介绍电力采集终端判断电流骤降告警的机制

随着我国电力行业的发展，电力技术与物联网结合越来越紧密，智能电力采集系统也得到了广泛应用。鉴于此，介绍了一种能自动检测电网电流是否存在异常，主动向主站上报异常告警信号，并且可以存贮异常信息、使用液晶界面查阅告警信息记录的机制，大幅提高了智能电力采集终端运行的实用性和可维护性。

 引言

当前，随着电力行业的迅速发展，电力采集设备的广泛应用，电力采集系统能通过电力采集终端采集台区电能表数据，从而实现对居民用户电量的每日监控，进而把控台区供电情况[1]。

电力网络分布复杂，不同的台区所处的环境各不相同，因此会出现很多突发状况。目前采集终端也有很多告警事件上报机制，如电压断相、电流断流、电压逆相序、表盖门开启等，能够满足主站对所在台区电能质量监控的基本要求[2]，但仍缺乏对电网中电流瞬时波动的监测，当瞬时电流波动过大时可能会损坏用电设备。因此，本文从设计角度出发，提出一种在电力采集终端运行过程中能实时采集电流数据进行处理分析的机制，如果存在电流下降异常情况，终端将存储这条异常信息，并通过无线公网或以太网把这条信息上报给用电管理主站系统，以便供电局人员实时监测异常，发现异常能立即派遣现场维护人员进行处理，维护电网的稳定性。

1  电流骤降告警实现原理

1.1  基本框图

图1为电力采集系统运作的基本框图，电力采集系统异常告警的判断、产生、上报主要依托以下几个方面：

（1）终端下行通信：采集终端下行主要通过RS485方式或载波通信方式与电表进行数据交换[3]，根据任务的内容定时分阶段地采集电能表数据。采集到数据后直接转发给主站，或将数据存储在采集终端中并进行分析。

（2）采集终端：终端能对采集的电表数据和自己本身的交采数据进行处理分析，判断是否有漏采数据或采集到异常告警事件等，若有异常产生则终端存储该条异常告警信息，并准备通过上行通信上报给主站。

（3）终端上行通信：终端上行通信主要是与用电管理系统主站进行交互，终端可以接收主站下发的报文，解析报文后执行主站要求的一系列动作命令或参数设置。终端也可以主动向主站上报数据，尤其是当采集终端或电表异常时，终端本身会产生告警，并立即将采集的数据进行组包然后上报主站。
 

1.2  软件实现

1.2.1  电流骤降的定义

电力智能采集终端按周期进行判断，当电压正常（当前电压大于额定电压60%即为正常电压）时，如果在上一周期的平均电流大于阈值的情况下检测到电流发生骤降（骤降比例超过了阈值），并且持续时间长达6 s以上，表示系统发生了电流骤降，则记录相关数据，主动上报给用电管理主站。

1.2.2  电流骤降的参数

为了让智能终端电流骤降告警上报功能可以适应不同的场景，智能终端在flash中开辟了一块内存用于存储终端电流骤降判断过程中涉及的各类参数，首先将参数写入内存（开始有初始值），代码运行过程中用到该参数时再从内存中读取参数的值，也可以在运行过程中根据需求变动对参数进行修改[4]。智能终端修改参数的方法主要有3种：通过液晶屏手动直接修改，通过用电管理主站下发参数设置报文修改，通过U盘插入终端进行修改。

电流骤降功能主要涉及以下各项参数：

（1）电流骤降告警判断阈值（阈值为0时则表示关闭骤降判断功能）：能够适应不同的用电环境，对于用电环境稳定性要求高的电气设备可以提高阈值，反之则可以降低阈值。

（2）电流骤降告警判断间隔时间（默认时间为1 min）：根据用户的需求能够自由修改电流骤降判断的周期。

（3）电流骤降告警判断电流最小值：如果上一周期的电流小于此值，则此轮判断无意义，直接结束判断。

1.2.3  电流骤降的判断

电流骤降的判断过程主要分为获取当前瞬时电压/电流、计算平均值、进行阈值判断等。图2为电流骤降判断的主流程图。

（1）终端首先获取当前的三相瞬时IA、IB、IC、UA、UB、UC。为了能够精准有效地获取以上数据，将电流骤降判断条件平均值的获取和电流骤降判断过程放在不同的线程中，获取到的数据存入专门的结构体中。

（2）这里将上周期的时间定义为1 min。当终端上电后，为了保证每一秒钟都能获取到上一周期的平均值，可以采用数组的方法记录。以三相中IA为例：在数据存储结构体中可以定义一个长度为61的数组，每秒钟刷新数组中每一个元素的值（使数组中每一个元素的值等于后面一个元素的值，最后一个元素等于当前的瞬时IA值），累加前60位元素的和再求平均值，该平均值则为第61个元素（瞬时IA值）上一周期的平均值AVE_IA。剩下IB、IC、UA、UB、UC的处理方式与IA相同。

（3）电流骤降是否发生的判断主体每分钟进入一次，每次进入判断，首先从内存中读取各项参数：电流骤降告警判断阈值、电流骤降告警判断间隔时间、电流骤降告警判断电流最小值。

（4）参数获取成功，进入电流骤降告警判断阈值条件判断，当阈值为0时直接结束判断。当阈值大于0时，进入电流骤降告警时间间隔条件判断，时间间隔默认为1 min，当时间间隔参数取值为n时，电流骤降判断的时间间隔为n min。如果当前时间-上次判断时间＜时间间隔，则直接结束判断。

（5）电流骤降电压是否正常的判断和电流骤降比例是否超过阈值的判断需要对A、B、C三相分别独立进行。以A相为例：首先A相骤降标志A_FLAG初始为0值，当A相电压大于额定电压的60%时，将A_FLAG的值置为1，反之则A相骤降标志A_FLAG的值置为0；如果当前瞬时电流IA＜上一周期平均电流AVE_IA与电流骤降告警判断阈值的乘积，将A_FLAG的值置为1，反之则A相骤降标志A_FLAG的值置为0。A_FLAG最终值获取的情况如表1所示。
 

（6）当A_FLAG的最终取值是1时，需以报文的形式给用电主站上报骤降发生时的一些数据：该告警发生的时间（6个字节）；骤降发生前一周期A、B、C三相的平均电压（各为2个字节，单位为V）；骤降发生前一周期A、B、C三相的平均电流（各为3个字节，单位为A）；骤降发生时刻A、B、C三相的瞬时电压（各为2个字节，单位为V）；骤降发生时刻A、B、C三相的瞬时电流（各为3个字节，单位为A）；骤降发生的相位（1个字节），该字节的高五位无效，全部为0，低三位有效，分别代表A、B、C三相中某一相，某一相发生骤降则代表该相位的某一位置1。

1.2.4  电流骤降持续时间判断和上报主站

当X_FLAG的最终取值是1时，也就是当某一相的电流发生骤降时，还需要判断此状态是否持续了6 s以上，并且需要组包报文上报主站、清除标志等。图3为该过程的流程图。

（1）电力采集终端首先获取A、B、C三相每一相的X_FLAG，如果获取到的值为0，则结束这一相的判断，反之则进入下一步判断。

（2）此处再次进行当前瞬时电流IX是否小于上一周期平均电流AVE_IX与电流骤降告警判断阈值乘积的判断，如果条件不成立，那么结束判断，将该相的X_FLAG置0，并将累计的时间time_sum清零。

（3）当累计持续时间大于6 s，即time_sum的值大于等于6时，表示条件达成，终端把这条电流骤降告警的发生时间、日期以及3个相位中哪几相发生骤降的信息存入终端内存之中，并能使用操作液晶屏的方式查看每一条告警发生的时间和具体发生的相位等信息，能详细显示哪几相发生骤降并将是否需要上报主站的标志位标记为true。具体发生骤降的情况有以下几种：A相电流发生骤降、B相电流发生骤降、C相电流发生骤降、AB相电流发生骤降、AC相电流发生骤降、BC相电流发生骤降、ABC相电流发生骤降。

（4）若主站与终端通信正常，并且有需要上报主站的事件即上报主站的标志为true，则上报该条告警记录，具体包括：该告警发生的时间；骤降发生前一周期A、B、C三相的平均电压；骤降发生前一周期A、B、C三相的平均电流；骤降发生时刻A、B、C三相的瞬时电压；骤降发生时刻A、B、C三相的瞬时电流骤降发生的相位等数据。对获取到的数据按照终端与主站的通信规约进行特殊的格式处理，并进行报文组包，报文组包成功，则通知UTM模块发送该条报文至主站。上报成功后，将是否需要上报主站的标志位标记为false，表明该条记录已经上报过主站，避免发生重复上报。

（5）上报主站完成之后，清除A、B、C三相的骤降标志X_FLAG，将判断是否持续骤降状态6 s累计的时间值time_sum清零，然后结束此次判断。

2  存在的不足

电力采集终端采用电流骤降告警事件存储及主动上报机制，能监测现场的电流波动情况，但仍具有一些不足之处：目前只能对智能终端本身电流骤降情况进行监测，对于被终端采集的电表的电流骤降情况还无法进行监测[5]。这主要是由于电力载波线或RS485线的传输速率有限，终端24 h还需要执行很多不同的采集任务去抄读电表的其他各项数据，不能每时每刻采集电压/电流情况，因此无法进行终端下所接电表电流骤降的实时判断。

解决方法：可以给电表增加一个采集上一周期平均电流/电压的功能，类似终端记录上一周期每一相电流/电压平均值的功能并能被终端采集。终端仅需在达到骤降判断的时间间隔时，采集电表上一周期的电流/电压平均值以及瞬时电压/电流等数据，即可进行同终端相同流程的电流骤降判断。

3  结语

本文介绍了电力采集终端判断电流骤降告警的机制，并且对此提出了更加完善的策略，能够根据不同的用电场景，设置不同的阈值等参数，提高用电设备的安全性。当电流波动较大时，终端能够通过主动上报方式立马通知主站用电管理系统，用电管理系统能通过上报的一系列数据，快速再现终端告警发生时现场的具体情况，从而快速定位问题所在。另外，该机制提供了液晶接口，便于现场的管理维护。

审核编辑：刘清