国网智能电能表485通讯典型故障分析应用

盛东 谢赢朋 王申华 宋佳磊 康琳

国网浙江省电力有限公司武义县供电公司 浙江省金华市 321200

摘要：随着国家双碳建设的加速推进，电能表智能远传抄表技术逐渐在电力系统内推广应用。在智慧电网的电量数字化建设中，RS-485接口的电能表起到了重要的作用，其具有远程抄表、拉闸以及自动实时监控的作用，大大提高了电网应用的的效率。本文从国网电能表中RS-485通讯接口的应用入手，对智能电能表RS-485通讯口典型故障进行了分析，并提出了解决措施。

关键词：国网电能表；RS-485通讯接口；通信传输；电量采集 ；智能电网；双碳建设

1电表中RS-485通讯接口的应用

RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。 RS-485是电能表中的一个接口规范，用于对平衡线上的多个点以及半双工通信链路进行定义和确定。由RS-485接口所组成的通信平台，具有传输速率高、通信性能好、可靠性强以及有效性高的特点，能够实现大范围、长距离的通信传输。RS-485接口通过将差分接收器和平衡驱动器进行组合，具体步骤体现在发送端RS-485接口将TTL电平信号通过平衡驱动器转换成差分信号进行传输。而在接收端，则需要差分接收机将差分信号再转换成TTL电平信号。此方法可以大大提高通信系统的抗噪声性能，此外，接收器具有高的灵敏度能检测低达200mV的电压，因此信号数据可以传输到几千米之外的地方，具有较远的传输距离。另外，RS-485接口可以通过一个驱动器来驱动多个接收器，可以实现多点互联的环形通信线路以及实现多机通信。同时在总线型通信网络中，分布式数据采集以及控制系统需要将多台单片机联合起来，并通过RS-485接口实现通信规约与系统的连接，以实现控制系统对系统中电压、电流以及功率有效值的监控。总而言之，RS-485接口在通信接口中应用非常的广泛。

2 智能电能表RS-485通讯口常见故障及解决方案

2.1 硬件类故障

2.1.1 万用表分别接在电能表的输入端和输出端的接口端子上，同时在电能表上施加外部供电电压（单相220V），测量万用表上显示的电能表端口之间的电压。通常情况下，RS-485接口两端之间正常工作电压范围为-2～-6V或+2～+6V，若万用表检测出的电能表电压超出了正常电压的范围，通讯质量便会受到影响，严重时会对RS-485接口造成损害。另外，由于不同的生产厂家生产的电能表规格型号不同，导致不同电能表的正常工作电压不尽相同。如果接收端和发送端之间的电压超出了正常的工作范围内，则可以初步断定通信接口硬件断线。

2.1.2 读表终端接口与电能表RS-485接口不匹配。由于远程抄表终端的生产厂家和电能表的生产厂家不同，导致抄表终端和电能表的RS-485接口芯片的规格以及电路的设计存在差异。在有些情况下，由于芯片或电路不匹配的情况会导致电能表RS-485接口出现不匹配。此故障和RS-485通信接口硬件断线都属于硬件类故障，对于此故障可以联系电能表的生产厂商进行处理和解决。

2.2 通讯协议或连接口不匹配类故障

2.2.1电能表RS-485接口通讯协议不兼容。目前国内电能表485通讯协议支持635-2007，面向对象通讯协议。如协议不一致可能无法进行正常的通讯。

2.2.2 计算机通信接口与多功能电能表连接失败。多功能电能表上面的数据以及相关参数需要在计算机平台上通过软件进行设置，且现场需要建立起与计算机相连的通信网络。然而，有时由于计算机的通信接口采用的接口标准和电能表的接口标准不一致，具体体现在计算机的接口是RS-232标准，而电能表的接口是RS-485标准，要使将计算机与电能表相连就需要在232与485接口之间进行电平转换。为了提高解决方案的简便性，可以通过无外接电源的转换器对电能表和计算机的接口进行转换，同时需要保证通信的质量和可靠性。此类方法可以保证电能表与计算机进行连接时，不需要通过初始化串口来取电以及摆脱了对握手信号的限制，从而使得多功能电能表与计算机之间接口的连接效率以及计算机上操作软件的可应用性，确保多台计算机之间多点通信的实现。

2.3 编程或设计过程失误类故障

2.3.1 收发状态之间没有延时。由于RS-485总线采取的是半双工通讯方式，半双工通信方式的缺点是无法同时进行发送与接收操作，发送和接收之间存在一定的延迟，因此协议中规定了帧间的延迟，延迟的作用是给发送方提供时间来进行状态转换，确保接收方能够对数据进行较好的接收，而一些电能表由于生产年份较早，没有对延时的情况进行充分的考虑，而导致电能表出现故障。具体表现在接收主站在接收到信息之后，没有延时，直接将信号传送给发送端，此时发送端还处于发送状态没有转换过来，这就导致故障发生。发送端还没有反应过来，等到其反应过来之后，电能表前面的数据帧已经发送完毕，主站接收不到完整的应答帧，从而使得通信出现故障。另一种情况是，电能表从发送状态切换至接收状态。电能表RS-485由发送状态转为接收状态也需要延时，而有的主站在接收到信息之后，没有经过一定的时延就直接进入下一个命令帧的发送过程之中，但是此时电能表还没有切换到接收状态，导致通信出现故障。

2.3.2 没有对帧起始符进行判断。电能表485总线是数字异步通信方法之一。在异步通信过程中，收发双方采用不同的时钟信号，发送端可以在任意时刻发送数据，而接收端由于无法判断数据长度不能正确接收信息。因此多功能电能表通信协议中将68H定义为数据的开始位置。当传输过程中数据受到干扰信号的影响时，需要接收的数据会与无关的干扰数据相叠加，接收端无法从接收到的数据中回复所需数据。为了解决这一问题，在传输信号时，必须将68H作为起始位，在发送和接收数据时都要判断起始位是否存在，若未发现起始位，则不接受此字节；若检测到起始位，则开始接收数据。

3 结语

近年来，随着我国经济发展的不断加快，电力行业得到了快速的发展，尤其是电网数字化的发展受到人们广泛的重视。在智能化电网建设中，需要用到通信技术、计算机网络技术以及自动化技术之间的相互协调与合作，确保智能电网稳定高效的运行。在智能电网中，RS-485接口通信的多功能电能表起到了十分重要的作用，其对远程抄表、负荷监控和拉闸等业务的实现具有促进作用。但由于RS-485电能表在通信协议和接口标准方面存在一定的不匹配现象，同时，电能表内容易出现短路以及断路的情况，从而导致电能表出现故障。此外，由于不同的生产厂家制作的电能表的芯片和电路规格不同，导致电能表RS-485接口在与其他接口相连接时容易出现不匹配的问题。针对上述问题，需要加强与生产厂商的沟通，并及时安排工作人员进行检查维护，确保电能表的正常运行，提高安全性和准确性，促进电力行业快速发展。