夏 敏

（舟山電力局，浙江 舟山 316021）

0 引言

隨著我國智能電網(wǎng)建設，智能電能表的全面推廣應用和低壓居民用電信息采集系統(tǒng)的建設，電力系統(tǒng)原有的手工及紅外抄表必然被遠程抄表系統(tǒng)所代替，為確保用電信息采集系統(tǒng)遠程抄表的應用，保證與現(xiàn)場安裝設備相匹配，建立一套通信壓力測試系統(tǒng)是必要的。利用該系統(tǒng)可以建立一種新的實驗室測試模式：借助實驗室的表計測試臺體，利用新的軟件系統(tǒng)，充分測試設備的通信能力，在安裝前檢出不合格或不能適應現(xiàn)場工作條件的設備，可以極大地降低電能表的故障發(fā)生率。

1 壓力測試系統(tǒng)應具備的條件

壓力測試系統(tǒng)是在被測試對象以某種特定的方式運轉時，驗證其在被施加了某些高強度壓力的情況下是否仍能正常運行，這已經(jīng)超越了功能驗證，因此該系統(tǒng)要具備以下4個條件：

（1）重復（Repetition）： 測試的重復就是一遍又一遍地執(zhí)行某個操作或功能，比如重復發(fā)送抄收當前電能示值指令。功能驗證測試是確定操作能正常執(zhí)行，而壓力測試則是確定是否每次操作都能正常執(zhí)行，這對于判斷電能表是否適用于某種生產(chǎn)情況至關重要。最簡單的壓力系統(tǒng)只實現(xiàn)這一個條件，但簡單地以擴展功能驗證測試來多次重復并不能構成有效的壓力測試，當與其他條件結合起來使用時，重復就可以發(fā)現(xiàn)許多隱蔽的故障狀況。

（2）并發(fā)（Concurrency）： 并發(fā)是同時執(zhí)行多個操作的行為，即在同一時間執(zhí)行多個測試，例如在同一個臺體上同時測試多塊電能表，具體的操作方法視軟件控制和臺體狀況而定。

（3）量級（Magnitude）： 壓力系統(tǒng)的另一個條件是每個操作的負載量。壓力測試可以重復執(zhí)行一個操作，但是操作自身也要盡量給產(chǎn)品增加負擔。例如，可以通過高強度的發(fā)送抄收當前電能示值指令來測試操作，也就是增加這個操作的量級。量級是相對應用而言的，但可以通過查找產(chǎn)品的可被用戶計量和修改的值來確定。例如，數(shù)據(jù)幀的大小、發(fā)送的頻率、接收到數(shù)據(jù)回應幀的個數(shù)等等。單獨的高強度操作自身可能發(fā)現(xiàn)不了電能表故障，但與其他壓力條件結合在一起時可以增加發(fā)現(xiàn)問題的機會。

（4）隨機變化：任何壓力系統(tǒng)都具有隨機性，如果隨機使用前述壓力條件中的變化形式，就能夠在每次測試時應用多種測試手段。

2 壓力測試系統(tǒng)的兼容性

由于該系統(tǒng)要借助現(xiàn)有的表計檢測臺體對不同廠家生產(chǎn)的電能表進行自動化測試，因此要求具有較好的兼容性。

2.1 校表臺體兼容

實驗室的臺體來自不同生產(chǎn)廠家，型號也各不相同，要對多塊電能表同時進行測試時，就要求臺體的運作模式能夠兼容，進行控制臺體停/上電，發(fā)送測試指令等操作。

由臺體供應廠商提供通信指令接口，系統(tǒng)開發(fā)人員通過編寫動態(tài)鏈接庫或者其他手段實現(xiàn)對臺體的控制。

2.2 通信規(guī)約兼容

電能表計現(xiàn)行的通信規(guī)約主要包括DL/T 645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》（97規(guī)約）和DL/T 645-2007《多功能電能表通信規(guī)約》（07規(guī)約），目前系統(tǒng)兼容這2種規(guī)約，如果有必要，將來還會增加集中器、采集器通信規(guī)約等，以適應電力設備的發(fā)展。

2.3 通信模式兼容

隨著技術的不斷進步，電能表具備了更多的通信模式，如：485通信、載波通信、GPRS通信、以太網(wǎng)通信、光纖通信等，以便于計量中心檢測人員快捷地檢測設備的通信能力。

3 壓力測試系統(tǒng)的檢測手段

3.1 測試環(huán)境

（1）PC機配置建議CPU PIII600以上、內(nèi)存256M以上、顯示器15英寸以上，支持Windows 2000/XP以上操作系統(tǒng)，安裝Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)來源對象為安裝了壓力測試系統(tǒng)的檢測臺體工控機。

（3）測試方式：在測試臺體上懸掛待測表計，配置測試方案，錄入表計信息，運行系統(tǒng)開始測試，對測試數(shù)據(jù)進行比對分析。

3.2 測試方案和分析

為了使表計能夠適應現(xiàn)場復雜的運行環(huán)境，系統(tǒng)采用了多種檢測手段，如：使用不同的指令發(fā)送間隔，統(tǒng)計表計的應答次數(shù)；控制臺體提供不同的工作電壓、工作電流；對表計同時施加不同的通信模式，例如在485通信時，同時進行紅外通信；在進行通信測試時，進行其他操作，如按鍵輪顯等；在發(fā)送有效指令前后，疊加發(fā)送無效指令。

具體試驗方法分析如下：

（1）給故障表發(fā)送抄讀901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送的間隔可調，從200 ms到600 ms。表計在200 ms間隔發(fā)送的時候，會頻繁復位；在600 ms間隔發(fā)送的時候也會復位，但不是很頻繁。

用示波器監(jiān)測數(shù)據(jù)，此時發(fā)送的幀長度是130 ms，返回是330 ms，表的響應時間是80 ms，總時間為540 ms。也就是說，當外部發(fā)送數(shù)據(jù)很頻繁，表計需要頻繁處理通信事件的時候，如果程序沒有平衡好各種事件的優(yōu)先級，有可能會導致表計復位。而表計復位是可能導致電量突變的原因之一。

（2）發(fā)送抄讀901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔為5000 ms。若此時外部有紅外數(shù)據(jù)發(fā)送，也會導致表計復位。

從這一現(xiàn)象可以確定該表計在通信處理上是有缺陷的。可能原因有3個：一是緩沖區(qū)沒有做很好的保護，緩沖區(qū)溢出；二是沒有處理好事件的優(yōu)先級順序；三是沒有處理好總時序，導致看門狗復位。

（3）發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔5000 ms，通過調整負荷的大小，未發(fā)現(xiàn)復位現(xiàn)象。說明計量事件對系統(tǒng)總體影響不大。

（4）發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔5000 ms，按鍵翻閱，未發(fā)現(xiàn)復位現(xiàn)象。說明按鍵事件對系統(tǒng)總體影響也不大。

（5）在發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識前，增加近440 ms的干擾數(shù)據(jù)，發(fā)送有效數(shù)據(jù)的長度是130 ms，抄表間隔1000 ms。表計返回的數(shù)據(jù)長度是350ms。此時采集器從發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)接收完成的時間為920 ms。如果干擾數(shù)據(jù)里面沒有敏感數(shù)據(jù)，復位頻率不會是很高，若存在敏感數(shù)據(jù)，則復位頻率將大增。

（6）一直發(fā)送無效的數(shù)據(jù)，表計一直處于接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，但是接收不到有效數(shù)據(jù)，則表計不會出現(xiàn)復位。因此，無效數(shù)據(jù)的攻擊對表計不產(chǎn)生影響。

（7）發(fā)送數(shù)據(jù)的總長度570 ms，其中440 ms為干擾數(shù)據(jù)，130 ms為有效數(shù)據(jù)，發(fā)送的間隔時間是500 ms，此時表計將難以接收到數(shù)據(jù)，同時回發(fā)數(shù)據(jù)，則表計必然復位。

試驗說明，表計在接收到有效數(shù)據(jù)幀并回發(fā)數(shù)據(jù)時，如果同時外部又有數(shù)據(jù)發(fā)送過去，則必然導致復位。

4 結果判斷標準及分析

該壓力測試主要針對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，所以只對每個批次進行抽檢即可。如果前后2個批次的產(chǎn)品在設計上沒有任何改動，只需抽檢1個批次即可。可以從兩個方面判斷能否承受壓力測試：

（1）將上述試驗方法從頭到尾做一遍，每個方法重復時間在10 min以上。因為在10 min內(nèi)，表計系統(tǒng)應該完成內(nèi)部所有的功能運行，并且能基本覆蓋大部分的程序功能模塊。

（2）設置表計時間在跨抄表日的前一天，讓其在滿負荷情況下接受第一種方法測試。

如果通過了以上測試，表計沒有出現(xiàn)任何復位、死機、丟失電量的情況，可以認為已通過通信壓力測試，基本可以判斷其在實際運行中也能經(jīng)歷現(xiàn)場的各種通信壓力。

5 系統(tǒng)應用

2010年，在居民用戶智能用電信息采集系統(tǒng)建設過程中，暴露出了一些比較嚴重的電費差錯問題，究其原因是由于采集器通信頻率高，同一個集中電表箱內(nèi)電能表種類繁多，導致不同表計應答相互干擾，不但引起表計抄讀失敗，影響抄表成功率，并且還由此引起表計的停走、飛走、倒走、地址清零、谷電量大于總電量等多起計量故障。低壓采集系統(tǒng)運行幾個月來，累計發(fā)現(xiàn)近200起計量故障。

2011年7月，電能表485通信壓力測試系統(tǒng)在舟山市電力局計量中心投入試運行，對舟山電力局待安裝的表計采用批量抽檢的方法進行了485通信壓力檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題表計，大大減少了電費差錯的問題，有效提高了檢測水平。

智能表通信壓力測試系統(tǒng)對電能表在不同通信波特率、不同通信頻率下的信道通信處理能力進行測試，既能及時發(fā)現(xiàn)電能表故障，又能解決傳統(tǒng)檢測手段不足的問題，減輕工作人員的工作量，提高工作效率，減少計量糾紛，提升電力營銷服務的水平，具有較好的實用價值。

[1]馬耿，張軍，賈丙帥.測控系統(tǒng)的RS485總線研究[J].濟南大學學報（自然科學版），2004，18（4）∶328-331.

[2]李斌.提高電能采集網(wǎng)絡可靠性的若干措施[J].寧夏電力，2004（3）∶7-8.

[3]周孔均.電能表與采集終端通信測試系統(tǒng)的設計[J].電測與儀表，2006（12）∶24-28.