变电站通信网络常见故障的处理

[摘要] ：本文介绍了变电站通信网络的基本元素、基本结构及常见通信网络故障产生的原因, 并且简单地探讨了变电站通信网络常见故障的处理及防范措施。

 [关键词] ：变电站；监控系统；通信网络；故障

[Abstract] : This paper introduces the basic elements of substation communication network, the basic structure and the common communication network causes of the fault, and simply discusses the substation communication network common failure treatment and prevention measures.

[Key Words] : substation; monitoring system; communication network; fault

引言

    对变电站通信网络而言，常见故障处理的目的主要是提高变电站通信网络设备的可靠性和可用系数，降低运行费用，改善系统运行性能以及提高经济效益和减少变电站通信网络故障．

1 通信网络基本元素

    网络的基本元素：

    a. 终端节点；b. 网络连接包括叶连接和交换机连接；c. 交换设备包括交换机、交换式终端。包含各种网络元素的通信网络结构如图1 所示

（图中，实线为主设备的连线，虚线为备用设备的连线）。

2 变电站通信结构简介

    变电站监控系统的通信网络结构, 主要类型有集中式、分布式、分层分布式, 目前应用较多的是分层分布式。分层分布式监控系统的通信网络常用的为总线型通信网络。总线型通信网络分为三部分, 即变电站层、通信管理层和间隔层。

3． 常见故障的原因

“通信出错” 通常是由于网络中某一节点故障引起的；“通信网络出错”通常是由于通信管理机故障引起或是CAN总线故障。

3.1 通信出错引起的原因

    引起通信出错的原因主要是由于CAN总线系统中某一节点故障。主要有几个方面引起:

    （1） 某一测控装置电源故障引起

    （2） 某一测控装置通讯线接线端子松动

    （3） 某一测控装置通讯芯片损坏

    110kV 银山变电站两次出现通信出错的故障,经现场查找, 其中一次是由于一台测控装置通信芯片故障, 另一次是由于一台测控装置通讯端子松动, 造成通讯线脱落。

3.2 通信网络出错的原因

    引起通信网络出错的原因通常是由于通信管理机故障或通信总线接线不规范引起。

3.2.1通信管理机故障

    (1) 通信管理机通信芯片故障, 或者是其电路板某处损坏；

    (2) 通信管理机电源板内为其供电的电源变压器故障;

    (3) 通信管理机设置的该号端口的波特率、校验位、流控制等参数与监控系统不相同;

    (4) 通讯管理机所有通讯口上均无报文, 可能是通信管理机背板模块上收发信号线、信号地线接线不正确, 如接线正确, 可能为CPU 模块异常。

    (5) 通信管理机软件故障, 此种故障比较少见。

110 kV 银山站老站监控系统自改造投运后,运行不长时间后就出现通信网络出错故障。经过多次排出查找, 最终确定为通信管理机故障。

3.2.2 CAN总线系统故障

    (1) 通讯线有短路的地方, 造成总线系统短路故障;

    (2) 首端末端匹配电阻不合适, 或者匹配电阻烧坏, 一般匹配电阻选为120 ;

    (3) 与后台监控微机连接的通讯串损坏;

    (4) 通讯线未接屏蔽线及接地, 长时间电磁干扰;

    一35kV变电站曾出现由于与后台连接的通讯串损坏, 造成通讯故障的情况, 更换串后, 通信恢复正常。

4. 通信故障的处理及防范

4.1 通信故障的处理

    监控系统通信故障的处理可以根据故障的不同的原因进行分类处理。根据所报告警信息的不同,采取的处理方法也不尽相同, 通常采用排除法, 原则是先外部后内部。对于由于系统内某一节点故障导致的通信出错 , 处理方法是首先根据报警信息确定是由哪个测控装置故障引起的, 然后检查该装置的通讯线是否接线牢靠, 有无脱落, 若是由于通讯线脱落引起的, 可以带电情况下将通讯线重新压接好; 若通讯线良好, 则可能是由于装置内部电路板故障, 这时可以采用更换装置通讯板来确定。

    4.1.1 监控系统故障的处理

（1）在微机监控系统中远方遥控操作保护软连接片失败后，若继电保护回路有工作，请检查所操作的保护装置菜单是否退出。LFP—900 系列保护在进入菜单后将无法进行任何操作（包括投、

迟连接片，调装置采样值，调装置历史报告、操作装置定值等）。

（2）在监控后台交换收发信机信号时，若LFP—90l 保护的“收信接点”或“通道试验”光字牌一直点亮，再次对通道二进行通道试验后可将光字牌熄灭。

（3）监控系统中网络通信异常，但检查监控网络硬件正常，可将主控室中485 转换柜中的HUB 电源开关快速断开后再合上，此处理方法不会影响设备的运行。

（4）进行倒闸操作时，若按正常操作步骤操作但不成功，请检查五防机中的操作票系统和 WFServer 服务程序运行是否正常。

（5）在五防机中向电脑钥匙进行五防传票，若传票不成功，可将电脑钥匙总装置电源断开后再合上，或将五防机重新启动，再次进行五防传票。

（6）在站内监控网中不能进行正常打印操作，请再次安装打印机驱动程序。

    对于系统报通信网络出错的故障, 处理起来比较繁琐。如果仅仅是后台监控报通信网络出错, 此时后台监控画面不会更新, 但通信管理机未发告警信息, 则可能是由于通信管理机和后台监控机连接部分故障, 可能是连接通信串损坏, 也可能是通讯线损坏, 进行查找。如果通讯管理机告警, 报警系统所有节点通信出错时, 则可能是由于通信管理机故障引起的通信网络出错。可以首先检查是否是由于CAN 网短路引起的, 如果是可以查找故障点, 重新更换通讯线。然后检查是不是由于末端匹配电阻不合适所致, 可以更换一标准电阻进行检查。如果故障还未排除, 则可能是由于通信管理机硬件故障造成, 这时可更换通信管理机电源板(通讯板) , 进行确认。

4.2 防范措施

    为防止站内监控系统通信故障的发生, 要求进行综合自动化网络结构设计时就要充分考虑到通信系统的要求, 要结合系统要求选择合适的网络结构, 要充分考虑到抗干扰问题。选择二次测控保护装置时, 要选择质量过硬的产品, 防止因为装置本身硬件故障导致的通信故障; 在施工阶段对通讯线要求采用屏蔽双绞线, 并将屏蔽线两端接地, 使其真正达到屏蔽效果。CAN 总线方式接线确保所有设备是否均以同等地位挂在网上, 确保不分叉, 并对首端和末端并接一个120的电阻。接线要规范, 通讯线敷设时注意避免与高压电缆敷设在同一电缆沟内。

5 冗余技术

    a. 备用模式：正常情况只有一个连接在服务，服务连接失效后切换到备用连接工作，切换过程中可能丢失信息。

    b.交替模式：2个连接同时有效并交替使用，当一个连接失效，停止交替由另一个连接继续通信，切换过程更短。

c. 并行模式：消息在2个连接上同时发送，由接收端保证接收信息的唯一性，无需切换。

5.1 基于网络设备的冗余处理

    基于网络设备包括交换设备和网络连接的冗余处理已经应用在广域网或是一些现场总线相关应用中，基本原理是检测到连接故障后通过3 层路由计算和切换到备用路由。相关协议的切换时间根据网络拓扑的不同从十几秒到几分钟不等，对于一些不苛刻的应用可以满足需求。自动化网络通常运行在单一的局域网内，报文通过一层中继器或二层交换机传输而不通过路由器，如果需要和外界交换数据可以使用路由器或防火墙，但这不是关键需求。局域网中的冗余协议通常是针对连接和交换机故障利用冗余通道和交换机重构局域网，例如快速生成树协议RSTP（Rapid Spaning Tree Protocol）。环网基于RSTP 改进的二层冗余协议可以实现更快的网络恢复，网络节点可以是普通的自动化装置。

5.2 基于网络终端的冗余处理

    如果需要进一步减小网络恢复时间，需要为网络终端配置冗余连接并在网络终端上进行冗余处理。双端口是通常的方案，这种方式对局域网交换机没有特殊要求。对一些实时性要求比较高的应用，使用双端口网络终端和2 个的网络可以实现非常小的网络恢复时间即无缝切换。

5.3 网络冗余功能的维护

    网络冗余的功能会被一些故障所影响，因此如何检测这些潜在的故障就成为冗余协议必须考虑的内容。所有IEC62439 标准收录的冗余协议必须提供方法定时检测冗余或者空闲设备的状态从而保证网络冗余的可用。

结束语

    以上介绍了变电站通信网络的常见故障以及防范故障的措施，这就要求相关人员能够尽量做到及时发现问题、科学分析问题、顺利解决问题。另外应定期对电力人员进行素质考核，并经常性组织相关人员特别是关键岗位的技术人员进行培训，使他们的素质水平不断提高，这也是防范变电站通信网络故障发生的一个有效的手段。

参考文献

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[4］刘志刚，钟炜，邓云川.牵引变电站故障的基于模型诊断方法［J］.中国电机工程学报，2010（12）