變電站通信機房動力環境集中實時監控典型故障分析

祝視，歐陽荊

(1.國網湖南省電力有限公司信息通信分公司，湖南長沙410004；2.國網湖南省電力有限公司檢修公司，湖南長沙410004)

在變電站通信機房中，動環監控數據由動力監控數據和環境監控數據組成[1-2]。動力監控指電源相關數據，主要包括交流輸入電壓、直流輸出電壓、蓄電池組電壓、整流模塊狀態等，數據均來自電源監控模塊，環境監控數據主要包括機房溫濕度、煙感、門磁、空調狀態等，每個參數由不同的傳感器提供數據[3]。目前湖南省各地市公司均有好幾套不同廠商提供的專業動環監控系統，且系統均無北向接口，無法接入通信管理系統 (TMS)實時采集動環告警信息，經通信調度集約化建設后，變電站通信機房動環監控數據通過各專業動環系統已統一接入省集中機房智能綜合監控系統(PEMS)，使湖南省內各電壓等級變電站通信機房動環初步具備集中監控和實時采集告警的條件[4]，利用PEMS可減少現場值班人力投入，提高生產效率，也有助于對動環設備的運行情況進行綜合分析比較，為調控人員開展運行決策提供現場重要數據支撐，提高信通專業垂直化、扁平化管理水平[5-7]。

PEMS雖然將湖南省內各個動環系統集中管理，但仍面臨諸多問題。一是動環數據指標不全，無法實現機房動力環境狀態的全面感知；二是采集告警數據不準確，關鍵時刻仍依賴現場巡檢取數，無法高效利用系統信息，對通信系統運行的支撐力度不夠。因此，進行動環監控系統數據治理，提高數據質量，是泛在電力物聯網建設中形成狀態全面感知、信息高效處理的智慧服務系統的必然要求。

1 省集中動環監控系統 (PEMS)簡介

PEMS投運后，湖南省各地市公司保持現有專業動環監控系統網管結構不變，省集中動環監控平臺對20種品牌的動環監控系統接口類型和數據類型進行統一規范[8]，同時開發至通信管理系統TMS(Telecommunication Management System)的北向接口，實現PEMS接入TMS系統，從而完成對信息通信機房動力環境的統一調度指揮和設備實時監視，PEMS架構如圖1所示。

圖1 PEMS系統總體架構

系統總體架構分數據采集、數據展示和北向接口三部分。數據采集服務主要完成對地市公司各專業動環系統的資源數據 (設備臺賬、監控點位等)和監控數據 (動環實施監控數據和告警數據)的接入及轉換；數據展示服務完成數據載入數據庫，以及對遙信、遙測量數據和告警信號的集中展示；北向接口實現將各系統動環數據按標準送至TMS中實現實時監控。

2 專業動環監控系統數據采集原理

變電站內的動環數據由終端服務器收集數據，終端服務器有多個串口，其中2個串口分別與2套通信電源相連，采集動力數據，另外1個串口用于采集環境數據。終端服務器與各采集端口均是通過RS232以太網通道通信，而站內數據至區域中心站通過光傳輸系統2M通道傳輸，故需進行E1/FE轉換。區域中心站的專業動環系統收集數據后，既可在本地進行展示，也可進一步通過光傳輸系統傳輸至PEMS系統，PEMS再與TMS通信，動環系統數據采集原理如圖2所示。

圖2 動環系統數據采集原理

從圖中可看出，一般地市公司中心站、專業動環系統核心軟硬件均部署在區域監控主站，監控子站是獨立的變電站通信機房。各監控指標傳感器部署在機房相應的位置，通過有線方式與數據采集器相連，數據采集器將數據進行初步處理后發送至終端服務器。

3 500 kV變電站通信機房動環集中實時監控數據典型故障分析

接入PEMS的專業動環系統達20套，且涉及到各電壓等級變電站通信機房數量達500個，考慮承載業務的重要程度，分析500 kV變電站通信機房動環集中實時監控出現的各種問題，梳理出典型故障類型。

3.1 動環2M傳輸通道故障

站點所有動環數據無法上傳至主站，無法更新主站采集到的數據。通道故障時可在光傳輸系統網管中查詢到相關告警，在PEMS中牌樓變動環監控數據一直維持不變，經核實發現原因為其動環2M通道在站內出現信號丟失告警。通道若存在其他類型的告警，用2M誤碼儀可測出誤碼，且在動環系統中也存在數據不準確。目前所有站點動環2M通道均承載于省網NEC光傳輸系統上，該系統運行年限超15年，設備故障率明顯上升，存在帶寬瓶頸。

解決方案:利用新投入的省網華為A平面系統，逐一制定檢修計劃和檢修方案，將動環2M通道從NEC系統切割至華為系統中，并配置通道保護，提高2M通道的運行可靠性。

3.2 告警閾值設置錯誤

以通信電源交流輸入電壓為例，根據電源型號的不同，輸入分線電壓和相電壓兩種形式[9-11]，線電壓正常值為380 V，相電壓正常值為220 V，電壓數值是一個模擬量，在正常值范圍內以一定幅度上下波動。

通過依次核實各站電源交流輸入電壓的閾值發現，部分電源存在線電壓和相電壓閾值設置不合理的情況，如圖3所示，澧州變相電壓越上限值為230 V，設置值過于嚴苛，因電壓的波動而超出上限，從而產生誤告警，實際上電壓一直在正常范圍內。

圖3 澧州變交流輸入電壓歷史曲線

對于機房溫度也有類似的問題，500 kV變電站通信機房 (A類)溫度一般應保持在10～26℃[12]，按有關規范要求超過28℃出現嚴重告警，超過30℃出現緊急告警，如果閾值設置不合理將出現誤告。

解決方案:依據文獻 [13]將電源越上限標準設為交流輸入電壓正常值的1.1倍 (220×1.1＝242 V，380×1.1＝418 V，下同)，上上限為1.15倍；下限為0.9倍，下下限為0.85倍，形成的電壓告警閾值見表1。

表1 輸入電壓告警閾值 V

3.3 專業動環與PEMS數據點位不對應

點位是不同系統之間進行數據同步的標識[14]，PEMS從各專業動環系統中獲取各站點的點位標識后可以索引到點位描述和數值/狀態，進而在本系統中進行展示，PEMS系統中韶山換流站電源某點位見表2。

表2 PEMS中韶山換流站電壓點位

每個站點電源數據的點位有幾十個，專業動環系統中韶山換部分點位信息見表3。

表3 專業動環系統中韶山換流站電壓部分點位信息表

從表3中可以看出，PEMS系統中韶山換電源1交流輸入1電壓A相點位號為78，但在PEMS系統中對應的A相點位為75，其它兩相電壓點位也不對應，導致數據不準確。若專業動環中電源點位信息進行了調整，而 PEMS未同步調整，或者PEMS系統采集的點位信息來自于其他電源設備，則PEMS系統索引到的數值就不能真實反映現場電源設備的運行狀態。

解決方案:依據各站點通信電源提供的交流輸入電壓點位表，在PEMS系統中逐一比對核實，確保專業動環系統與PEMS系統通信電源交流輸入電壓數據點位一一對應。此外，制定數據同步修改機制，要求運維人員開展專業動環系統電源數據修改前向省信通調度申請，確保PEMS系統數據同步得到修改。

3.4 終端服務器故障

當某個站點2M傳輸通道正常時，同樣有可能出現交流輸入電壓不準確的現象，此時應考慮終端服務器的運行狀態。若終端服務器網絡不能PING通，說明服務器宕機，無法傳輸數據。當服務器可以PING通時，仍需要檢查各個串口的運行狀態，如果與某套通信電源相連的串口故障，也將導致電壓數據無法傳輸，以紫霞變為例，其在2019年5月13—20日交流輸入電壓A相的歷史曲線如圖4所示。

圖4 紫霞變第1套電源交流輸入電壓歷史曲線

從圖4中可看出，第一路交流輸入電壓的值始終維持在一個固定的值不變，但正常情況下輸入相電壓會在220 V這個值上下一定范圍內波動。

解決方案:針對終端服務器宕機情形，由現場運維人員重啟服務器，針對單一串口故障情形，更換串口再次驗證數據傳輸是否正常。

4 實現效果

湖南省22個500 kV及以上站點通信機房均由同一套專業動環系統提供數據。每個站點均有2路通信電源，對應2項數據，加上機房溫濕度、煙感、門磁、空調狀態4項數據，每個站點有6項動環監控數據，共計132項。其中長陽鋪、鼎功、艷山紅、鵝城4個站點8項電源數據未接入專業動環系統，已納入技改項目，暫無法進行集中實時監控，最終研究的數據為124項。

根據各站點的動環數據異常情況，統計出通信電源異常30項，溫濕度異常4項，煙感異常3項，空調和門磁各異常2項，數據異常共計41項，數據準確率為66.94%。

經對典型故障進行消缺后，通信電源異常4項，溫濕度異常3項，煙感異常2項，空調和門磁各異常1項。數據準確率為91.13%，準確性大幅提升，減少動環設備日常運維工作量，為500 kV變電站最終實現無人值守提供必要條件，進一步提高了信息通信的精準調控水平，是泛在電力物聯網建設在動力環境監控領域的有效實踐。

5 結語

通信機房動環設備是通信網安全穩定運行和通信業務保障的關鍵支撐，只有加強對動環監控系統的實時監視，確保告警及時發現，缺陷及時處置，才能提高信息通信系統運行可靠性。繼續推廣動環監控故障處置經驗，指導地市公司完善其運維范圍內的動環數據治理[15]，確保湖南省各電壓等級的站點動環監控數據準確。