性和完整性也得到了保证。
数据并发传输解决方案：数据的并发传输是一般的远方采集系统的一大瓶颈，由于在实际应用中一个大的系统有几万的基层应用，保证高采通率的前提是解决并发传输的通信阻塞。本发明采用J2EE+Web服务构成，即企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。其中包含有四大核心技术：
1、J2EE连接体系：J2EE连接体系提供了J2EE应用和企业内存在的EIS系统集成的标准框架。
2、JMS(Java信息服务)：Java信息服务是一个支持企业通信系统的标准编程接口，目的在于提供一个跨越不同类型通信系统的公共接口。Java应用程序利用JMS API和企业的通信系统连接后，应用程序就能利用通信系统提供的功能创建和发送消息，达到和其它应用系统异步通信的目的。
3、JDBC API：它是和关系型数据库系统集成的标准接口。应用程序用这个接口获得数据库连接、查询数据和执行其它的数据库功能。
4、Web Services：允许EIS提供一些服务访问点，新的应用通过这些点可以获取数据，也可以提交数据。
步骤S106，排查计量设备故障状态。
在此步骤中，分析模块12接收通信模块11发送过来的完整的状态数据包后，根据电力系统的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，从而提取出计量设备数据的应用数据。根据自动采集得到的计量设备状态数据，和系统中自动调出的对应的额定数据、历史数据进行比较，并用事先设置的参数作为参考点，采用电力系统中得到广泛认可的计算公式，计算出有关计量设备发生故障的概率。对可疑的计量设备，系统单独列出清单，并附有详细的资料和数据，供设备管理人员或相关专家、领导进行判断和调整。另外，使用人员根据系统计算结果，到现场排查设备的实际状况后，将实际状况录入系统，系统进行智能记忆，以提高下次判断的准确性。
该故障排查数据采用分级管理模式，具体为：基层供电所、农电所和变电站值班人员进行基础数据的汇总和上报；县级分公司或子公司进行故障结果的分区统计，将故障结果上报给地区分公司，并保留原始资料备查，上级公司可根据标志位自动判断抽取或不抽取原始资料；地区分公司进行故障结果的分区统计，将故障结果上报给省级公司，并保留原始资料备查，上级公司可根据标志位自动判断抽取或不抽取原始资料。作为本发明的一优选实施例，通信模块11采用自动抄表系统传输状态数据，该自动抄表系统传输状态数据方式有管理中心召唤式和主动发送式两种。当采用中心召唤式时，该计量设备故障自动排查系统1按预定条件向需要监控的自动抄表系统对应的通信模块发出采集命令，相应的该通信模块收到该采集命令后，执行该步骤S101和S102。当采用主动发送式时，需要监控的自动抄表系统对应的通信模块按预定条件主动向该计量设备故障自动排查系统1提供发送计量设备状态数据，当满足该预定条件时，该通信模块11主动执行该步骤S101和S102。其中该预定条件可为预定的时间间隔，其大小可为1分钟至720小时之间的时间段。
本发明计量设备故障自动排查系统1利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为电力企业解决计量点数据的自动收集、人工录入、状态数据传输、设备故障分析和排查、分区考核、分人员考核、分线路分析、分台区分析等问题，以较高的信息化技术和管理手段分析解决各种可能的计量设备故障问题，并及时发现计量回路故障和异常用电情况。
本发明计量设备故障自动排查系统为供电企业提供一种高效、客观、稳定、准实时的计量设备故障分析和排查的手段，提高输电、配电、用电环节的计量管理的自动化水平和可靠性，并为重点解决10KV配电电网高故障率问题，缓解农电网的供电可靠率问题提供技术支撑平台。实现全网各采集、计量、考核点的总、峰、平、谷、尖电度等电能数值，及配电网状态、输电网状态、变电网状态的自动、完整、准确、安全、及时、可靠、灵活、完善的采集、传输、存储、统计、计算、计费、分析、审核、确认、管理、备份、应用、报表、打印、发布；系统可对换表、满度、CT/PT修改等业务变更和旁路代供情况进行自动、人工处理，对关口电量、线损率、平衡率等进行准实时的计算、考核、监察。本发明的应用对象主要为各级电力公司。
由上述可知，本发明基于GPRS、CDMA2000 1x、WCDMA、TD-CDMA通信方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决并发采集瓶颈问题，提供强大的基于J2EE的Web Data Service的企业级的数据服务和数据验证，可承受2～5万个基层应用系统的并发数据传送。采用本发明，可使计量设备故障自动排查系统的运营成本极大的降低，使系统真正具有实用性，提高各级电力公司的管理自动化水平，促进供电、配电、用电各方的有序发展。
综上所述，本发明解决了现有技术中所存在的既要全面监控计量设备、又要解决电网结构复杂、计量点众多、自动抄表和人工录入并存等矛盾问题，同时解决当现场数据较多时易引起网络阻塞的问题。对每个自动抄表系统，在通过GPRS或CDMA网络发送状态数据前，先对状态数据进行逻辑分析，将状态数据信息进行重新组织，过滤掉冗余的状态数据信息，从而充分利用有限的网络资源，避免网络阻塞，同时充分利用GPRS按流量计费的特点，减少通信费用，节约成本。其中，主站系统采用J2EE+WebService的方法，用Weblogic中间件系统，可同时监控2～5万个计量设备数据，适应国内所有的网、省、地市和县级电力公司。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种计量设备故障自动排查系统，其特征在于：包括：
一设置模块，用于对计量设备故障的判断标准进行设置；
一通信模块，用于对现场的计量设备的状态进行采集，并将采集的设备状态传送给分析模块；
一分析模块，用于根据采集到的设备状态，计算并分析出计量设备故障类型和故障原因。
2.如权利要求1所述的计量设备故障自动排查系统，其特征在于：通信模块包括一压缩模块，压缩模块用于压缩变化的计量设备状态信息。
3.如权利要求1所述的计量设备故障自动排查系统，其特征在于：通信模块包括一自动抄表系统和/或一人工抄表系统，用于获取计量点的电能量示度、各相电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号。
4.根据权利要求1所述的计量设备故障自动排查系统，其特征在于：计量设备故障排查系统包括配电网计量设备故障排查系统、输电网计量设备故障排查系统、变电网计量设备故障排查系统。其中该配电网计量设备故障排查系统，用于对配电网的计量设备故障进行自动采集和判断；该输电网计量设备故障排查系统，用于对输电网的计量设备故障进行自动采集和判断；该变电网计量设备故障排查系统，用于对变电网的计量设备故障进行自动采集和判断
5.如权利要求1所述的计量设备故障自动排查系统，其特征在于：分析模块包括：
一电量分析模块，用于统计计算电量数据；
一电压分析模块，用于统计计算电压数据；
一功率分析模块，用于统计计算功率数据。
6.一种计量设备故障排查方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设置模块对计量设备的参数进行设置；
(2)通讯模块自动采集现场的计量设备状态数据，进行预处理后送分析模块；
(3)分析模块根据计量设备状态数据，排查计量设备故障状态。
7.根据权利要求6所述的计量设备故障排查方法，其特征在于：在上述步骤(1)中，设置模块根据实际的电网结构和现场设备的参数，建立所有计量设备的档案资料、设备故障的判断条件，并将设置结果存储在该计量设备故障自动排查系统中。
8.根据权利要求6所述的计量设备故障排查方法，其特征在于：上述步骤(2)包括：
1)获取计量设备的基础状态数据；在此步骤中，该计量设备故障自动排查系统的通讯模块通过该自动抄表系统获取计量设备的电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号基础状态数据，或者通过人工抄表系统获得上述信息，以供故障分析。其中电压包括分相电压、平均电压、电压越限时间、电压合格率、电压谐波值基础状态数据；
2)传输基础状态数据；在此步骤中，通信模块将获取到的基础状态数据藉由该通信模块发送给该分析模块；
3)预处理状态数据；在此步骤中，该通信模块接收到基础状态数据后，根据电网结构，对所有数据进行自动分类，从而分别获取配电网电量部分、输电网电量部分、变电网电量部分；该通信模块从自动抄表系统中读取了状态数据之后，先利用杂凑算法对需要发送的状态数据进行处理，将该获取到的状态数据与上次已经成功发送的基础状态数据信息进行比较，抽取出已经变化的状态数据信息生成相应的信息摘要；
4)发送预处理状态数据；在此步骤中，该通信模块中的压缩模块将预处理后的状态数据进行压缩打包，并通过通信模块发送至该分析模块。
9.根据权利要求6所述的计量设备故障排查方法，其特征在于：上述步骤(3)的具体步骤为：分析模块接收通信模块发送过来的完整的状态数据包后，根据电力系统的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，从而提取出计量设备数据的应用数据；根据自动采集得到的计量设备状态数据和系统中自动调出的对应的额定数据、历史数据进行比较，并用事先设置的参数作为参考点，采用电力系统中得到广泛认可的计算公式，计算出有关计量设备发生故障的概率；对可疑的计量设备，系统单独列出清单，并附有详细的资料和数据，供设备管理人员或相关专家、领导进行判断和调整。
10.根据权利要求8所述的计量设备故障排查方法，其特征在于：所述的基础状态数据包括电能量示度、电压、各相电流、总有功功率、各相有功功率、总无功功率、各相无功功率、总功率因数、各相功率因数、开关量信号。
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