配电网运行日趋复杂，终端采集的电压、电流等多维数据，为配电网故障研判、运维决策提供基础依据。工程中，部分终端存在采集分散、监控滞后、数据缺失等问题。工况突变时记录不全，制约故障追溯，导致传统模式难以适配连续监测与集中管控需求。本次设计面向终端运行监测场景，统一数据帧格式与传输机制，完成采集与监控系统的全流程设计与性能验证。
1 配电终端数据采集与监控系统总体设计1.1 配电终端数据对象与系统需求配电终端运行数据划分为电气量、状态量、环境量和通信状态四类。电气量涵盖电压、电流等基础参数；断路器位置、开关及保护动作状态、柜内温湿度分属状态量与环境量；通信状态涵盖终端在线、数据上传状态与通信异常标志。各类数据的刷新频率与处理逻辑存在差异，电压、电流和开关状态直接关联异常研判，采用短周期采集或事件触发；温湿度等环境量变化平缓，可延长采集周期。监控端需实现实时数据显示、历史与报警信息存储，满足运行追溯要求，设计指标见表1。
（表1 系统设计指标：采集对象包括电压、电流、开关状态、保护动作、温湿度、通信状态；关键数据采集周期按1s采集或事件触发；环境数据采集周期按5s采集；电气量采集误差不超过1%；温度采集误差不超过±0.5℃；湿度采集误差不超过±5%RH；平均通信延迟不超过1s；数据完整率不低于99%；报警响应时间关键异常小于等于2s；监控功能包括实时显示、趋势曲线、报警记录、历史查询。）
1.2 系统总体架构与数据闭环设计配电监控系统采用三层模块化架构，由配电终端采集层、通信传输层、计算机监控层构成。配电终端采集层负责电压、电流、开关状态、温湿度等多维度运行数据接入，同步完成原始数据初筛与异常标记。通信传输层承担数据缓存、封装、校验与上传，链路异常时自动触发断线缓存与断点重传机制，将标准化封装的数据上传至监控端。计算机监控层完成数据校验解析，校验通过后同步更新界面并写入数据库；数据超出预设阈值时自动触发报警，并留存事件记录，同时下发阈值、采集周期等配置指令，构建全链路数据闭环。
2 数据采集、传输与计算机监控功能实现2.1 配电终端数据采集与预处理实现配电终端数据采集采用定时与事件触发相结合的模式，电压、电流等电气量以1s周期采集，开关及保护动作状态在周期采集的基础上增设事件触发逻辑，温湿度以5s周期采集。该模式兼顾异常响应速度与通信负载，规避全量数据高频上传的链路高占用问题。采集后的电气量进入缓存区，完成限幅与滑动平均处理；限幅用于剔除阈值外的异常数据、削弱瞬态干扰；滑动平均用于平滑数据波动、保障监控稳定。开关量采用连续确认机制，两周期状态一致即判定有效，满足2s内报警要求。电气量采集误差计算如式（1）所示：
δ = |X_m - X_s| / X_s × 100% （1）
其中，δ为采集误差，X_m为系统采集值，X_s为标准仪表值。
2.2 数据封装与可靠传输实现标准化数据帧结构适配配电终端多类型上传数据的统一解析，帧结构包含帧头、终端编号、数据类型、数据值、时间戳、状态标志与校验码。监控端接收数据后先识别帧头完成校验，校验通过的数据进入解析显示流程，失败则记录异常、发送重传请求。链路短时中断时，采集端将未传数据暂存本地缓存，链路恢复后按时序续传。系统可按现场工况适配RS485、以太网、5G等通信方式，全链路统一帧格式，确保监控端处理流程一致。平均通信延迟计算如式（2）所示：
T̄ = (1/n) × Σ(t_r,i - t_s,i) （2）
其中，T̄为平均通信延迟，n为测试数据帧数量，t_s,i为第i帧数据发送时间，t_r,i为监控端接收时间。
2.3 计算机监控与报警管理实现计算机监控端负责完成数据接收、解析、显示、报警和存储，其运行流程如图1所示。
（图1 计算机监控软件运行流程）
监控界面划分为电气量、状态量、环境参数、报警信息四个显示区，对应展示实时电气参数、设备工况、柜内温湿度、全周期报警记录。电压、电流等连续量监测配套生成趋势曲线，呈现数据变化过程。报警模块融合阈值判断与状态识别机制，可触发三类报警并留存完整信息，经运行人员处置后更新状态，形成闭环处理链路。
数据完整率计算如式（3）所示：
η = N_r / N_s × 100% （3）
其中，η为数据完整率，N_r为监控端有效接收数据帧数，N_s为采集端发送数据帧数。
3 系统测试与结果分析3.1 测试环境与评价方法本研究在配电终端模拟测试环境中完成系统性能验证。测试平台整合配电终端采集单元、标准电压电流源、开关量模拟模块、温湿度采集模块、通信模块与计算机监控端，标准源输出电气量数据经标准仪表校验，模拟模块生成开关状态与保护动作信号，传感器采集环境数据，主测试链路采用以太网，同步通过弱网络模拟验证数据传输性能。测试周期设为连续24h，采集端按预设周期上传数据，监控端同步记录全链路运行数据。测试选取电气量采集误差、通信延迟、数据完整率等六项评价指标，各指标通过对应测算方法完成量化取值。
3.2 数据采集与通信性能测试系统性能测试结果如表2所示：
（表2 系统性能测试结果：电压采集误差设计要求≤1%，测试结果0.42%，满足；电流采集误差设计要求≤1%，测试结果0.68%，满足；温度采集误差设计要求≤±0.5℃，测试结果±0.3℃，满足；湿度采集误差设计要求≤±5%RH，测试结果±3%RH，满足；平均通信延迟设计要求≤1s，测试结果0.28s，满足；数据完整率设计要求≥99%，测试结果99.4%，满足；报警响应时间设计要求≤2s，测试结果1.36s，满足；连续运行稳定性设计要求≥24h，测试结果24h无异常退出，满足。）
测试结果显示，系统电压采集误差0.42%、电流采集误差0.68%，均低于1%设计限值；温度采集误差±0.3℃、湿度采集误差±3%RH，契合环境量采集要求，这印证了采集模块与预处理方法可保障配电终端运行数据的有效性。通信测试平均延迟0.28s，数据完整率为99.4%，满足设计标准；弱网环境下，重传机制可补全缓存数据，24h连续运行中监控软件、数据库全程稳定无异常。
3.3 报警响应与系统稳定性分析报警测试覆盖电压越限、电流异常、开关状态变化与通信中断四类典型场景。在电压越限测试中，标准电压源调至超上限阈值后，监控端在1.36s内完成报警提示并写入记录。电流异常工况下，系统可按预设阈值触发异常提示，开关状态变化经连续确认后，更新至监控界面并形成事件记录。通信中断时，监控端可识别终端离线状态；链路恢复后，采集端缓存数据可接续上传。报警记录涵盖终端编号、报警类型等全部信息，可满足故障追溯需求。历史查询模块支持多条件检索，趋势曲线显示连续性良好。测试结果验证，系统完成了从配电终端数据采集到计算机端监控、报警、存储的全闭环处理，为配电终端运维管控提供了实时数据依据。
4 结语本研究设计并实现了面向配电终端的数据采集与计算机监控系统。实测数据显示，系统电压、电流采集误差分别为0.42%、0.68%，平均通信延迟为0.28s，数据完整率为99.4%，报警响应时间为1.36s，各项性能完全满足配电终端运行监控要求。后续可引入边缘计算与故障诊断算法，进一步提升系统的综合性能。
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