电力用户用电信息采集系统通信接口转换器技术规范.docx

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电力用户用电信息采集系统通信接口转换器技术规范

FinalrevisiononNovember26,2020

电力用户用电信息采集系统通信接口转换器技术规范

ICS

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Q/GDW

国家电网公司企业标准

Q/GDW—XXXX

电力用户用电信息采集系统通信接口转换器技术规范

poweruserelectricenergydataacquiresystemcommunicationinterfaceconvertertechnicalspecification

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文稿版次选择

XXXX-XX-XX发布

XXXX-XX-XX实施

国家电网公司发布

目  次

前  言

Q/GDWXXX—XXXX《电力用户用电信息采集系统技术规范》是根据国家电网公司关于开展四表集抄工作的要求而制定的。

本部分是《电力用户用电信息采集系统》系列标准之一，本部分规定了通信接口转换器的技术指标、机械性能、适应环境、功能要求、电气性能、抗干扰及可靠性等技术要求，并对其检验规则以及运行质量管理要求等做了进一步的规定。

本部分由国家电网公司营销部提出并负责解释；

本部分由国家电网公司科技部归口；

本部分主要起草单位：

本部分主要起草人：

通信接口转换器技术规范

1　范围

本部分规定了电、水、气、热通信接口转换器（以下简称“转换器”）的技术要求、功能要求、试验项目及要求、检验方法等。

本部分适用于电、水、气、热采集系统建设中转换器及相关设备的制造、检验、使用。

2　规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T2829—2002周期检验计数抽样程序及表（适用于对过程稳定性的检验）

GB/T4208—2008外壳防护等级（IP代码）

GB/T—2006电工电子产品着火危险试验第11部分：

灼热丝/热丝基本试验方法成品的灼热丝可燃性试验方法

GB/T15464—1995仪器仪表包装通用技术条件

GB/T—2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分：

原理、要求和试验

GB/T—2006交流电测量设备通用要求试验和试验条件—第11部分：

测量设备

GB/T—2008交流电测量设备特殊要求第21部分静止式有功电能表（1级和2级）

GB/T—2008交流电测量设备特殊要求第22部分静止式有功电能表（级和级）

GB/T—2008交流电测量设备特殊要求第21部分静止式无功电能表（2级和3级）

DL/T645多功能电能表通信规约

Q/GDW1373—2013电力用户用电信息采集系统功能规范

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统技术规范第一部分：

专变采集终端技术规范

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统技术规范第三部分：

通信单元技术规范

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统型式规范第二部分：

集中器型式规范

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统型式规范第三部分：

采集器型式规范

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统通信协议第一部分：

主站与采集终端通信协议

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统通信协议第二部分：

集中器本地通信模块接口协议

Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统检验技术规范第三部分：

集中抄表终端检验技术规范

CJ/T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件

3　术语和定义

转换器Converter

转换器是指收集电、水、气、热表数据，并对水、气、热表数据进行处理储存，同时能和集中器或手持设备进行数据交换的设备。

4　技术要求

4.1　环境条件

参比温度及参比湿度

参比温度为23C；参比湿度为40％～60％。

温湿度范围

转换器正常运行的气候环境条件见表1。

表1　气候环境条件分类

场所类型

级别

空　气　温　度

湿　　度

范围

℃

最大变化率a

℃/h

相对湿度b

％

最大绝对湿度

g/m3

遮蔽

C1

-5～+45

5～95

29

C2

-25～+55

10～100

户外

C3

-40～+70

1

35

协议特定

CX

a温度变化率取5min时间内平均值。

b相对湿度包括凝露。

大气压力

～（海拔4000m及以下），特殊要求除外。

4.2　机械影响

转换器应能承受正常运行及常规运输条件下的机械振动和冲击而不造成失效和损坏。

机械振动强度要求：

1——频率范围：

10Hz～150Hz；

2——位移幅值：

0.075mm（频率≤60Hz）；

3——加速度幅值：

10m/s2（频率＞60Hz）。

4.3　工作电源

转换器使用交流单相供电。

4.4　额定值及允许偏差

工作电源额定电压：

220V，允许偏差-20％～+20％；频率：

50Hz，允许偏差-6％～+2％。

功率消耗

转换器在非通信状态下，消耗的视在功率应不大于5VA、有功功率应不大于3W；通信状态下，消耗的视在功率应不大于10VA、有功功率应不大于7W。

失电数据和时钟保持

转换器供电电源中断后，数据和时钟保持两个月。

电源恢复时，保存数据不丢失，内部时钟正常运行。

抗接地故障能力

转换器应具备抗接地故障能力。

4.5　结构

转换器外形结构在外形尺寸、安装尺寸、接线端子、通信接口、铭牌、标志标识应符合《Q/GDW—2013电力用户用电信息采集系统型式规范第三部分：

采集器型式规范》中所规定的要求，详见附录A。

4.6　绝缘性能要求

绝缘电阻

转换器各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻要求如表2所示：

表2　绝缘电阻

额定绝缘电压

V

绝缘电阻

MΩ

测试电压

V

正常条件

湿热条件

U≤60

≥10

≥2

250

60＜U≤250

≥10

≥2

500

U＞250

≥10

≥2

1000

与二次设备及外部回路直接连接的接口回路采用U＞250V的要求。

绝缘强度

转换器各电气回路对地和各电气回路之间，应耐受如表3中规定的50Hz的交流电压，历时1min的绝缘强度试验。

试验时不得出现击穿、闪络现象，泄漏电流应不大于5mA。

表3　试验电压单位：

V

额定绝缘电压

试验电压有效值

额定绝缘电压

试验电压有效值

U≤60

500

125＜U≤250

2000

60＜U≤125

1500

250＜U≤400

2500

冲击电压

转换器各电气回路对地和各电气回路之间，应耐受如表4中规定的冲击电压峰值，正负极性各5次。

试验时应无破坏性放电（击穿跳火、闪络或绝缘击穿）现象。

表4　冲击电压峰值单位：

V

额定绝缘电压

试验电压有效值

额定绝缘电压

试验电压有效值

U≤60

2000

125＜U≤250

5000

60＜U≤125

5000

250＜U≤400

6000

M-BUS、RS-485接口与电源回路间试验电压不低于4000V

4.7　数据传输信道

通信方式

上行通信方式可采用RS-485、微功率无线、电力线载波。

下行通信方式可采用RS-485、M-BUS、微功率无线。

通信方式

内置（端子）

外置（模块）

上行

RS-485

微功率无线、电力线载波

下行

RS-485、M-Bus

微功率无线

数据传输误码率

专用无线、电力线载波信道数据传输误码率应不大于10-5，微波信道数据传输误码率应不大于10-6，光纤信道数据传输误码率应不大于10-9，其他信道的数据传输误码率应符合相关标准要求。

数据传输其他指标如：

数据丢包率、回复率、响应时间、信道时延等应符合系统功能规范要求。

通信协议

上行通信协议应支持DL/T645—2007、DL/（详见四表集抄通信协议方案）。

下行通信协议应支持DL/T645—2007、CJ/T188-2004。

通信单元要求

通信单元性能应符合Q/GDW—2013相关要求。

转换器带载能力

每个M-BUS口带载不少于64只表计，每个RS-485口带载不少于64只表计。

4.8　功能要求

时钟召测和对时

转换器应有计时单元，计时单元的日计时误差≤±d。

转换器可接收集中器或本地手持设备的时钟召测和对时命令。

自动识别功能

转换器应记录不同端口下接入的水、气、热表地址，收到抄读水、气、热表命令后，若该表地址有记录，则按相应端口转发；若无记录或按相应端口转发3次无应答，则对其它所有端口进行转发；转发后若有应答，则修改记录。

数据采集功能

实时数据与当前数据

序号

数据项

转换器

数据源

必备

选配

1

当前正向有功电能示值（总、各费率）

√

电能表

2

当前正向无功电能示值

√

电能表

3

当前反向有功电能示值（总、各费率）

√

电能表

4

当前组合有功电能示值

√

电能表

5

三相断相统计数据及最近一次断相记录

√

电能表

6

电能表日历时钟

√

电能表

7

电能表运行状态字及其变位标志

√

电能表

8

电能表远程控制状态及记录

√

电能表

9

电能表远程控制操作次数及时间

√

电能表

10

电能表参数修改次数及时间

√

电能表

11

电能表预付费信息

√

电能表

12

累计水流量示值

√

水表

13

累计燃气量示值

√

燃气表

14

累计热量示值

√

热量表

15

水表阀控

√

水表

16

燃气表阀控

√

燃气表

17

热量表阀控

√

热量表

数据转发功能

支持集中器与电、水、气、热表之间的数据转发功能。

本地功能

本地状态指示

应有电源、工作状态、通信状态等指示。

本地维护接口

提供本地维护RS485接口，支持手持设备通过红外通信口等本地维护接口设置参数、设置电水气热仪表通信方案、通信协议规约、现场抄读电水气热计量数据。

本地参数设置和现场抄表应用权限和密码管理。

转换器维护接口通信协议支持DL/T645。

转换器维护

转换器初始化

转换器接收到本地维护接口下发的初始化命令后，分别对硬件、参数区、数据区进行初始化，参数区置为缺省值，数据区清零。

外壳及其防护性能

机械强度

转换器的机箱外壳应有足够的强度，外物撞击造成的变形应不影响其正常工作。

阻燃性能

非金属外壳应符合GB/T—2006的阻燃要求。

外壳防护性能

转换器外壳的防护性能应符合GB/T4208—2008规定的IP51级要求，即防尘和防滴水。

接线端子

一般要求

转换器对外的连接线应经过接线端子，接线端子及其绝缘部件可以组成端子排。

强电端子和弱电端子分开排列，具备有效的绝缘隔离。

电流出线端子的结构应与截面为4mm2～6mm2的引出线配合。

其它出线端子的结构应与截面为1.5mm2～2.5mm2的引出线配合。

绝缘强度

端子排的绝缘强度应符合本部分4.5.2的要求。

阻燃性能

端子排的阻燃性能应符合GB/T—2006的阻燃要求。

天线

采用无线信道时，应保证在不打开转换器封印的情况下无法使天线拔出或拆下。

电气间隙和爬电距离

裸露的带电部分对地和对其它带电部分之间，以及出线端子螺钉对金属盖板之间应具有表10规定的最小电气间隙和爬电距离。

对于工作在海拔高度2000m以上的终端的电气间隙应按GB/T—2008的规定进行修正。

表5　最小电气间隙和爬电距离

额定电压

V

电气间隙

mm

爬电距离

mm

U≤25

1

25＜U≤60

2

2

额定电压

V

电气间隙

mm

爬电距离

mm

60＜U≤250

3

4

250＜U≤380

4

5

加封印

转换器应能加封印。

金属部分的防腐蚀

在正常运行条件下可能受到腐蚀或能生锈的金属部分，应有防锈、防腐的涂层或镀层。

4.9　采集数据可靠性

采集数据准确度

转换器采集表计的数据时，采集的表计累计读数E应与表计示值E0一致。

数据采集成功率

转换器和一定数量的表计组成一个数据采集网络。

在试验条件下以小时的采集周期自动定时采集各表计数据，运行时间7天，统计采集表计数据的成功率应满足表7的规定。

表6　试验条件下数据采集成功率指标

下行信道类型

一次采集成功率％

有线

99

无线

98

4.10　电磁兼容性要求

转换器应能承受传导的和辐射的电磁骚扰以及静电放电的影响，设备无损坏，并能正常工作。

电磁兼容试验项目包括：

电压暂降和短时中断、工频磁场抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度、静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、阻尼振荡波抗扰度、浪涌抗扰度、无线电干扰抑制。

试验具体要求见Q/GDW—2013相关条款规定。

试验等级和要求见表8。

表7　电磁兼容试验的主要参数

试验项目

等级

试验值

试验回路

电压暂降和短时中断

3000:

1（60%）,50:

1,1:

1

整机

工频磁场抗扰度

400A/m

整机

射频辐射电磁场抗扰度

3/4

10V/m（80MHz～1000MHz）

30V/m（～2GHz）

整机

射频场感应的传导骚扰抗扰度

3

10V（非调制）

电源端和保护接地端

静电放电抗扰度

4

8kV，直接和间接

外壳

电快速瞬变脉冲群抗扰度

（耦合）

通信线脉冲信号输入线

3

状态信号输入回路

4

电源回路

阻尼振荡波抗扰度

2

（共模）

状态信号输入回路RS-485接口

4

（共模）

（差模）

电源回路

浪涌抗扰度

2

（共模）

状态信号输入回路

4

（共模）

（差模）

电源回路

无线电干扰抑制

B

/

整机

4.11　连续通电稳定性

转换器在正常工作状态连续通电72h，在72h期间每8h进行抽测，其功能和性能应满足相关要求。

4.12　可靠性指标

转换器的平均无故障工作时间（MTBF）不低于×104h。

4.13　包装要求

应符合GB/T15464—1995可靠包装要求。

5　检验方法

5.1　结构和机械试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

5.2　气候影响试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

5.3　绝缘性能试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

5.4　电源影响试验

电源电压变化试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

功率消耗试验

在转换器非通信状态下，可用准确度不低于级的标准表或其他合适方式测量，整机消耗的视在功率应不大于5VA、有功功率应不大于3W。

在终端通信状态下，可用准确度不低于级的标准表或其他合适方式测量，整机消耗的视在功率应不大于10VA、有功功率应不大于7W。

数据和时钟保持试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

抗接地故障能力试验

将单相220V供电的终端电源电压升至倍的标称电压；三相供电的终端由三相四线试验电源供电，终端应工作正常。

然后，将终端电源的中性端与三相四线试验电源的地端断开，并与试验电源的模拟接地故障相（输出电压为零）连接，三相四线试验电源的另外两相的电压升至倍的标称电压。

试验时间每相4h。

试验后，终端不应出现损坏，保存数据应无改变，功能和性能应符合要求。

5.5　安全防护试验

采用专门的安全防护仿真测试平台，依据信息截获、篡改、重放攻击、身份伪造等进行安全测试。

对终端的本地数据和远程传输数据的安全防护能力进行综合评定。

5.6　功能要求

数据采集试验

转换器应能正确采集本规范中规定的数据项。

数据处理试验

实时和历史数据存储试验

测试主机分别发出实时数据和历史数据查询命令，经过适当延迟后，测试主机显示接收到的数据项目应符合要求。

运行状况监测试验

测试主机发出表计状态字查询命令，经过适当延迟后，测试主机显示接收到的数据项目应符合要求。

时钟对时和走时误差试验

连续运行96小时，计时误差不大于2S。

终端带载能力试验

转换器的通信模块单元12V电源输出接口接入96Ω纯阻性负载，应满足接口输出电压在11V～13V之间。

每路RS-485分别接入64只电能表；

每路M-Bus主节点信号发送规格要求（电压源）

逻辑值

标识

取值范围

1

Vmark

22V≤Vmark≤42V

0

Vspace

12V≤Vspace≤Vmark-10V

每路M-Bus主节点信号接收规格要求（电流源）

逻辑值

标识

取值范围

1

Imark

0mA≤Imark≤

0

Ispace

Imark+11mA≤Ispace≤Imark+20mA

要求：

转换器每路RS-485和M-Bus连接至少64块表计，抄读每只表计当前示值100次，成功率不低于99%。

本地功能试验

本地状态指示试验

观察终端显示屏或信号灯应能正确显示终端电源、通信、抄表等状态。

本地维护接口试验

通过计算机或其它设置工具连接终端维护接口设置终端参数，终端应能正确设置。

端口自动识别试验

转换器第一路M-bus端口下接入试验表计，设置试验表计参数至接口装换器，并将端口设置为第二路M-bus，终端应能正确抄收表计数据。

数据采集可靠性试验

一次抄读成功率试验

此项试验与数准确度试验同时进行，将试验终端的M-BUS、RS-485、微功率模块至少各接入6只表计，

自动抄收间隔设为10min，每个信道共计进行不少于400次抄读后，统计系统一次抄读成功率。

一次抄读成功：

所有表的读数全部抄读成功，若有一个表计的读数没有抄读到或数据不正确，则认为这次抄读失败。

试验条件下，一次抄读成功率指标满足要求。

数据抄读总差错率

此项试验与一次抄读成功率试验同时进行，检查数据中不满足准确度要求的数据个数。

总差错率都应为零。

5.7　电磁兼容性试验

同《第3部分：

集中抄表终端检验技术规范》

5.8　型式试验

周期

终端新产品或老产品恢复生产以及设计和工艺有重大改进时，应进行型式试验。

批量生产或连续生产的终端，每两年至少进行一次型式试验，由国家电网计量中心对样品进行检验。

可靠性验证试验在生产定型时进行，或按客户要求，在系统试运行时进行。

抽样

型式试验的样品应在出厂检验合格的终端中随机抽取。

按GB/T2829—2002选择判别水平Ⅰ，不合格质量水平RQL＝30的一次抽样方案，即

（1）

式中：

n——样本大小；

Ac——合格判定数；

Re——不合格判定数。

不合格分类

按GB/T2829—2002规定，不合格分为A、B两类。

各类的权值定为：

A类，B类。

合格或不合格判定

检验项目不合格类别的划分见表14，当一个样本不合格检验项目的不合格权值的累积数大于或等于1时，则判为不合格品；反之为合格品。

对一个样本的某个试验项目发生一次或一次以上的不合格，均按一个不合格计。

5.9　全性能检验

全性能检验一般在产品招标前进行，全性能检验由国家电网公司计量中心负责组织实施，样品通过抽样方式确定，抽样方案符合5.3.2要求。

5.10　项目和顺序

检验项目和建议顺序如表14所示。

表8　试验项目明细表

建议顺序

检验项目

型式试验

验收检验

出厂检验

不合格类别

1

结构

√

√

√

A

2

功能

√

√a

√c

A

3

数据传输信道

√

√*

Ab

4

通信协议一致性

√

√*

A

5

电源影响（电源断相、电压变化）

√

√*

A

6

功率消耗

√

√*

√

B

7

接地故障能力

√

A

8

连续通电稳定性

√

√*

A

9

高温

√

√*

A

10

低温

√

√*

A

11

温升

√

√*

A

12

电压暂降和短时中断

√

A

13

工频磁场抗扰度

√

A

14

射频电磁场辐射抗扰度

√

A

15

射频场感应的传导骚扰抗扰度

√

A

16

静电放电抗扰度

√

A

17

电快速瞬变脉冲群抗扰度

√

A

18

阻尼振荡波抗扰度

√

A

19

浪涌抗扰度

√

A

20

无线电干扰抑制

√

A

21

绝缘电阻

√

√*

A

22

绝缘强度

√

√*

A

23

冲击电压

√

√*

A

24

机械振动

√

√

B

25

湿热

√

B

c功能和性能中数据采集、控制功能。

d通信单元性能可按“B”类不合格分类进行判定。

e出厂检验中，c表示功能检验时，只检数据通信、参数配置和控制功能。

验收检验中“√”表示应做的项目，“√*”表示批次抽查的项目。

6　运行管理要求

6.1　监督抽检

由监督抽检工作组按照统一的监督抽检方案进行抽样和监督抽检试验，对运行的终端进行监督、考核管理，及时排查故障隐患，对抽检结果不满足判定标准要求的及时通报。

6.2　周期检测

由当地网省级或地（市）级电能计量中心按照有关管理规定要求组织开展终端周期检验。

6.3　故障统计分析

按照制造单位、产品型号等信息分类统计终端故障类型、故障次数、故障原因、故障率，并及时将统计分析结果上报国家电网计量中心进行统计汇总，分析查找影响终端质量的关键因素，及时消除故障隐患，并定期发布统计分析结果。

附录A

（规范性附录）

转换器外观型式要求

A.1　转换器外观尺寸示意图

转换器的整机结构尺寸如图、图、图所示。

图转换器尺寸示意图

（一）

图转换器尺寸示意图

（二）

图转换器尺寸示意图（三）

图铅封螺钉尺寸图

A.2　

转换器侧视/后视尺寸示意图

转换器的侧视/后视尺寸如图所示。

图转换器侧视/后视尺寸示意图

A.3　转换器接线芯尺寸示意图

转换器接线芯尺寸示意图如图所示。

图接线芯尺寸示意图

A.4　转换器接线端子示意图

转换器接线端子示意图见图。

图接线端子示意图

A.5　转换器主/辅助端子接线图

转换器主、辅助端子接线如图所示，接线端子功能标识见表。

图转换器主/辅助端子接线图

表接线芯端子功能标识

序号

接线端子

序号

接线端子

1

L相线端子

7

M-BUSII+

2

空

8

M-BUSII-

3

空

9

RS-485IA（下行）

4

N中性线端子

10

RS-485IB（下行）

5

M-BUSI+

11

RS-485IIA（维护、上行）

6

M-BUSI-

12

RS-485IIB（维护、上行）

A.6　转换