趙衍恒，李榮凱，王文明，安豐彩，張 凱

（國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司 ，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

電力通信技術(shù)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是其運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)［1］，通信系統(tǒng)的性能對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生直接的影響［2-4］。 在“十三五”規(guī)劃綱要中明確指出要加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)， 提高電網(wǎng)與發(fā)電側(cè)、需求側(cè)交互響應(yīng)能力［5-7］。 電力通信為整個(gè)電力系統(tǒng)提供安全、可靠的通信系統(tǒng)和通信方式，確保整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、有效的運(yùn)行［8-9］，在電力生產(chǎn)階段，電力通信可管理電力生產(chǎn)， 確保整個(gè)系統(tǒng)的集中管理和統(tǒng)一調(diào)度；在電力輸送階段，電力通信可降低電能輸送線損率，提高通信質(zhì)量，降低發(fā)電成本［10］。 對(duì)于電力通信專業(yè)學(xué)生和電力系統(tǒng)通信運(yùn)維崗位員工教學(xué)培訓(xùn)而言， 熟悉電力通信系統(tǒng)工作流程原理與故障排查方法， 深入研究電力通信故障產(chǎn)生的原因及維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)健運(yùn)行非常重要［11-12］。 我國(guó)電力通信行業(yè)的培訓(xùn)針對(duì)通信運(yùn)維人員的實(shí)操環(huán)境和實(shí)訓(xùn)設(shè)施相對(duì)較少， 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)智能電網(wǎng)中通信系統(tǒng)的整體概念模糊，不了解通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的來(lái)源、傳輸方式、 傳輸過(guò)程及故障產(chǎn)生和排查方法的現(xiàn)狀明顯［13-14］，因此，亟需提升電力通信運(yùn)維人員綜合素質(zhì)和實(shí)操技能水平， 特別是電力通信系統(tǒng)故障排查能力。

目前電力通信傳輸專業(yè)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境主要使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際在用設(shè)備搭建，雖然能很好地還原現(xiàn)場(chǎng)、模擬真實(shí)環(huán)境，但是實(shí)際設(shè)備搭建環(huán)境費(fèi)用昂貴，培訓(xùn)成本過(guò)高，同時(shí)對(duì)于復(fù)雜故障模擬困難，難以同時(shí)開(kāi)展大范圍的培訓(xùn)以滿足通信運(yùn)維人員的需求［15］。 為滿足科研、職工培訓(xùn)需求，解決無(wú)高層次技能人員實(shí)訓(xùn)環(huán)境、無(wú)故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的弊端，本文基于電力通信數(shù)據(jù)傳輸原理［16-17］、故障告警產(chǎn)生原理［18-19］及電力通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)故障排查工作流程， 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。 通過(guò)收集整理電力行業(yè)通信傳輸系統(tǒng)中各種故障案例信息，將案例信息進(jìn)行分級(jí)，形成故障信息庫(kù)，根據(jù)實(shí)際的工作場(chǎng)所建立一個(gè)實(shí)訓(xùn)作業(yè)環(huán)境場(chǎng)景， 對(duì)故障庫(kù)中信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)還原， 通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)案例和典型故障處理培訓(xùn)，切實(shí)提高通信運(yùn)維人員技能水平，滿足未來(lái)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)［20］對(duì)通信運(yùn)維人員的技能需求。

1 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由“三庫(kù)”“兩中心”和“一平臺(tái)”組成，分別是：模型庫(kù)、算法庫(kù)、故障信息庫(kù)、數(shù)據(jù)中心、計(jì)算中心和故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 “三庫(kù)”模塊設(shè)計(jì)

“三庫(kù)”模塊，包括建立模型庫(kù)、算法庫(kù)和故障信息庫(kù)， 為故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及計(jì)算中心模塊提供所需的模型、算法、接口和故障信息。

1）模型庫(kù)，包括機(jī)房、電力通信電源、電力通信設(shè)備（SDH 設(shè)備、PCM 設(shè)備）及常用板卡、儀器儀表（OTDR、2M 誤碼儀）、 數(shù)字配線架、 光纖配線架、光纖、光纜、雙絞線、電源線、2M 線、光模塊、法蘭、光衰等的數(shù)字仿真模型及VR 仿真模型定義。 除此之外，可實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)自己需要自動(dòng)添加模型功能。

2）算法庫(kù)，為電力通信傳輸系統(tǒng)故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及計(jì)算中心提供算法及接口， 包括模型對(duì)象的移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的信號(hào)復(fù)用、解復(fù)用，故障排查過(guò)程的正確性驗(yàn)證算法等，并被故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和計(jì)算中心調(diào)用。

3）故障信息庫(kù)，收集整理了我國(guó)電力行業(yè)通信傳輸系統(tǒng)中的各種故障信息，形成故障信息庫(kù)，并通過(guò)電力通信傳輸至故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)， 包括光纜線路故障、SDH 設(shè)備故障、SDH 網(wǎng)管業(yè)務(wù)配置故障、通信系統(tǒng)輔助設(shè)備故障的產(chǎn)生時(shí)間、地點(diǎn)、原因、關(guān)聯(lián)設(shè)備和解決流程等信息。其中，SDH 設(shè)備故障主要為電源故障和SDH 設(shè)備板卡故障， 而SDH 設(shè)備板卡故障包括2M 業(yè)務(wù)接口板、2M 業(yè)務(wù)處理板、以太網(wǎng)接口板、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)處理板、時(shí)鐘交叉板、主控板故障等。 該故障信息庫(kù)被電力通信傳輸系統(tǒng)故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及計(jì)算中心調(diào)用。

1.2 數(shù)據(jù)中心及計(jì)算中心模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心模塊， 接收并存儲(chǔ)客戶端上傳的模型配置參數(shù)、搭建模擬環(huán)境的配置參數(shù)、故障配置信息及故障排除過(guò)程參數(shù)信息。

計(jì)算中心模塊，被配置為調(diào)用算法庫(kù)中組幀、數(shù)據(jù)解析、故障生成、故障排除等算法，以及數(shù)據(jù)中心模塊中的數(shù)據(jù)傳輸模式、配置參數(shù)等，進(jìn)行通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組幀及解析計(jì)算、 通信故障事件的生成及排除計(jì)算，然后通過(guò)模擬通信設(shè)備底層數(shù)據(jù)傳輸模式，將模擬計(jì)算結(jié)果傳輸至故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

計(jì)算中心模塊通過(guò)模擬實(shí)際SDH 設(shè)備的通信數(shù)據(jù)傳輸方式， 依據(jù)國(guó)際統(tǒng)一ITU-T G.707 標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)組幀方式對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)組幀， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信設(shè)備故障的底層解析，方便培訓(xùn)人員從底層的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)幀對(duì)通信設(shè)備故障原理進(jìn)行理解，從而達(dá)到更直接對(duì)通信故障進(jìn)行分析排查的作用。

1.3 故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)從數(shù)據(jù)中心模塊獲取配置信息，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中模型，搭建通信設(shè)備模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境， 調(diào)用算法庫(kù)中算法對(duì)模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境進(jìn)行編輯和調(diào)整， 將生成的環(huán)境信息和參數(shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心模塊；配置模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境中故障信息，生成VR 操作環(huán)境，進(jìn)行故障排查作業(yè)。

故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建立模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境，根據(jù)用戶需求可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置，模型庫(kù)中已經(jīng)建好實(shí)訓(xùn)環(huán)境所需各個(gè)實(shí)物的模型， 如機(jī)房、空調(diào)、燈、各種工具、多種類型通信設(shè)備機(jī)柜、主流廠家通信設(shè)備機(jī)架、主流廠家設(shè)備板卡、光纖、數(shù)字配線架、光纖配線架、法蘭等等，在故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的人機(jī)交互界面中， 為用戶提供模塊選擇接口， 用戶可根據(jù)自己的需要搭建自己定制化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

2 故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)， 包括配置操作模塊、VR 操作模塊、安全模塊、通信模塊和考核模塊，結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

1）配置操作模塊，為調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中模型，搭建通信設(shè)備模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境， 配置模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境中出現(xiàn)的故障信息， 進(jìn)行業(yè)務(wù)配置故障排查和告警查詢操作，包括設(shè)置模塊和展示模塊。 其中，設(shè)置模塊，被配置為調(diào)用模型庫(kù)中模型信息，搭建通信設(shè)備操作環(huán)境；調(diào)用故障庫(kù)中故障信息，配置實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境中出現(xiàn)的故障信息，進(jìn)行業(yè)務(wù)配置故障排查。展示模塊，被配置為搭建通信設(shè)備拓?fù)洵h(huán)網(wǎng)，對(duì)通信設(shè)備模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境的光纖連接、2M 業(yè)務(wù)、 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、時(shí)鐘和保護(hù)進(jìn)行業(yè)務(wù)配置，并對(duì)已配置好的業(yè)務(wù)添加故障信息，查詢故障告警信息，通過(guò)告警信息定位故障點(diǎn)。

2）VR 操作模塊，被配置為讀取配置操作模塊配置的實(shí)訓(xùn)作業(yè)環(huán)境和故障信息，生成VR 操作環(huán)境，對(duì)機(jī)房巡視、板卡類、光纖類故障進(jìn)行排查作業(yè)。

3）安全模塊，被配置為系統(tǒng)運(yùn)行、通信傳輸及系統(tǒng)拷貝提供安全防護(hù)。

4）通信模塊，被配置為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)建立模塊、數(shù)據(jù)中心模塊、 計(jì)算中心模塊與故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)之間通信連接， 將故障排查作業(yè)結(jié)果發(fā)送至客戶端。

5）考核模塊，被配置為通過(guò)預(yù)置故障類型和排除故障考核指標(biāo)，對(duì)培訓(xùn)學(xué)員排除故障結(jié)果進(jìn)行考核。

圖2 故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖

3 電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)方法

3.1 故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)作業(yè)環(huán)境搭建

故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建立一個(gè)實(shí)訓(xùn)作業(yè)環(huán)境場(chǎng)景，對(duì)故障庫(kù)中信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)還原，模擬現(xiàn)場(chǎng)案例和典型故障處理，切實(shí)提高通信運(yùn)維人員技能水平，滿足未來(lái)智能電網(wǎng)對(duì)通信運(yùn)維人員的技能需求如圖3 所示。 故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境進(jìn)行編輯和調(diào)整的過(guò)程為：

圖3 電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)框圖

1）建立模型庫(kù)、算法庫(kù)和故障庫(kù)。

2）通過(guò)數(shù)據(jù)中心模塊存儲(chǔ)所配置的模型參數(shù)、搭建模擬環(huán)境的參數(shù)、 故障信息及故障排除過(guò)程參數(shù)信息。

3）故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中模型，根據(jù)配置參數(shù)，搭建通信設(shè)備模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境，調(diào)用算法庫(kù)中算法對(duì)模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境進(jìn)行編輯和調(diào)整，將生成的環(huán)境信息和參數(shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心模塊；配置模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境中故障信息， 生成VR 操作環(huán)境，進(jìn)行故障排查作業(yè)。

對(duì)模擬實(shí)訓(xùn)操作環(huán)境進(jìn)行編輯和調(diào)整的步驟包括：

1）搭建機(jī)房環(huán)境。根據(jù)所模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，布置機(jī)柜、空調(diào)、工具箱等機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境和設(shè)備。

2）組建設(shè)備。 首先根據(jù)機(jī)架型號(hào)，組建設(shè)備網(wǎng)元，然后在設(shè)備網(wǎng)元的相應(yīng)槽位上添加相應(yīng)板卡。添加過(guò)程中調(diào)用算法庫(kù)中的槽位驗(yàn)證算法， 檢查板卡添加是否合理。

3）將設(shè)備添加到機(jī)柜中的確定位置。

4）設(shè)備光纖連接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)元的連接情況，進(jìn)行設(shè)備之間的連纖， 將兩個(gè)設(shè)備上線路板的光模塊接口通過(guò)光纖連接。

5）調(diào)用算法庫(kù)中的整機(jī)檢查算法，檢查實(shí)訓(xùn)環(huán)境搭建的合理性， 如果存在不合理的地方， 及時(shí)調(diào)整。

3.2 電力通信傳輸故障排查實(shí)訓(xùn)實(shí)現(xiàn)方法

計(jì)算中心模塊調(diào)用算法庫(kù)中組幀、數(shù)據(jù)解析、故障生成和故障排除算法， 以及數(shù)據(jù)中心模塊中的數(shù)據(jù)傳輸模式和配置參數(shù)信息， 模擬通信設(shè)備底層數(shù)據(jù)傳輸模式，對(duì)通信設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)組幀，生成通信設(shè)備故障事件，對(duì)通信設(shè)備故障進(jìn)行解析，排查通信故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建立模型庫(kù)、算法庫(kù)和故障庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)配置參數(shù)，通過(guò)故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)搭建一個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)作業(yè)環(huán)境場(chǎng)景，通過(guò)模擬實(shí)際SDH 設(shè)備的通信數(shù)據(jù)傳輸方式，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)組幀，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信設(shè)備故障的底層解析，將故障信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)還原，模擬現(xiàn)場(chǎng)案例和典型故障處理， 方便培訓(xùn)人員從底層的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)幀對(duì)通信設(shè)備故障原理進(jìn)行理解。 電力通信傳輸故障排查作業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)一方面節(jié)約了培訓(xùn)成本，減少對(duì)硬件真實(shí)設(shè)備的建設(shè)投入，另一方面切實(shí)提高通信運(yùn)維作業(yè)人員實(shí)際操作水平， 擴(kuò)大電力通信運(yùn)維人員培訓(xùn)量， 打破硬件設(shè)備對(duì)故障排查作業(yè)培訓(xùn)的限制，更直接對(duì)通信故障進(jìn)行分析排查，便于處理復(fù)雜故障作業(yè)前的模擬演練。