萬立勇 沈立勝 肖 輝 譚 興

（1. 貴州電網(wǎng)公司六盤水供電局，貴州 六盤水 550003；2. 廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，南寧 530031; 3. 貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴陽 550025）

隨著大電網(wǎng)的發(fā)展以及分布式電源的接入，調(diào)度自動(dòng)化水平的提升尤為關(guān)鍵。而實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化的核心是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，它的引入電力生產(chǎn)，使調(diào)度和集控人員可以及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀況和處理各種事故，減小和縮短了停電時(shí)間?？墒?，一旦遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生通信故障，變電站將失去實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。電網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的趨勢是集控模式或者說地縣調(diào)控一體化模式，據(jù)長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，很多變電站經(jīng)常出現(xiàn)通信中斷或通信異常問題，使集控或地調(diào)失去對(duì)被控站的監(jiān)控，降低了調(diào)度自動(dòng)化水平，嚴(yán)重危及到電網(wǎng)安全運(yùn)行。本文根據(jù)日常調(diào)度自動(dòng)化消缺維護(hù)工作中碰到的問題，對(duì)變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信中斷故障診斷方法和快速處理談一些淺顯的看法。

1 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

遠(yuǎn)動(dòng)（TeleControl），就是利用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，對(duì)遠(yuǎn)方的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可分為遠(yuǎn)動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通道兩部分，其完成兩大功能：①將表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各發(fā)電廠和變電站有關(guān)的實(shí)時(shí)信息采集到調(diào)度控制中心；②把得到控制中心的命令發(fā)往發(fā)電廠和變電站。

1.1 遠(yuǎn)動(dòng)通信的結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)動(dòng)通信通常由控制站（也稱為調(diào)度端），被控站和遠(yuǎn)動(dòng)通道三個(gè)部分組成。變電站通信又包括站內(nèi)通信和站外通信，站內(nèi)通信是指站內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后連接到現(xiàn)場總線、經(jīng)過網(wǎng)關(guān)后，再接到站內(nèi)交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而與站內(nèi)后臺(tái)機(jī)、五防機(jī)、RTU等裝置通信，其通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。站外通信即遠(yuǎn)動(dòng)通信，首先變電站在間隔層通過測控裝置和保護(hù)裝置或保測一體化裝置采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)量或控制命令一系列信息（其中模擬量經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量），然后送至變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置（RTU），經(jīng)過信道傳輸?shù)秸{(diào)度端，調(diào)度端再將收到的內(nèi)容解調(diào)成電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而監(jiān)視和控制電網(wǎng)的運(yùn)行，通信結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 站內(nèi)通信的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 遠(yuǎn)動(dòng)通信的結(jié)構(gòu)示意圖

被控站內(nèi)設(shè)備之間通信是遠(yuǎn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)（比如站內(nèi)直流系統(tǒng)、消弧裝置、保護(hù)裝置等）按站內(nèi)規(guī)約進(jìn)行通信；而調(diào)度端與被控站通信是按遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約進(jìn)行通信。

1.2 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸原理

遠(yuǎn)動(dòng)通道是連接廠站端與主站端的“高速公路”，因此，遠(yuǎn)動(dòng)信息通過遠(yuǎn)動(dòng)通道進(jìn)行傳送，根據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容不同，遠(yuǎn)動(dòng)通道可分為網(wǎng)絡(luò)通道和模擬通道兩種。所謂的網(wǎng)絡(luò)通道即數(shù)字通道，是指以以太網(wǎng)的傳輸規(guī)約，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信。而模擬通道則采用調(diào)制解調(diào)器（MODENM）進(jìn)行通信。

圖3 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸原理圖

遠(yuǎn)動(dòng)通道根據(jù)帶寬和傳輸速率不一樣，可采取數(shù)字微波通道、衛(wèi)星通道及光纖通道等方式。由此可見，遠(yuǎn)動(dòng)通道是信息傳輸?shù)年P(guān)鍵，被控站與調(diào)度端雙方交流順暢又依賴于語言介質(zhì)（傳輸規(guī)約）。

1）以太網(wǎng)傳輸規(guī)約

IEC104規(guī)約是專用于以太網(wǎng)傳輸?shù)碾娏σ?guī)約，具有通過網(wǎng)絡(luò)連接的握手過程與I、S類幀具有幀系列號(hào)，不正確的系列號(hào)將迫使網(wǎng)絡(luò)連接中斷等的重要特點(diǎn)。IEC104規(guī)約采用問答式信息傳輸模式，對(duì)信道要求高，須為雙向通道。若調(diào)度端要得到廠站端的監(jiān)視信息，必須向其發(fā)送查詢命令報(bào)文。廠站端按照收到的不同類型命令報(bào)文發(fā)送回答報(bào)文。在遠(yuǎn)動(dòng)通道調(diào)試常常根據(jù)通信報(bào)文來診斷故障。

圖4 以太網(wǎng)傳輸原理圖

2）串行通信傳輸規(guī)約

計(jì)算機(jī)通信的基礎(chǔ)是同步，發(fā)送端時(shí)鐘頻率須等于接收端傳輸時(shí)鐘頻率、相位一致的運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢岳斫鉃閮啥怂俾氏嗤a元起止時(shí)刻相同。串行通信指信息一位一位傳輸，對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)RS232串口。適用于串行通信的規(guī)約有IEC101規(guī)約、CDT規(guī)約等。

圖5 串行通信傳輸原理圖

其中IEC101規(guī)約屬于問答式規(guī)約，和IEC104規(guī)約傳輸規(guī)則一致，不再重復(fù)。而CDT規(guī)約屬于循環(huán)式規(guī)約，被控站不停地向調(diào)度端發(fā)送遙信、遙測、變位等數(shù)據(jù)，要求發(fā)送端與接收端始終保持嚴(yán)格同步，信息按照預(yù)先約定好的順序依次循環(huán)發(fā)送。正常運(yùn)行時(shí)，上行通道端子變化頻率在2730～3030Hz之間，電壓幅值在 0.2～0.7V左右。當(dāng)電壓及頻率超過以上范圍，甚至沒有頻率或電壓，是由于沒有發(fā)送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的原因，說明遠(yuǎn)動(dòng)裝置或MODEM有問題；若電壓和頻率都正常，應(yīng)通知通信班或主站端人員配合檢查。

2 故障診斷與處理

掌握常規(guī)綜自站遠(yuǎn)動(dòng)通信結(jié)構(gòu)圖、遠(yuǎn)動(dòng)信息原理傳輸原理以及通信傳輸所采用規(guī)約相關(guān)知識(shí)后，不難對(duì)常規(guī)站發(fā)生通信中斷故障部位和原因進(jìn)行歸納和總結(jié)。據(jù)筆者長期消缺經(jīng)驗(yàn)，可以把此類通信故障劃分為設(shè)備故障、通道故障和軟件故障或參數(shù)不匹配。

2.1 設(shè)備故障

由圖1可知，通信每一個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)備故障都會(huì)造成通信中斷，比如站內(nèi)設(shè)備：MODEM被雷擊、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)壞以及遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸設(shè)備：DDF（數(shù)字配線架）壞或2M頭焊接不牢固、PCM設(shè)備壞、2M協(xié)議轉(zhuǎn)換器摔壞等，硬件設(shè)備損壞自然會(huì)使通道中斷或嚴(yán)重誤碼，因此保證硬件設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)，是維護(hù)工作的重中之重。

2.2 通道故障

如前所述，遠(yuǎn)動(dòng)通道是連接廠站端與主站端的“高速公路”，因此遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)目煽啃砸呀?jīng)成為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠運(yùn)行的重要保證。隨著電力通信系統(tǒng)的發(fā)展以及 SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來越多的用戶選擇用數(shù)據(jù)通道來傳輸信號(hào)，常見的有RS-232，RS-485，以及快速發(fā)展起來的以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)通道。之所以數(shù)據(jù)通道用來傳輸信號(hào)，除了光纖具有很強(qiáng)的抗干擾能力外，其他幾種傳輸方式都會(huì)受到各種電磁干擾的影響，特別是經(jīng)過多次轉(zhuǎn)接，傳輸過程中的誤碼率很高。

當(dāng)被控站發(fā)生遠(yuǎn)動(dòng)通道中斷時(shí)，調(diào)度端無法監(jiān)視站端設(shè)備運(yùn)行情況，直接屏蔽了監(jiān)控人員對(duì)在運(yùn)設(shè)備的監(jiān)控功能，是對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定危害性最大的問題之一，根據(jù)實(shí)際情況，提出以下處理方法：

如果被控站采取的單通道，根據(jù)遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸原理快速查找出故障點(diǎn)，可用排除法，首先用兩根短接線去短接MODEM收發(fā)接線端子，如果遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)能收發(fā)報(bào)文或者M(jìn)ODEN收發(fā)燈均正常閃爍，說明從遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)到MODEM這一截通信正常，繼續(xù)短接通信屏配線架網(wǎng)線收發(fā)端子，若遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)有收發(fā)報(bào)文，說明從遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)到DDF這一截沒問題，如果沒有收發(fā)報(bào)文可進(jìn)一步檢查是這段網(wǎng)線不正常還是 DDF設(shè)備出現(xiàn)問題或打線不牢固等，然后被控站終端用環(huán)回法請主站端或調(diào)度端人員配合看能否看到報(bào)文，直至查出問題所在。

如果多個(gè)廠站同時(shí)發(fā)生遠(yuǎn)動(dòng)通道故障，調(diào)度端畫面數(shù)據(jù)不刷新，可以先測試故障變電站的局內(nèi)電話，來判斷是否某個(gè)主要節(jié)點(diǎn)上的通信設(shè)備故障，檢查有關(guān)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常報(bào)修處理，否則檢查調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)前置服務(wù)器，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行主備切換試驗(yàn)，排查服務(wù)器的自身問題。

2.3 軟件故障或參數(shù)不匹配

除了雙方采用通信傳輸規(guī)約必須一致外，被控站和調(diào)度端雙方的MODEM跳線必須一致，否則即使通道正常，也將無法通信。因此MODEM的波特率、頻偏，中心頻率必須一致。而采取網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)谋豢卣救绻釉O(shè)二次安防設(shè)備，一定要檢查安全防護(hù)設(shè)備包括防火墻、加密認(rèn)證裝置、交換機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行與否。

當(dāng)被控站采用串行通信傳輸規(guī)約，要清楚使用的是101規(guī)約還是CDT規(guī)約。101規(guī)約屬于問答式規(guī)約，調(diào)度端先向站端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，遠(yuǎn)動(dòng)裝置再向調(diào)度端傳送相應(yīng)數(shù)據(jù)。MODEM裝置上RXD（收）燈和TXD（發(fā)）燈會(huì)交替閃爍，先是RXD燈閃爍，后是TXD燈閃爍。若RXD燈閃爍，TXD燈不閃爍，說明MODEM設(shè)置不正確或不匹配或者是遠(yuǎn)動(dòng)裝置有故障；若RXD燈不閃爍，說明遠(yuǎn)動(dòng)裝置收不到調(diào)度端的詢問，應(yīng)檢查通道是否正常。

而CDT規(guī)約，屬于循環(huán)式規(guī)約，廠站端不停地向主站發(fā)送數(shù)據(jù)，適用于點(diǎn)到點(diǎn)的遠(yuǎn)動(dòng)通道結(jié)構(gòu)。正常運(yùn)行時(shí)，上行通道端子變化頻率在 2730～3030Hz之間，電壓幅值在0.2～0.7V左右。當(dāng)電壓及頻率超過以上范圍，甚至沒有頻率或電壓，是由于沒有發(fā)送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的原因，說明遠(yuǎn)動(dòng)裝置或MODEM有問題，若電壓和頻率都正常，應(yīng)通知通信班或主站端人員配合檢查。在使用CDT規(guī)約時(shí)，正常情況下，TXD燈會(huì)不停地閃爍，RXD燈會(huì)偶爾閃爍，排除MODEM故障后，使用通道故障環(huán)回法和排除法檢查。

當(dāng)被控站采用以太網(wǎng)傳輸規(guī)約，遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約配置要正確，否則即使通道正常也無法與調(diào)度端保持正常通信。以太網(wǎng)傳輸規(guī)約配置服務(wù)器端口號(hào)固定為2404，主站通道IP地址設(shè)置為地調(diào)分發(fā)給被控站IP地址。網(wǎng)口號(hào)為協(xié)轉(zhuǎn)裝置實(shí)際連接遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)端口，必須填寫正確，否則無法正常通信。另外采用網(wǎng)絡(luò)通道通信的常規(guī)站與調(diào)度端所采用的 2M轉(zhuǎn)換器須型號(hào)一致，且規(guī)約配置相當(dāng)，才能正常通信，可根據(jù)轉(zhuǎn)換器的指示燈狀態(tài)來判斷故障點(diǎn)，具體現(xiàn)象要具體分析，這里不再詳述。

3 案例分析

由于篇幅有限，本文僅舉一個(gè)實(shí)際工作中遇到的案例。2013年8月，貴州省六盤水市110kV大營變電站（以下簡稱“大營變”）發(fā)生通信中斷，地區(qū)調(diào)度主站運(yùn)行人員通過 DF8003調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)不刷新，失去對(duì)大營變監(jiān)控。作為調(diào)度自動(dòng)化工作人員，我們在接到部門上報(bào)的緊急缺陷通知后，第一時(shí)間趕赴到現(xiàn)場。進(jìn)站以后看到事故的表象為遠(yuǎn)動(dòng)屏里兩個(gè)MODEM裝置TXD燈不停閃爍，RXD燈常滅，與此同時(shí)CD燈一直亮紅色（處于告警狀態(tài)）。大營變遠(yuǎn)動(dòng)通信情況是這樣：遠(yuǎn)動(dòng)裝置是采用長圓深瑞的ISA301C裝置，據(jù)廠家介紹此款裝置有內(nèi)置MODEM，采用模擬通道，與主站通信是 CDT規(guī)約。根據(jù)表象快速判斷故障可能出在MODEM上或遠(yuǎn)動(dòng)通道上，但是通過縷清回路，我們發(fā)現(xiàn)大營變既可以用內(nèi)置MODEM又可以采取外置MODEM通信，當(dāng)然找回路過程中頗為周折（主要是線路標(biāo)牌不清楚有錯(cuò)誤）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們用環(huán)回法，逐一排除了站內(nèi) RTU裝置到MODEM通信正常，MODEM 到避雷裝置出線通信正常，避雷裝置出線到DDF配線架通信正常，最后請通信班人員協(xié)助排查了從大營變到地調(diào)通道正常。至此通道正常，硬件也正常。我們快速判斷只有一種可能過，就是兩邊所用 MODEM 設(shè)備單方面被改動(dòng)，造成MODEM設(shè)置不一致，以致無法正常通信。最后我們嘗試把大營變跳線設(shè)置更改為中心頻率2880Hz、波特率600、頻偏+150，結(jié)果大營變通信恢復(fù)正常，但廠站數(shù)據(jù)不刷新，這時(shí)我們憑經(jīng)驗(yàn)重啟了下遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，目的是讓RTU重讀程序一遍，最終數(shù)據(jù)刷新。在與調(diào)度端核實(shí)了一遍數(shù)據(jù)后，但是調(diào)度端人員遙控預(yù)置開關(guān)，不能執(zhí)行遙控命令，通過調(diào)度端通過上送的報(bào)文分析，為大營變廠站地址（即RTU號(hào)設(shè)置不正確）。

4 結(jié)論

為使數(shù)據(jù)有效可靠的傳輸，正確并快速處理好通信中斷故障非常關(guān)鍵。本文給出了常規(guī)綜自站遠(yuǎn)動(dòng)通信結(jié)構(gòu)及其遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸原理，舉了大營變通信中斷實(shí)例，探討了快速消除變電站通信中斷或通信異常問題的方法。而如今，數(shù)字化變電站技術(shù)雖然不是十分成熟，但是正有逐漸取代綜自站的的趨勢，本文尚未對(duì)采用IEC61850規(guī)約的數(shù)字化站發(fā)生通信問題進(jìn)行探討和分析，在今后工作中有待于進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

[1]馬雨濤, 吳亞, 張顯文, 等. 調(diào)度自動(dòng)化[M]. 北京:中國電力出版社, 2011.

[2]劉清漢, 林虔, 丁毓由. 遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化工[M]. 3版. 北京: 中國水利水電出版社, 2003.

[3]時(shí)翔, 高波. 變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備通信部分異常/故障問題分析及解決措施[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(7): 43-44.

[4]李明珍, 李雨舒, 謝宇昆. 通信自動(dòng)化通道故障分析與維護(hù)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009, 37(23):167-169.

[5]張其林, 王先培, 趙宇. 基于IEC 61850的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)連鎖故障分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013,37(2): 61-66.

[6]周野, 劉國勝. 220kV變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信中斷問題的分析[J]. 山西電力, 2009(2): 30-31.

[7]李穎杰. 智能電網(wǎng)中調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模的研究[J]. 貴州電力技術(shù), 2012, 15(5): 47-50.

[8]伍軍, 段斌, 黃生龍. 變電站遠(yuǎn)程通信的安全體系研究[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2006, 18(4):35-40.

[9]譚文恕. 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)約[J].電網(wǎng)技術(shù), 1998, 22(9): 1-4.

[10]DL/T 634.5104—2002/IEC 60870-5-104:2000. 遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第 5-104部分：傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集 IEC 6O870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問[S]. 北京: 中國電力出版社, 2002.