高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)典型故障分析及處理辦法

韓軒

（中國鐵路沈陽局集團有限公司沈陽供電段，遼寧 沈陽 110000）

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，用電氣化手段通過一個或多個相互連接（或非連接）的通道，實現(xiàn)對遠方處于分散狀態(tài)的供電設(shè)備集中監(jiān)測、控制和集中管理。高鐵供電SCADA系統(tǒng)是鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，其運行安全是保證鐵路運輸暢通的必要條件。在高速鐵路快速發(fā)展下，保證遠動系統(tǒng)投入穩(wěn)定運行，也是供電系統(tǒng)保障行車安全、服務(wù)鐵路運輸?shù)闹匾e措之一。

1 SCADA系統(tǒng)及其基本組成

高鐵供電遠動系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的一個典型應(yīng)用，由調(diào)度主控端、遠動通道、被控站三部分組成，任何一部分出現(xiàn)問題都會影響SCADA系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。供電SCADA系統(tǒng)主要監(jiān)控牽引和電力供電系統(tǒng)沿線各變電所、分區(qū)所、AT所、接觸網(wǎng)開關(guān)站、低壓變配電所、電力箱變的設(shè)備運行狀態(tài)，完成遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、遙視、保護及調(diào)度管理，輔助完成事故分析及處理等功能。供電SCADA系統(tǒng)除具有常規(guī)遙控、遙信、遙測、遙視功能外，還具有強大的數(shù)據(jù)管理功能，以多種方式提供運行參數(shù)報表、曲線記錄、數(shù)據(jù)庫、事故報警、其他調(diào)度管理功能等管理資源。

2 故障類型及原因分析

2.1 遠動通道故障類型及處理辦法

2.1.1 單個站點通道中斷情況

當某一站點出現(xiàn)通道中斷的情況時，首先找到該站點的IP地址（比如10.160.31.25），主站人員在相應(yīng)的AOS服務(wù)器上打開“運行”窗口輸入“cmd”命令，通過ping命令測試物理通道連通性，如果無法ping通，則有可能是通訊原因，可以讓通信人員配合檢查通道；如果能ping通，則可排除通訊問題。主站可采用PMA工具測試協(xié)議連接，如果連接不上，則被控端設(shè)備重啟或更換通訊板。

另一種方法是讓現(xiàn)場供電段人員甩開被控端設(shè)備，先將主用通道的網(wǎng)線與測試筆記本相連接，再設(shè)置筆記本的IP地址為（10.160.31.200），網(wǎng)關(guān)的前三位地址與IP前三位一致，最后一位設(shè)置為 1（10.160.31.1）；子網(wǎng)掩碼（255.255.255.0），關(guān)掉筆記本的防火墻。用ping主站AOS服務(wù)器的IP地址來檢測與調(diào)度主站的連接情況，如果ping通，則可以判斷故障原因出現(xiàn)在被控端設(shè)備；如果ping不通，則說明問題出在傳輸通道，應(yīng)及時聯(lián)系通信段傳輸網(wǎng)管，由主站人員配合通信人員對傳輸線路逐級縮小范圍進行遠動通道測試。

2.1.2 多個站點通道的中斷情況

當多個站點出現(xiàn)通道中斷的情況時，先觀察通道中斷站點的特點，查看這些站點是否在同一個通訊環(huán)中，如果一個通訊VLAN中的遠動通道不通，則應(yīng)聯(lián)系通信專業(yè)共同排查；如果通道異常的站點是在服務(wù)器某個引擎或平臺下，則需要排查主站程序工作情況。

2.1.3 整條線路站點通道中斷情況

如果是整條線路遠動通道不通，則先檢查通信接入主控端交換機端口的工作狀態(tài)，如果端口指示燈不亮，將網(wǎng)線進行重新插拔，如果交換機端口指示燈仍然不亮，則應(yīng)排查有無廣播風暴導(dǎo)致端口工作異常的情況并做相應(yīng)處理；如果沒有，則聯(lián)系通信專業(yè)共同配合排查故障。

2.2 遠動通道常見故障原因分析

2.2.1 電力箱變雙切裝置故障或UPS失電

由于箱變RTU電源主要由箱變本身低壓雙電源切換裝置和下端UPS供電，一旦雙切電源轉(zhuǎn)換不過去，則會導(dǎo)致UPS失電報警，進而導(dǎo)致通道中斷。在哈大高鐵2012年開通運行后，出現(xiàn)過多次箱變因為RTU雙切電源轉(zhuǎn)換開關(guān)故障導(dǎo)致UPS工作，UPS無電后通道中斷的情況。

2.2.2 主控端通信服務(wù)器主備切換不良

現(xiàn)場通信故障恢復(fù)后，主控端通信服務(wù)器不能自動進行主備切換，在通訊服務(wù)器上能用ping命令ping通現(xiàn)場RTU，現(xiàn)場RTU也顯示正常運行，但SCADA調(diào)度界面通道結(jié)構(gòu)圖中仍無通信恢復(fù)顯示，形成假性通道中斷。

2.2.3 主站重新部署DI數(shù)據(jù)后通道恢復(fù)

當某個站點裝置鏈路狀態(tài)顯示異常，但該站點通道顯示正常時，如果在通訊服務(wù)器上能ping通該RTU，現(xiàn)場RTU也顯示正常運行，主站技術(shù)人員重新部署數(shù)據(jù)庫DI后鏈路狀態(tài)恢復(fù)正常。

2.2.4 通訊管理機或RTU通訊板故障

當某個站點主（備）用通道中斷，在通訊服務(wù)器上能ping通該站點的同一VLAN里相鄰站點的主（備）IP地址，可以排除通訊原因，這種情況可能是所內(nèi)主（備）用通訊管理機故障所致，通常重新啟動或更換通信管理機恢復(fù)故障，也有可能是RTU通訊板故障、RTU備件缺失導(dǎo)致通信中斷。

3 典型故障分析及處理辦法

3.1 遙控典型故障

3.1.1 開關(guān)選擇超時和選擇失敗

開關(guān)選擇超時，要看同一場站內(nèi)的其他開關(guān)選擇是否正常，如果都不正常，應(yīng)首先檢查該場站的主備通道是否穩(wěn)定，進一步確定主站后臺是否收到遙控選擇的確認報文。如果收到則是主控端存在問題，未收到則是被控端存在問題，由現(xiàn)場技術(shù)人員通過所內(nèi)后臺機來檢查綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置情況。

開關(guān)選擇失敗時，首先應(yīng)確定開關(guān)是打到“調(diào)度控”還是“所內(nèi)控”，再確定開關(guān)之間是否有無閉鎖關(guān)系，再由主站人員與所內(nèi)人員確定開關(guān)的遙控地址碼是否一致，最后確定現(xiàn)場通信管理裝置與綜自系統(tǒng)的連接是否正常。

3.1.2 開關(guān)執(zhí)行超時和執(zhí)行失敗

開關(guān)執(zhí)行超時，首先應(yīng)確定通道是否穩(wěn)定，再確定主站后臺是否收到遙控執(zhí)行的確認報文，最后確認主站后臺是否在規(guī)定時間內(nèi)收到開關(guān)變位遙信報文。被控站如果沒有在規(guī)定的時限內(nèi)向主控端回傳一條開關(guān)變位遙信信息，調(diào)度界面會顯示開關(guān)執(zhí)行超時。如果現(xiàn)場開關(guān)實際動作，則在執(zhí)行超時前調(diào)度界面會上報一條開關(guān)非遠動分/合。

開關(guān)執(zhí)行失敗通常是開關(guān)機構(gòu)箱或者開關(guān)本體存在故障，隔離開關(guān)操作機構(gòu)箱內(nèi)空氣開關(guān)跳閘或者查看機構(gòu)是否有卡滯現(xiàn)象，需要技術(shù)人員到現(xiàn)場檢查試驗。如果是開關(guān)現(xiàn)場有實際動作，而調(diào)度界面上傳執(zhí)行失敗的信息，則可能是RTU遙信板出現(xiàn)問題，需要重啟或者更換。

3.2 遙信典型故障

3.2.1 開關(guān)不定態(tài)產(chǎn)生

開關(guān)不定態(tài)是指開關(guān)的非分非合狀態(tài)，當RTU檢測到開關(guān)的遙信信號既不是分位信號，也不是合位信號時，RTU上傳開關(guān)遙信信號為不定態(tài)。遙信信號分為單點遙信和雙點遙信。單點遙信，就是用一位表示一個遙信量，開關(guān)位置只采集一個常開的輔助接點，當開關(guān)回路處于閉合導(dǎo)通時，開關(guān)為合位1；當開關(guān)回路處于斷開時，開關(guān)為分位0，但當開關(guān)回路有斷線或松動時，開關(guān)也上報0，這時會存在不定態(tài)和分位的誤判。雙點遙信是需要采集常開和常閉兩個輔助接點位置，當常開為1，常閉為0，則認為開關(guān)為合位；當常開為0，常閉為1，則認為開關(guān)為分位；當兩個位置都為0或都為1時，則認為開關(guān)位置不能確定，開關(guān)上報不定態(tài)。

開關(guān)不定態(tài)頻繁產(chǎn)生的原因有開關(guān)接線端子排的松動、斷線、開關(guān)輔助觸點損壞間歇性接觸等。毫秒級的開關(guān)頻繁分合報警可以判斷為RTU遙信板件損壞。不定時的開關(guān)分合報警需要檢查開關(guān)所有分合閘回路端子排及輔助觸點，確保接線緊固無端子松動現(xiàn)象。

3.2.2 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動

網(wǎng)上隔離開關(guān)誤動常見故障原因分析有接觸網(wǎng)隔離開關(guān)控制屏操作按鈕PLC誤發(fā)指令；RTU與操作機構(gòu)信號連線受到干擾，導(dǎo)致開關(guān)誤動作；開關(guān)操作機構(gòu)出口繼電器故障，由于操作機構(gòu)具有自保持操作命令使得開關(guān)由拒動轉(zhuǎn)變?yōu)檎`動；操作機構(gòu)電機電源連接線松動等接觸不良故障；RTU的IP地址沖突導(dǎo)致操作某個開關(guān)時，另一個開關(guān)發(fā)生誤動，此現(xiàn)象多由新更換RTU后，更換人員不細心所致。

3.2.3 開關(guān)通信狀態(tài)異常，RTU裝置故障

開關(guān)通信狀態(tài)異常通常是所內(nèi)通訊管理機異?；蚬饫w插口接觸不良，通常情況下重啟通信管理機后恢復(fù)。RTU裝置故障原因通常是RTU電源板出現(xiàn)故障，而引起電源板出現(xiàn)故障常見原因是電源進線電壓不足、保險絲熔斷、主處理板或三遙板等負載板件故障。

3.3 遙測典型故障

SCADA系統(tǒng)采集的遙測數(shù)據(jù)主要有電流（進線、出線、饋線、貫通線等）、電壓（進線、母線、饋線等）、交直流（電流、電壓、阻抗、功率因數(shù)、電池溫度等）。

3.3.1 遙測值不顯示或不變值

當所內(nèi)停送電或者分合閘開關(guān)后，電壓和電流顯示值不變，這種情況有可能是現(xiàn)場RTU死機，需要重啟后恢復(fù)，也有可能是遙測板出現(xiàn)故障，需要更換遙測板。當電力箱變一路進線停電后出現(xiàn)一級貫通側(cè)和綜合貫通側(cè)電壓值相反的情況，可能是現(xiàn)場接線錯誤，或者主站人員在數(shù)據(jù)庫配置時將電源進線電壓與進線開關(guān)關(guān)聯(lián)錯誤。

3.3.2 遙測值顯示不正確

主站界面顯示的電壓（電流）值與現(xiàn)場后臺機采的遙測值成比例關(guān)系時，通常情況是所內(nèi)綜自廠家與主站廠家在配置遙測量時采用的比例系數(shù)沒有核對正確。如果一個場站所有遙測量都出現(xiàn)異常，則應(yīng)該根據(jù)RTU遙測板的指示燈運行情況來判斷遙測板是否損壞，或者檢查是否存在電流回路開路、電壓回路短路情況。如果個別遙測值出現(xiàn)異常情況，現(xiàn)場人員應(yīng)用萬用表或者鉗形表測試電壓、電流，查看是否有端子松動現(xiàn)象。

3.4 拓撲顯示異常

主站系統(tǒng)拓撲關(guān)系帶電推導(dǎo)方式分為2種：①源頭開關(guān)。根據(jù)電壓值與開關(guān)分合狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，比如所有主接線圖中的進線開關(guān)。②非源頭開關(guān)。只采集開關(guān)分合狀態(tài)，比如供電接觸網(wǎng)圖的拓撲關(guān)系只根據(jù)網(wǎng)開關(guān)分合狀態(tài)進行帶電推導(dǎo)。

系統(tǒng)拓撲關(guān)系顯示異常一般有以下幾種情況：①主站人員在更改圖形或數(shù)據(jù)后沒有把系統(tǒng)重新部署完整；②數(shù)據(jù)庫中電壓值與開關(guān)關(guān)聯(lián)有誤；③調(diào)度圖上采集的電壓互感器和電流互感器的位置與現(xiàn)場實際不符，導(dǎo)致停送電后拓撲顏色不對。此時，應(yīng)以現(xiàn)場實際接線為主，確認壓互和流互的采集位置，然后主站人員更改后重新部署。

3.5 歷史事項查詢異常

調(diào)度界面實時報警窗口和實時事件窗口都有事件記錄，但是歷史報表卻查詢不到相關(guān)信息。這是因為歷史服務(wù)器運行異常，對應(yīng)的事件記錄并未存入數(shù)據(jù)庫所致。歷史服務(wù)器中存儲大量遙測值事件和安監(jiān)環(huán)監(jiān)等報警信息，占用很大的空間，無效數(shù)據(jù)過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫過于臃腫且影響其查詢效率。處理措施辦法有刪除事件數(shù)據(jù)庫中多余的遙測信息；對數(shù)據(jù)庫日志進行收縮優(yōu)化；修改將遙測存為事件的配置并部署。

3.6 報警信息異常

3.6.1 現(xiàn)場開關(guān)跳閘后主站無任何報警信息

應(yīng)確認現(xiàn)場后臺記錄的情況，然后檢查當前站點通道運行是否穩(wěn)定，最后確認主站后臺收發(fā)情況是否正常。

3.6.2 有報警信息內(nèi)容，無報警聲音和推圖

應(yīng)確認系統(tǒng)聲音是否開啟，系統(tǒng)驅(qū)動、Windows聲音服務(wù)是否正常，可通過播放聲音來測試，然后檢查報警設(shè)置是否啟用了聲音報警，且勾選了具體的聲音文件，最后注意報警優(yōu)先級的關(guān)系，新報警產(chǎn)生后及時確認并復(fù)歸音響。

3.6.3 有報警聲音，無故障報告推圖

當所內(nèi)斷路器頻繁上報分合信息，有報警聲音，但現(xiàn)場實際開關(guān)并沒有動作，調(diào)度界面也沒有故障報告推圖，可以通過報文分析判斷是所內(nèi)通信管理機主備通道瞬間切換，將被切換的通信管理機的歷史信息上傳到調(diào)度界面，這種情況并不是真實的斷路器跳閘，所以，只有分合開關(guān)的報警聲音，并沒有故障報告。

4 結(jié)束語

本文通過對高鐵供電SCADA系統(tǒng)的典型故障進行深入分析，在實踐中摸索故障的處理方法，積累故障分析的經(jīng)驗，縮短故障處理時間，提高專業(yè)技術(shù)能力。供電SCADA系統(tǒng)不僅保證供電設(shè)備安全穩(wěn)定的運行，還為供電設(shè)備檢修、故障處理和提高事故搶修效率提供了重要的保障，為鐵路供電事業(yè)的科學發(fā)展提供有力保證。