电力通信2M通道的业务故障诊断系统分析

2018-07-10龙康

通信电源技术 2018年4期

龙康

（国网湖南省电力有限公司郴州供电分公司，湖南郴州 423000）

0 引言

随着变电自动化技术的发展，目前国内绝大多数中低压系统的变电站和开关站均已实现了无人值守。电力调度人员关心的每个变电站的主要信息，均已通过远动通道或者数据网上传到调度系统。而调度员对变电站的各种下行命令也通过远动通道或者数据网下传到变电站的RTU或各种保护测控装置中。由此，保证远动通道的正常使用已成为电网高度自动化、数字化的关键因素之一，将直接影响电网的安全经济运行。在主站端反映远动故障情况下，需应用一种科学且无争议的方法进行故障区段定位，减少各个专业之间的故障判断时间，缩短故障处理时间，通过设备故障定位节省非责任部门的人力、财力等维护成本，为电网安全调度和安全运行提供实效保障[1-3]。

1 基于电力通信2M通道的业务故障诊断系统

1.1 系统设计原则

实时检测远动通道的上下行状态、数据网主叫方和被叫方的IP通断情况。当一次通信中断后，相关责任班组可以远方通过短信查询当前信道状态，实现故障区段定位。然后，安排对口班组实施抢修，减少各个专业之间的故障判断时间，缩短故障处理时间。

本系统应用一种科学且无争议的方法进行故障区段定位，减少了各个专业之间的故障判断时间，缩短了故障处理时间。通过设备故障定位也节省了非责任部门的人力、财力等维护成本，为电网安全调度与安全运行提供了实效保障。

1.2 系统拓扑图

用于调度数据专网104通信规约的系统网络拓扑图，如图1所示。

图1 系统拓扑图

1.3 系统的特点

第一，此故障诊断系统以全球移动通信系统（简称GSM）网络资源作为核心，具有监控区域广、组网简单等特点，并且能够进行24小时工作，能够有效降低建设成本和人力成本。可以通过短消息进行报警，一旦出现故障，可以快速将故障类型和区域发送到监控中心。GSM经过多年的发展已经成为非常成熟的通信系统，具有非常良好的商业运行模式。现阶段，GSM已经覆盖到绝大部分的城市和乡镇网络。同时，GSM网络能够实现自动漫游和越区切换，能够确保用户可以全国范围使用移动通信业务，如语音通信、数据通信等。GSM网络属于相对开放的结构，所以其具有较大的容量，同时其频谱效率较高且具有较好的通话质量和安全性等。

第二，此故障诊断系统能够有效监控远程终端状态，确定故障类型，及时报警。

第三，此故障诊断系统能够有效监测通道的状态和通信质量，判定传送的数据准确性，并能够及时报警。

1.4 系统硬件方面的设计

首先，GSM模块的选型。故障诊断系统最关键的组成部分是WMOD2B模块。此故障诊断系统GSM模块主要采用的是WMOD2B模块进行无线通信。此模块的体积相对较小，温度适应范围较宽（一般工作温度在-20～+55℃，存储温度在-20～+70℃），且具有较为标准的I/O接口，可以方便地和外部联系。此模块属于调制解调器的一种，能够实现语音通信、数据通信等功能，且具有双频功能，能够使GPRS、WAP通信技术应用在不同方面。此模块可以应用在所有进行无线数据传输的设备中，确保其得到有效的数据通信，如遥控监测系统、卫星导航系统等高端设备，也能够应用在无线传真机、无线售卖机和无线POS机等常规设备上。

其次，进行单片机的设计。此故障诊断系统采用AT89S51单片机，能够支持多种嵌入式控制应用系统，具有高性价比。此单片机的功耗相对较低，且具有通过高密度和非易失性存储技术制造的只读程序存储器，能够实现1 000次的重复擦写，同时能够和标准的MCS-51指令系统、80C51引脚结构进行兼容。此单片机具有如下功能和特性：8位微处理器、128 B的数据存储器、4 kB的程序存储器、4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口以及P3口）、1个全双工的异步串行口、2个可编程的16位定时器/计数器、1个看门狗定时器、中断系统具有5个中断源、5个中断向量、26个特殊功能寄存器和3个程序加密锁定位。它的片内结构如图2所示。

图2 AT89S51单片机片内结构

另外，AT89S51具有完整的输入输出、控制端口以及内部程序存储空间。与通常意义上的微机原理类似，可以通过外接A/D、D/A转换电路及运放芯片，实现对传感器传送信息的采集，且能够提供以点阵、LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O端口连接步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能力。

第三，硬件设计的实现。远动通道故障诊断系统如图3所示。

图3 硬件设计图

1.5 系统软件设计

此故障诊断系统主要包括两部分内部，“前端机”和“后台监控中心”。两部分相互配合，完成故障的诊断。其中，“前端机”主要是收集变电站中的相应信号，如遥信信号、遥测信号和载频信道信号等。一旦发现信号发生异常，就会利用GSM无线通信系统将异常情况传输到“后台监控中心”，不但能够任意调取前端机的工作情况和信道数据，也能够向前端机发送对应的操作指令。前端机能够收到“后台监控中心”发出的相应指令和数据，从而按照对应的指令完成相应操作。

在进行系统软件流程设计时，需要严格遵照系统所要达到的功能进行。软件系统包括多个不同模块。不同模块之间相对独立，具有自身的子程序。例如，上行通道测量模块、下行通道测量模块、心转换模块、遥信信号变位测量模块、模糊综合评判模块以及报警模块等。

对于主程序来说，要按照线性循环的方式执行不同子程序。一旦出现中断触发的情况，就要执行对应的服务程序，通过此程序有效处理造成中断的问题。在各个子程序中，当需要时，将相应的中断打开；若不需要，则关闭。主程序的流程图，如图4所示。

图4 软件设计流程图

1.6 系统功能实现

第一，运动监视功能。对远动上行、下行信息原码同步实时接收，并按照设定规约解析，计算上行循环发送原码的误码率；下行信息按照规约自动判断正确与否，并记录最新一次的完整信息帧，以供短信召唤；实现模拟远动通道的信号幅度、中心频率及频偏的实时监视；站内遥信变位SOE信息实时解析，可以按照预设的点号和名称主动触发短信报警，也可按照短信召唤发送对应目标信息，其中SOE发送信息包包括变位名称、变位时间及变位性质；SCADA主站遥控命令及上行遥控返校信息字实时捕捉并统计与分析，形成历史记录以供查询，作为SCADA系统主站、分站和保护装置在开关误动作时的故障点判据；实现远动通信中断与恢复的实时计时功能，并主动触发短信报警功能；按照预设的时间段，对远动通道及站端自动化设备的正常使用率进行统计，以供对不同厂家的产品质量考核提供参考。

第二，远程控制功能。实现RTU或综自前置通信总控装置工作电源远程硬复位功能。在某些情况下，RTU或总控装置发生死机时，只要开关一下工作电源，就能恢复正常运行。本监视仪提供了两路遥控输出功能，均可配置为常闭输出。只要将其串接在RTU或总控装置的工作电源回路，就可以通过短信控制来短时切断RTU或总控的电源，实现远方开关电源、复位RTU或总控装置的功能。此外，根据实时接收的SCADA对时命令，实时修正装置CPU时钟。

第三，现场维护功能。设备需提供RS232现场维护接口，并随设备提供免费的维护软件。维护软件界面采用全中文字幕，并具备人性化和实用化特点。

第四，短信报警功能。短信报警条件信息包括通道异常报警、RTU/综自异常报警、事故总信号报警、通道中断与恢复报警及其他预设的SOE信息报警。短信报警信息包括报警种类、报警时间及其他。

第五，短信查询功能。远动通道实时参数查询，信息包括误码率、信号幅度、中心频率和频偏值等；SOE动作记录查询，包括变位名称、变位时间和变位性质；主站遥控记录查询，包括遥控名称、遥控时间和遥控成功与失败；预设遥测值查询，包括遥测名称和遥测值；通道原码查询，包括遥测帧查询、遥信帧查询、SOE信息帧查询、遥控返校信息字查询和遥控命令码查询；远动通道正常使用率查询；RTU或综自总控通信装置正常使用率查询；远动通道中断和恢复时间查询[4]。