電力通信2M通道的業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)分析

龍 康

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000）

0 引 言

隨著變電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)中低壓系統(tǒng)的變電站和開(kāi)關(guān)站均已實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。電力調(diào)度人員關(guān)心的每個(gè)變電站的主要信息，均已通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道或者數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳到調(diào)度系統(tǒng)。而調(diào)度員對(duì)變電站的各種下行命令也通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道或者數(shù)據(jù)網(wǎng)下傳到變電站的RTU或各種保護(hù)測(cè)控裝置中。由此，保證遠(yuǎn)動(dòng)通道的正常使用已成為電網(wǎng)高度自動(dòng)化、數(shù)字化的關(guān)鍵因素之一，將直接影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在主站端反映遠(yuǎn)動(dòng)故障情況下，需應(yīng)用一種科學(xué)且無(wú)爭(zhēng)議的方法進(jìn)行故障區(qū)段定位，減少各個(gè)專業(yè)之間的故障判斷時(shí)間，縮短故障處理時(shí)間，通過(guò)設(shè)備故障定位節(jié)省非責(zé)任部門(mén)的人力、財(cái)力等維護(hù)成本，為電網(wǎng)安全調(diào)度和安全運(yùn)行提供實(shí)效保障[1-3]。

1 基于電力通信2M通道的業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

實(shí)時(shí)檢測(cè)遠(yuǎn)動(dòng)通道的上下行狀態(tài)、數(shù)據(jù)網(wǎng)主叫方和被叫方的IP通斷情況。當(dāng)一次通信中斷后，相關(guān)責(zé)任班組可以遠(yuǎn)方通過(guò)短信查詢當(dāng)前信道狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段定位。然后，安排對(duì)口班組實(shí)施搶修，減少各個(gè)專業(yè)之間的故障判斷時(shí)間，縮短故障處理時(shí)間。

本系統(tǒng)應(yīng)用一種科學(xué)且無(wú)爭(zhēng)議的方法進(jìn)行故障區(qū)段定位，減少了各個(gè)專業(yè)之間的故障判斷時(shí)間，縮短了故障處理時(shí)間。通過(guò)設(shè)備故障定位也節(jié)省了非責(zé)任部門(mén)的人力、財(cái)力等維護(hù)成本，為電網(wǎng)安全調(diào)度與安全運(yùn)行提供了實(shí)效保障。

1.2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

用于調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)104通信規(guī)約的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)

第一，此故障診斷系統(tǒng)以全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GSM）網(wǎng)絡(luò)資源作為核心，具有監(jiān)控區(qū)域廣、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且能夠進(jìn)行24小時(shí)工作，能夠有效降低建設(shè)成本和人力成本?？梢酝ㄟ^(guò)短消息進(jìn)行報(bào)警，一旦出現(xiàn)故障，可以快速將故障類型和區(qū)域發(fā)送到監(jiān)控中心。GSM經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)成為非常成熟的通信系統(tǒng)，具有非常良好的商業(yè)運(yùn)行模式?，F(xiàn)階段，GSM已經(jīng)覆蓋到絕大部分的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，GSM網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)漫游和越區(qū)切換，能夠確保用戶可以全國(guó)范圍使用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信等。GSM網(wǎng)絡(luò)屬于相對(duì)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，所以其具有較大的容量，同時(shí)其頻譜效率較高且具有較好的通話質(zhì)量和安全性等。

第二，此故障診斷系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控遠(yuǎn)程終端狀態(tài)，確定故障類型，及時(shí)報(bào)警。

第三，此故障診斷系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)通道的狀態(tài)和通信質(zhì)量，判定傳送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并能夠及時(shí)報(bào)警。

1.4 系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計(jì)

首先，GSM模塊的選型。故障診斷系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分是WMOD2B模塊。此故障診斷系統(tǒng)GSM模塊主要采用的是WMOD2B模塊進(jìn)行無(wú)線通信。此模塊的體積相對(duì)較小，溫度適應(yīng)范圍較寬（一般工作溫度在-20～+55℃，存儲(chǔ)溫度在-20～+70℃），且具有較為標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口，可以方便地和外部聯(lián)系。此模塊屬于調(diào)制解調(diào)器的一種，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信等功能，且具有雙頻功能，能夠使GPRS、WAP通信技術(shù)應(yīng)用在不同方面。此模塊可以應(yīng)用在所有進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備中，確保其得到有效的數(shù)據(jù)通信，如遙控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等高端設(shè)備，也能夠應(yīng)用在無(wú)線傳真機(jī)、無(wú)線售賣(mài)機(jī)和無(wú)線POS機(jī)等常規(guī)設(shè)備上。

其次，進(jìn)行單片機(jī)的設(shè)計(jì)。此故障診斷系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)，能夠支持多種嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)，具有高性價(jià)比。此單片機(jī)的功耗相對(duì)較低，且具有通過(guò)高密度和非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造的只讀程序存儲(chǔ)器，能夠?qū)崿F(xiàn)1 000次的重復(fù)擦寫(xiě)，同時(shí)能夠和標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)、80C51引腳結(jié)構(gòu)進(jìn)行兼容。此單片機(jī)具有如下功能和特性：8位微處理器、128 B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4 kB的程序存 儲(chǔ)器、4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口以及P3口）、1個(gè)全雙工的異步串行口、2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量、26個(gè)特殊功能寄存器和3個(gè)程序加密鎖定位。它的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)

另外，AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間。與通常意義上的微機(jī)原理類似，可以通過(guò)外接A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路及運(yùn)放芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點(diǎn)陣、LCD液晶及外接按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能對(duì)內(nèi)部眾多I/O端口連接步進(jìn)電機(jī)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控，具有強(qiáng)大的工控能力。

第三，硬件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)動(dòng)通道故障診斷系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 硬件設(shè)計(jì)圖

1.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此故障診斷系統(tǒng)主要包括兩部分內(nèi)部，“前端機(jī)”和“后臺(tái)監(jiān)控中心”。兩部分相互配合，完成故障的診斷。其中，“前端機(jī)”主要是收集變電站中的相應(yīng)信號(hào)，如遙信信號(hào)、遙測(cè)信號(hào)和載頻信道信號(hào)等。一旦發(fā)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生異常，就會(huì)利用GSM無(wú)線通信系統(tǒng)將異常情況傳輸?shù)健昂笈_(tái)監(jiān)控中心”，不但能夠任意調(diào)取前端機(jī)的工作情況和信道數(shù)據(jù)，也能夠向前端機(jī)發(fā)送對(duì)應(yīng)的操作指令。前端機(jī)能夠收到“后臺(tái)監(jiān)控中心”發(fā)出的相應(yīng)指令和數(shù)據(jù)，從而按照對(duì)應(yīng)的指令完成相應(yīng)操作。

在進(jìn)行系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格遵照系統(tǒng)所要達(dá)到的功能進(jìn)行。軟件系統(tǒng)包括多個(gè)不同模塊。不同模塊之間相對(duì)獨(dú)立，具有自身的子程序。例如，上行通道測(cè)量模塊、下行通道測(cè)量模塊、心轉(zhuǎn)換模塊、遙信信號(hào)變位測(cè)量模塊、模糊綜合評(píng)判模塊以及報(bào)警模塊等。

對(duì)于主程序來(lái)說(shuō)，要按照線性循環(huán)的方式執(zhí)行不同子程序。一旦出現(xiàn)中斷觸發(fā)的情況，就要執(zhí)行對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序，通過(guò)此程序有效處理造成中斷的問(wèn)題。在各個(gè)子程序中，當(dāng)需要時(shí)，將相應(yīng)的中斷打開(kāi)；若不需要，則關(guān)閉。主程序的流程圖，如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)流程圖

1.6 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第一，運(yùn)動(dòng)監(jiān)視功能。對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)上行、下行信息原碼同步實(shí)時(shí)接收，并按照設(shè)定規(guī)約解析，計(jì)算上行循環(huán)發(fā)送原碼的誤碼率；下行信息按照規(guī)約自動(dòng)判斷正確與否，并記錄最新一次的完整信息幀，以供短信召喚；實(shí)現(xiàn)模擬遠(yuǎn)動(dòng)通道的信號(hào)幅度、中心頻率及頻偏的實(shí)時(shí)監(jiān)視；站內(nèi)遙信變位SOE信息實(shí)時(shí)解析，可以按照預(yù)設(shè)的點(diǎn)號(hào)和名稱主動(dòng)觸發(fā)短信報(bào)警，也可按照短信召喚發(fā)送對(duì)應(yīng)目標(biāo)信息，其中SOE發(fā)送信息包包括變位名稱、變位時(shí)間及變位性質(zhì)；SCADA主站遙控命令及上行遙控返校信息字實(shí)時(shí)捕捉并統(tǒng)計(jì)與分析，形成歷史記錄以供查詢，作為SCADA系統(tǒng)主站、分站和保護(hù)裝置在開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作時(shí)的故障點(diǎn)判據(jù)；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)通信中斷與恢復(fù)的實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)功能，并主動(dòng)觸發(fā)短信報(bào)警功能；按照預(yù)設(shè)的時(shí)間段，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)通道及站端自動(dòng)化設(shè)備的正常使用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以供對(duì)不同廠家的產(chǎn)品質(zhì)量考核提供參考。

第二，遠(yuǎn)程控制功能。實(shí)現(xiàn)RTU或綜自前置通信總控裝置工作電源遠(yuǎn)程硬復(fù)位功能。在某些情況下，RTU或總控裝置發(fā)生死機(jī)時(shí)，只要開(kāi)關(guān)一下工作電源，就能恢復(fù)正常運(yùn)行。本監(jiān)視儀提供了兩路遙控輸出功能，均可配置為常閉輸出。只要將其串接在RTU或總控裝置的工作電源回路，就可以通過(guò)短信控制來(lái)短時(shí)切斷RTU或總控的電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方開(kāi)關(guān)電源、復(fù)位RTU或總控裝置的功能。此外，根據(jù)實(shí)時(shí)接收的SCADA對(duì)時(shí)命令，實(shí)時(shí)修正裝置CPU時(shí)鐘。

第三，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)功能。設(shè)備需提供RS232現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)接口，并隨設(shè)備提供免費(fèi)的維護(hù)軟件。維護(hù)軟件界面采用全中文字幕，并具備人性化和實(shí)用化特點(diǎn)。

第四，短信報(bào)警功能。短信報(bào)警條件信息包括通道異常報(bào)警、RTU/綜自異常報(bào)警、事故總信號(hào)報(bào)警、通道中斷與恢復(fù)報(bào)警及其他預(yù)設(shè)的SOE信息報(bào)警。短信報(bào)警信息包括報(bào)警種類、報(bào)警時(shí)間及其他。

第五，短信查詢功能。遠(yuǎn)動(dòng)通道實(shí)時(shí)參數(shù)查詢，信息包括誤碼率、信號(hào)幅度、中心頻率和頻偏值等；SOE動(dòng)作記錄查詢，包括變位名稱、變位時(shí)間和變位性質(zhì)；主站遙控記錄查詢，包括遙控名稱、遙控時(shí)間和遙控成功與失??；預(yù)設(shè)遙測(cè)值查詢，包括遙測(cè)名稱和遙測(cè)值；通道原碼查詢，包括遙測(cè)幀查詢、遙信幀查詢、SOE信息幀查詢、遙控返校信息字查詢和遙控命令碼查詢；遠(yuǎn)動(dòng)通道正常使用率查詢；RTU或綜自總控通信裝置正常使用率查詢；遠(yuǎn)動(dòng)通道中斷和恢復(fù)時(shí)間查詢[4]。

2 結(jié) 論

主要分析電力通信2M通道的業(yè)務(wù)故障診斷系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，能夠?qū)ξ覈?guó)電力通信業(yè)務(wù)診斷系統(tǒng)的建立提供必要的參考和幫助。

[1] 張 旭，魏 娟，趙冬梅，等.電網(wǎng)故障診斷的研究歷程及展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，（10）：15-17.

[2] 程道來(lái)，吳 茜.國(guó)內(nèi)電站故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].動(dòng)力工程，1999，（2）：18-19.

[3] 郭創(chuàng)新，朱傳柏，吳 欣.電力系統(tǒng)故障診斷的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，（4）：88-91.

[4] 安晨亮.故障樹(shù)原理在故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2009，（2）：18-19.