電力通信2M通道的業務故障診斷系統分析

龍 康

（國網湖南省電力有限公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000）

0 引 言

隨著變電自動化技術的發展，目前國內絕大多數中低壓系統的變電站和開關站均已實現了無人值守。電力調度人員關心的每個變電站的主要信息，均已通過遠動通道或者數據網上傳到調度系統。而調度員對變電站的各種下行命令也通過遠動通道或者數據網下傳到變電站的RTU或各種保護測控裝置中。由此，保證遠動通道的正常使用已成為電網高度自動化、數字化的關鍵因素之一，將直接影響電網的安全經濟運行。在主站端反映遠動故障情況下，需應用一種科學且無爭議的方法進行故障區段定位，減少各個專業之間的故障判斷時間，縮短故障處理時間，通過設備故障定位節省非責任部門的人力、財力等維護成本，為電網安全調度和安全運行提供實效保障[1-3]。

1 基于電力通信2M通道的業務故障診斷系統

1.1 系統設計原則

實時檢測遠動通道的上下行狀態、數據網主叫方和被叫方的IP通斷情況。當一次通信中斷后，相關責任班組可以遠方通過短信查詢當前信道狀態，實現故障區段定位。然后，安排對口班組實施搶修，減少各個專業之間的故障判斷時間，縮短故障處理時間。

本系統應用一種科學且無爭議的方法進行故障區段定位，減少了各個專業之間的故障判斷時間，縮短了故障處理時間。通過設備故障定位也節省了非責任部門的人力、財力等維護成本，為電網安全調度與安全運行提供了實效保障。

1.2 系統拓撲圖

用于調度數據專網104通信規約的系統網絡拓撲圖，如圖1所示。

圖1 系統拓撲圖

1.3 系統的特點

第一，此故障診斷系統以全球移動通信系統（簡稱GSM）網絡資源作為核心，具有監控區域廣、組網簡單等特點，并且能夠進行24小時工作，能夠有效降低建設成本和人力成本。可以通過短消息進行報警，一旦出現故障，可以快速將故障類型和區域發送到監控中心。GSM經過多年的發展已經成為非常成熟的通信系統，具有非常良好的商業運行模式。現階段，GSM已經覆蓋到絕大部分的城市和鄉鎮網絡。同時，GSM網絡能夠實現自動漫游和越區切換，能夠確保用戶可以全國范圍使用移動通信業務，如語音通信、數據通信等。GSM網絡屬于相對開放的結構，所以其具有較大的容量，同時其頻譜效率較高且具有較好的通話質量和安全性等。

第二，此故障診斷系統能夠有效監控遠程終端狀態，確定故障類型，及時報警。

第三，此故障診斷系統能夠有效監測通道的狀態和通信質量，判定傳送的數據準確性，并能夠及時報警。

1.4 系統硬件方面的設計

首先，GSM模塊的選型。故障診斷系統最關鍵的組成部分是WMOD2B模塊。此故障診斷系統GSM模塊主要采用的是WMOD2B模塊進行無線通信。此模塊的體積相對較小，溫度適應范圍較寬（一般工作溫度在-20～+55℃，存儲溫度在-20～+70℃），且具有較為標準的I/O接口，可以方便地和外部聯系。此模塊屬于調制解調器的一種，能夠實現語音通信、數據通信等功能，且具有雙頻功能，能夠使GPRS、WAP通信技術應用在不同方面。此模塊可以應用在所有進行無線數據傳輸的設備中，確保其得到有效的數據通信，如遙控監測系統、衛星導航系統等高端設備，也能夠應用在無線傳真機、無線售賣機和無線POS機等常規設備上。

其次，進行單片機的設計。此故障診斷系統采用AT89S51單片機，能夠支持多種嵌入式控制應用系統，具有高性價比。此單片機的功耗相對較低，且具有通過高密度和非易失性存儲技術制造的只讀程序存儲器，能夠實現1 000次的重復擦寫，同時能夠和標準的MCS-51指令系統、80C51引腳結構進行兼容。此單片機具有如下功能和特性：8位微處理器、128 B的數據存儲器、4 kB的程序存 儲器、4個8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口以及P3口）、1個全雙工的異步串行口、2個可編程的16位定時器/計數器、1個看門狗定時器、中斷系統具有5個中斷源、5個中斷向量、26個特殊功能寄存器和3個程序加密鎖定位。它的片內結構如圖2所示。

圖2 AT89S51單片機片內結構

另外，AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口以及內部程序存儲空間。與通常意義上的微機原理類似，可以通過外接A/D、D/A轉換電路及運放芯片，實現對傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點陣、LCD液晶及外接按鍵實現人機交互，能對內部眾多I/O端口連接步進電機對外圍設備進行精確操控，具有強大的工控能力。

第三，硬件設計的實現。遠動通道故障診斷系統如圖3所示。

圖3 硬件設計圖

1.5 系統軟件設計

此故障診斷系統主要包括兩部分內部，“前端機”和“后臺監控中心”。兩部分相互配合，完成故障的診斷。其中，“前端機”主要是收集變電站中的相應信號，如遙信信號、遙測信號和載頻信道信號等。一旦發現信號發生異常，就會利用GSM無線通信系統將異常情況傳輸到“后臺監控中心”，不但能夠任意調取前端機的工作情況和信道數據，也能夠向前端機發送對應的操作指令。前端機能夠收到“后臺監控中心”發出的相應指令和數據，從而按照對應的指令完成相應操作。

在進行系統軟件流程設計時，需要嚴格遵照系統所要達到的功能進行。軟件系統包括多個不同模塊。不同模塊之間相對獨立，具有自身的子程序。例如，上行通道測量模塊、下行通道測量模塊、心轉換模塊、遙信信號變位測量模塊、模糊綜合評判模塊以及報警模塊等。

對于主程序來說，要按照線性循環的方式執行不同子程序。一旦出現中斷觸發的情況，就要執行對應的服務程序，通過此程序有效處理造成中斷的問題。在各個子程序中，當需要時，將相應的中斷打開；若不需要，則關閉。主程序的流程圖，如圖4所示。

圖4 軟件設計流程圖

1.6 系統功能實現

第一，運動監視功能。對遠動上行、下行信息原碼同步實時接收，并按照設定規約解析，計算上行循環發送原碼的誤碼率；下行信息按照規約自動判斷正確與否，并記錄最新一次的完整信息幀，以供短信召喚；實現模擬遠動通道的信號幅度、中心頻率及頻偏的實時監視；站內遙信變位SOE信息實時解析，可以按照預設的點號和名稱主動觸發短信報警，也可按照短信召喚發送對應目標信息，其中SOE發送信息包包括變位名稱、變位時間及變位性質；SCADA主站遙控命令及上行遙控返校信息字實時捕捉并統計與分析，形成歷史記錄以供查詢，作為SCADA系統主站、分站和保護裝置在開關誤動作時的故障點判據；實現遠動通信中斷與恢復的實時計時功能，并主動觸發短信報警功能；按照預設的時間段，對遠動通道及站端自動化設備的正常使用率進行統計，以供對不同廠家的產品質量考核提供參考。

第二，遠程控制功能。實現RTU或綜自前置通信總控裝置工作電源遠程硬復位功能。在某些情況下，RTU或總控裝置發生死機時，只要開關一下工作電源，就能恢復正常運行。本監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，就可以通過短信控制來短時切斷RTU或總控的電源，實現遠方開關電源、復位RTU或總控裝置的功能。此外，根據實時接收的SCADA對時命令，實時修正裝置CPU時鐘。

第三，現場維護功能。設備需提供RS232現場維護接口，并隨設備提供免費的維護軟件。維護軟件界面采用全中文字幕，并具備人性化和實用化特點。

第四，短信報警功能。短信報警條件信息包括通道異常報警、RTU/綜自異常報警、事故總信號報警、通道中斷與恢復報警及其他預設的SOE信息報警。短信報警信息包括報警種類、報警時間及其他。

第五，短信查詢功能。遠動通道實時參數查詢，信息包括誤碼率、信號幅度、中心頻率和頻偏值等；SOE動作記錄查詢，包括變位名稱、變位時間和變位性質；主站遙控記錄查詢，包括遙控名稱、遙控時間和遙控成功與失敗；預設遙測值查詢，包括遙測名稱和遙測值；通道原碼查詢，包括遙測幀查詢、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；遠動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；遠動通道中斷和恢復時間查詢[4]。

2 結 論

主要分析電力通信2M通道的業務故障診斷系統的相關內容，能夠對我國電力通信業務診斷系統的建立提供必要的參考和幫助。

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

[2] 程道來，吳 茜.國內電站故障診斷系統的現狀及發展方向[J].動力工程，1999，（2）：18-19.

[3] 郭創新，朱傳柏，吳 欣.電力系統故障診斷的研究現狀與發展趨勢[J].電力系統自動化，2006，（4）：88-91.

[4] 安晨亮.故障樹原理在故障診斷系統中的應用[J].導彈與航天運載技術，2009，（2）：18-19.