CN104820201A

CN104820201A - 一种采集终端性能指标评价方法

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Publication number: CN104820201A
Application number: CN201510197689.6A
Authority: CN
Inventors: 黄尚渊; 张垠; 朱彬若; 王新刚; 吴颖; 顾臻; 江剑峰; 黄亮; 翁素婷
Original assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd; East China Power Test and Research Institute Co Ltd
Current assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd; East China Power Test and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-08-05

Abstract

本发明涉及一种采集终端性能指标评价方法，用于评价采集终端的可靠性能，包括以下步骤：1)获取影响采集终端正常运行的因素；2)根据影响采集终端正常运行的因素构建采集终端现场仿真实验平台，并分别对采集终端定性的进行单类影响因素试验和复合影响因素试验；3)根据单类影响因素试验和复合影响因素试验的数据结果分析采集终端运行的可靠性和稳定性，分辨出对采集终端产生不利影响的敏感因素，评价电能计量设备总体性能。与现有技术相比，本发明具有考虑全面、应用范围广、有利于评价体系的建立等优点。

Description

一种采集终端性能指标评价方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种采集终端性能指标评价方法。

背景技术

电能是国民经济、人民生活的重要能源，起到促进社会和谐发展的重要作用。随着我国经济的发展和智能电网建设的不断推进，我国电力系统中出现了大量新技术和新设备：智能采集终端、数字化变电站、数字式采集终端等已经广泛使用，人民的生活方式发生了深刻的变化，新型用电设备不断增加，这些变化和发展对电能计量提出了更高的要求，尤其是电能计量的智能化、网络化，同时也更注重其完整性和准确性。

随着国家电网公司对电能计量设备质量管控工作的愈加重视，电能计量设备在设计、制造、检测验收等方面都必须遵循严格的标准，以保证接入系统的智能采集终端和采集终端能够满足用电信息采集业务的要求。目前，电能计量设备的实验室检测具有一套较为完善的标准，用于保证产品质量满足技术要求。然而，在现场运行维护方面，电能计量设备仍缺乏相应的测试手段和评价标准，导致现场设备在运行可靠性和稳定性方面存在薄弱环节。智能采集终端、采集终端等电能计量设备现场运行时会受到各种因素及突发事件的影响，即使实验室检测合格的设备也可能因复杂的现场环境而损坏，出现计量偏差或性能下降等质量缺陷。大大增加了现场排查、解决问题的难度，也易引起计量纠纷、客户投诉等损害电力公司形象的事件。因此，为了确保电能计量准确可靠、信息采集及时有效，有必要在设备安装前对各种不确定性因素进行全面测试。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑全面、应用范围广、有利于评价体系的建立的采集终端性能指标评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采集终端性能指标评价方法，用于评价采集终端的可靠性能，包括以下步骤：

1)获取影响采集终端正常运行的因素；

2)根据影响采集终端正常运行的因素构建采集终端现场仿真实验平台，并分别对采集终端定性的进行单类影响因素试验和复合影响因素试验；

3)根据单类影响因素试验和复合影响因素试验的数据结果分析采集终端运行的可靠性和稳定性，分辨出对采集终端产生不利影响的敏感因素，评价电能计量设备总体性能。

所述的步骤1)中的影响现场电能计量设备可靠性的因素包括电气变化因素、气候环境因素、电磁兼容因素、机械外力因素和人为因素。

所述的电气变化因素包括电源电压变化、短时过电流、自热、脉冲电压冲击、电压暂降或短时中断、低功率因数、波形畸变、过负荷、动态负荷、冲击负荷和电压波动，所述的气候环境因素包括高低温变化、交变湿热和阳光辐射，所述的电磁兼容因素包括静电放电、射频电磁场、射频场感应的传导骚扰、电快速脉冲群、雷击浪涌和衰减振荡波，所述的机械外力因素包括压力、振动、冲击、灼烧、腐蚀、风尘和淋雨。

所述的步骤3)中的单类影响因素试验包括电气影响试验和通信影响试验，所述的复合因素试验为多种影响因素同时叠加试验。

所述的电气影响试验包括谐波干扰测试、电源影响测试、负载变化测试、电压降落和短时中断测试、失压测试和电压电流逆相序测试，所述的通信影响试验包括一次抄读成功率测试、周期抄读成功率测试、电能表数据抄读准确率测试和信号传输特性测试，所述的复合因素试验包括模拟线路的结合测试、通信传输成功率测试、测试、载波通讯对采集系统正常工作的影响测试、负载变化时的一次抄读成功率试验和周期抄读测试、谐波干扰时的一次抄读成功率试验和周期抄读测试。

所述的复合影响因素试验包括高温高湿下的电压波动与负载突变测试、高温高湿下的谐波电流扩展测试、高温高湿与三相不平衡下的电流扩展和通讯性能测试、低频辐射下低频传导抗扰度测试和低频辐射下的电磁兼容测试。

所述的电源影响测试内容包括电源断相、电源电压变化、瞬间上下电、瞬间过载和瞬间过电压。

所述的信号传输特性测试内容包括载波信号频率和电平、载波信号最大输出电平和频带外干扰电平、接收灵敏度、抗干扰性和阻抗适应性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、考虑全面：本发明的采集终端性能指标评价方法考虑到了各种环境影响因素，能够全面的对采集终端性能进行测试和评价，有效地评估了采集终端的质量及运行的可靠性和稳定性

二、应用范围广：本发明不仅能够有效的评价采集终端等电能计量设备的评价，还可以根据实际需要，对电力电网的其他电能终端进行评价。

三、有利于评价体系的建立：本发明对采集终端性能进行测试和评价，为以后的电力电网的其他设备的评价提供了数据支持，有利于评价体系的建立。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为集中器模拟采集终端测试平台结构图。

图3为专变终端模拟采集终端测试平台结构图。

图4为PD-5A低压载波通信测试系统架构示意图。

图5为载波信号频率和电平测试电路结构示意图。

图6为载波接收灵敏度和抗干扰性测试结构示意图。

图7为阻抗适应性测试结构示意图。

图8为模拟线路结合测试结构示意图。

图9为载波通信对用户环境影响平台架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种采集终端性能指标评价方法，用于评价采集终端的可靠性能，包括以下步骤：

1)获取影响采集终端正常运行的因素；

采集终端运行仿真实验通过对采集设备运行工况进行仿真实时控制，获取采集设备是否能正常工作的信息，结合主站召测的电能量等数据和电能表内存数据，验证采集终端能准确采集各类数据和事件，采集成功率符合规范要求。选用的各类采集设备均为目前上海地区在用设备，试验平台的结构图如图2和图3所示。

单类因素试验：

电气影响试验：

该类试验主要包括采集终端的谐波干扰试验、电源影响试验、负载变化试验、电压降落和短时中断试验等，具体试验方法如下：

1)谐波干扰试验：

按照以上结构图搭建采集终端模拟测试平台，并在测试回路中加入谐波进行测试。

设备可施加谐波参数如下：

谐波次数：2～21次；谐波含量：电流2～21次，幅值范围谐波含量0-40％(相对于基波)。电压2～21次，幅值范围谐波含量0-40％(相对于基波)。谐波相位：0～359.99。

施加谐波方法(依据Q/GDW 1379.2-2013 4.3.7.2.2.4)：

保持回路电压频率为50HZ，输入电压为额定电压的80％、100％、120％，然后施加输入电压10％的2～19次谐波电压；保持回路电流频率为50HZ，输入电流为标定电流的10％、40％、80％、100％、120％，然后施加输入电流10％的2～19次谐波电流。

测试过程中，电能计量设备应正常工作，采集终端采集数据的准确度和采集成功率应符合DL/T 698规定的要求，功能和性能应符合技术规范的规定。

2)电源影响试验

(1)电源断相试验：

采集终端使用交流三相四线或三相三线供电，在断一相或两相电压的条件下，交流电源应能维持采集终端设备的正常工作和通信，采集终端应能正确采集电能表断相记录，功能和性能应符合技术规范的规定。

(2)电源电压变化试验：

工作电源额定电压：0～220V/380V，允许偏差-20％～+20％。

频率：50Hz，允许偏差-6％～+2％。

将电源电压按上述规定变化到极限值时，采集设备应能正常工作，功能和性能应符合技术规范的规定。

(3)瞬间上下电试验：

检测装置控制电源模拟瞬间上下电，测试采集终端设备的工作状态和通信性能。采集设备应能正常工作，功能和性能应符合技术规范的规定。

(4)瞬间过载试验：

检测装置控制电源模拟瞬间过载，电压达130％Un并且电流达120％In，持续50ms。采集设备应能正常工作，功能和性能应符合技术规范的规定。

(5)瞬间过电压试验：

检测装置控制电源模拟瞬间过电压，电压达200％Un，持续50ms。采集设备应能正常工作，功能和性能应符合技术规范的规定。

3)负载变化试验：

检测装置模拟现场负载变化情况，电压、电流、频率、功率因数等参数可根据预先设置在一段时间内单独或以组合方式不断变化，测试采集设备在负载变化情况下的通信采集性能。

负载变化范围：电压：80％～100％Un；电流：-100％～+100％In；频率：48Hz～50Hz；功率因数：0～1.0。

4)电压降落和短时中断试验：

按照IEC1000-4-11中规定，并在下列条件下进行：

(1)电压试验等级40％Un

从额定电压暂降60；持续时间：1min，3000个周期；降落次数：1次。

(2)电压试验等级0％Un

从额定电压暂降100；持续时间：1s，50个周期；中断次数：3次，各次中断之间的恢复时间10s。

(3)电压试验等级0％Un

从额定电压暂降100；中断时间：20ms，1个周期；中断次数：1次。

以上电源电压的突变发生在电压过零处。

电压降落和短时中断试验时，系统及组成系统的各设备不应损坏或死机，试验后，系统及组成系统的各设备应能正常工作，系统保存的数据应无变化。

5)失压试验：

失压判别：接入电压小于或等于起动电压(额定电压的78％±2V)且相对应电流回路中电流大于或等于25mA。

检测装置分别模拟单相失压、两相失压和全失压，每次失压持续5min。试验后，系统及组成系统的各设备应能正常工作，系统保存的数据应无变化。

6)电压(流)逆相序试验：

检测装置模拟电压(流)逆相序运行。试验后，系统及组成系统的各设备应能正常工作，系统保存的数据应无变化。

通讯试验：

该类实验包括一次抄读成功率试验、周期抄读成功率试验、电能表数据抄读准确率试验和信号传输特性试验，具体试验方法如下：

1)一次抄读成功率试验

在采集终端仿真模拟运行平台上进行一次抄读试验。

用户电能表的累计电能数据的一次抄读成功率按下列公式计算：

一次抄读成功率＝(一次抄读成功的次数/应抄读的总次数)×100％

采集终端对用户电能表的累计电能数据以60min的间隔抄读一次系统所有电能表的电能读数，共进行不少于400次的抄读，记录每次抄收的数据，统计一次抄读成功率应至少满足表1要求。表1为实验室要求，表2为现场运行要求。

表1 试验条件下一次抄读成功率指标(Q/GDW 1373-2013)

终端下行信道类型	一次抄读成功率％
		有线	>98
无线	>90
		电力线载波	>90

表2 试验条件下一次抄读成功率指标(DL/T 698)

终端下行信道类型	一次抄读成功率％
		有线	>98
无线	>90
		电力线载波	>80

2)周期抄读成功率试验

在采集终端仿真模拟运行平台上进行周期抄读试验。

用户电能表的累计电能数据的周期抄读成功率按下列公式计算：

周期抄读成功率＝(周期抄读成功的次数/应抄读的总次数)×100％

采集终端对用户电能表的累计电能数据以60min的间隔抄读一次系统所有电能表的电能读数，记录每次抄收的数据，以24h为周期统计周期抄读成功率，周期成功率应至少满足表3要求。表3为实验室要求，现场运行要求为100％成功率。

表3 试验条件下周期抄读成功率指标(Q/GDW 1373-2013)

终端下行信道类型	周期(日)抄读成功率％
		有线	>99.9
无线	>98
		电力线载波	>98

3)电能表数据抄读准确率试验

电能表通以额定电流Ib(In)24h后，先读取初始化差值△E，再通以试验电流I(0.01In<I<Imax)运行。采集系统每隔1h召抄电能表的电能读数E，读数准确度为0.1kWh。其中试验电流I在0.01～0.02In的运行读数不少于50kWh。运行期间，电压线路每24h内中断电源3～4次。运行后读取E和E0的差值应符合下列要求。

在现场运行条件下，采集系统读出的用户电能表累计电能表读数E与用户电能表计度器的电能量示值E0的差值应满足下列要求：

|E-E₀-ΔE|≤0.05％E₀+1×10^-(α+1)+γ×10^-β

其中，△E＝初始化时的E－初始化时的E0，α为用户电能表计度器的小数位数，β为系统电能表读数的小数位数，γ为进位误差。

4)信号传输特性试验

以下测试均通过通信测试实验平台进行信号传输特性试验，如图4所示。

(1)载波信号频率和电平的试验

载波信号频率和电平的测试电路见图5。利用频谱分析仪和图中规定的人工电源网络，对被测仿真平台上的设备进行载波信号频率和电平测试。载波信号频率和电平限值应满足表2的要求。

(2)载波信号最大输出电平和频带外干扰电平试验

使电能计量设备处于连续发送状态，用频谱仪在载频频带内找出输出电平最高点，此时的电平值记作V1。在载频频带外找出输出电平最高点，此时的电平值记作V2。V1和V2的值应符合表4和表5的要求：

表4 输出信号电平限值

表5 带外骚扰电平限值

(3)接收灵敏度试验

接收灵敏度测试结构如图6，测试载波接收器在一定衰减下能否正常接收到载波发射器的信号。程控信号衰减器针对载波信号进行有效的衰减，衰减范围能够达到灵敏度测量的最小电平要求。接收灵敏度为通信成功率不小于50％时的最小电平要求。

(4)抗干扰性试验

抗干扰性测试噪声模拟器内部的高速D/A能够有效地复原各种噪声信号，包括从现场录波的噪声信号，其有效带宽和输出幅度直接反映现场噪声的大小。抗干扰性等级为通信成功率不小于50％时的信噪比。

(5)阻抗适应性测试

阻抗适应性测试结构如图7所示，不同类型的阻抗拓扑结构，按照单元阻抗并联和串联模型的不同方式组合，可以改变测试环路上相应的阻抗特性，测试系统预先设定不同载波频率下的各种阻抗等级。

复合因素试验：

模拟线路的结合试验：

模拟线路结合测试结构见图8，测试将低压线路的主要特征包括载波信号衰减特性、干扰特性以及阻抗变化特性结合在一起，通过系统模拟相应状态的变量，考核载波通信产品在模拟低压线路下的整体接收性能。

通信传输成功率试验：

1)高温条件下通信试验

在高温试验时，模拟上海地区夏天的极端气候条件，采集终端设备在55℃、90％RH或70℃、90％RH时工作正常，采集设备以5min的抄收间隔自动抄收电能表的数据，抄收次数不少于30次，记录每次抄收的数据，试验后统计通信成功率不低于95％。

2)低温条件下通信试验

在低温试验时，模拟上海地区冬天的极端气候条件，采集终端设备在-10℃、20％RH或-25℃、20％RH工作正常，采集设备以5min的抄收间隔自动抄收电能表的数据，抄收次数不少于30次，记录每次抄收的数据，试验后统计通信成功率不低于95％。

如图9所示，载波通讯在现场环境(各类漏电保护器)中对采集系统正常工作的影响试验：

一个由采集设备和电能表组成的系统，采用测试机控制采集设备发送载波抄表信号实时抄表，抄表间隔为30s，共计不少于200次抄收，统计漏电保护器跳闸次数。改变泄露电容C1、C2的大小模拟不同类型的漏电保护器，对比载波通信对不同类型漏电保护器的影响。测试应满足以下要求：

C1＝C2＝200nF，漏电保护器应可靠不跳闸。

C1＝C2＝220nF，漏电保护器可靠不跳闸率应大于90％。

C1＝C2＝300nF的漏电保护器测试时，要求如下：

机械式漏电保护器：载波通信无影响；芯片式且不带滤波：载波通信导致跳闸；芯片式且带滤波：载波通信无影响。

负载变化时的一次抄读成功率试验和周期抄读试验：

通过采集终端模拟检测装置模拟现场负载变化情况，电压、电流、频率、功率因数等参数可根据预先设置在一段时间内单独或以组合方式不断变化(变化范围限值如单项仿真实验中的负载变化试验)，在不同的变化下进行一次抄读和周期抄读试验(如单项仿真试验中的一次抄读和周期抄读试验)。

谐波干扰时的一次抄读成功率试验和周期抄读试验：

通过采集终端模拟检测装置在测试回路中施加谐波干扰的同时进行一次抄读和周期抄读试验。

设备可施加谐波参数如下：

施加谐波方法(依据Q/GDW 1379.2-2013 4.3.7.2.2.4)：

Claims

1.一种采集终端性能指标评价方法，用于评价采集终端的可靠性能，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取影响采集终端正常运行的因素；

2.根据权利要求1所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的步骤1)中的影响现场电能计量设备可靠性的因素包括电气变化因素、气候环境因素、电磁兼容因素、机械外力因素和人为因素。

3.根据权利要求2所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的电气变化因素包括电源电压变化、短时过电流、自热、脉冲电压冲击、电压暂降或短时中断、低功率因数、波形畸变、过负荷、动态负荷、冲击负荷和电压波动，所述的气候环境因素包括高低温变化、交变湿热和阳光辐射，所述的电磁兼容因素包括静电放电、射频电磁场、射频场感应的传导骚扰、电快速脉冲群、雷击浪涌和衰减振荡波，所述的机械外力因素包括压力、振动、冲击、灼烧、腐蚀、风尘和淋雨。

4.根据权利要求1所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的步骤3)中的单类影响因素试验包括电气影响试验和通信影响试验，所述的复合因素试验为多种影响因素同时叠加试验。

5.根据权利要求4所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的电气影响试验包括谐波干扰测试、电源影响测试、负载变化测试、电压降落和短时中断测试、失压测试和电压电流逆相序测试，所述的通信影响试验包括一次抄读成功率测试、周期抄读成功率测试、电能表数据抄读准确率测试和信号传输特性测试，所述的复合因素试验包括模拟线路的结合测试、通信传输成功率测试、测试、载波通讯对采集系统正常工作的影响测试、负载变化时的一次抄读成功率试验和周期抄读测试、谐波干扰时的一次抄读成功率试验和周期抄读测试。

6.根据权利要求4所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的复合影响因素试验包括高温高湿下的电压波动与负载突变测试、高温高湿下的谐波电流扩展测试、高温高湿与三相不平衡下的电流扩展和通讯性能测试、低频辐射下低频传导抗扰度测试和低频辐射下的电磁兼容测试。

7.根据权利要求5所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的电源影响测试内容包括电源断相、电源电压变化、瞬间上下电、瞬间过载和瞬间过电压。

8.根据权利要求5所述的一种电能计量设备的可靠性评价方法，其特征在于，所述的信号传输特性测试内容包括载波信号频率和电平、载波信号最大输出电平和频带外干扰电平、接收灵敏度、抗干扰性和阻抗适应性。