變電站通信機房動力環(huán)境集中實時監(jiān)控典型故障分析

祝視，歐陽荊

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司信息通信分公司，湖南長沙410004；2.國網(wǎng)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(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)由動力監(jiān)控數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)組成[1-2]。動力監(jiān)控指電源相關數(shù)據(jù)，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(tài)等，數(shù)據(jù)均來自電源監(jiān)控模塊，環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)主要包括機房溫濕度、煙感、門磁、空調狀態(tài)等，每個參數(shù)由不同的傳感器提供數(shù)據(jù)[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(yè)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，且系統(tǒng)均無北向接口，無法接入通信管理系統(tǒng) (TMS)實時采集動環(huán)告警信息，經(jīng)通信調度集約化建設后，變電站通信機房動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)通過各專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)已統(tǒng)一接入省集中機房智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)(PEMS)，使湖南省內各電壓等級變電站通信機房動環(huán)初步具備集中監(jiān)控和實時采集告警的條件[4]，利用PEMS可減少現(xiàn)場值班人力投入，提高生產(chǎn)效率，也有助于對動環(huán)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(xiàn)場重要數(shù)據(jù)支撐，提高信通專業(yè)垂直化、扁平化管理水平[5-7]。

PEMS雖然將湖南省內各個動環(huán)系統(tǒng)集中管理，但仍面臨諸多問題。一是動環(huán)數(shù)據(jù)指標不全，無法實現(xiàn)機房動力環(huán)境狀態(tài)的全面感知；二是采集告警數(shù)據(jù)不準確，關鍵時刻仍依賴現(xiàn)場巡檢取數(shù)，無法高效利用系統(tǒng)信息，對通信系統(tǒng)運行的支撐力度不夠。因此，進行動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)治理，提高數(shù)據(jù)質量，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設中形成狀態(tài)全面感知、信息高效處理的智慧服務系統(tǒng)的必然要求。

1 省集中動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng) (PEMS)簡介

PEMS投運后，湖南省各地市公司保持現(xiàn)有專業(yè)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管結構不變，省集中動環(huán)監(jiān)控平臺對20種品牌的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)接口類型和數(shù)據(jù)類型進行統(tǒng)一規(guī)范[8]，同時開發(fā)至通信管理系統(tǒng)TMS(Telecommunication Management System)的北向接口，實現(xiàn)PEMS接入TMS系統(tǒng)，從而完成對信息通信機房動力環(huán)境的統(tǒng)一調度指揮和設備實時監(jiān)視，PEMS架構如圖1所示。

圖1 PEMS系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)總體架構分數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示和北向接口三部分。數(shù)據(jù)采集服務主要完成對地市公司各專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)的資源數(shù)據(jù) (設備臺賬、監(jiān)控點位等)和監(jiān)控數(shù)據(jù) (動環(huán)實施監(jiān)控數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù))的接入及轉換；數(shù)據(jù)展示服務完成數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫，以及對遙信、遙測量數(shù)據(jù)和告警信號的集中展示；北向接口實現(xiàn)將各系統(tǒng)動環(huán)數(shù)據(jù)按標準送至TMS中實現(xiàn)實時監(jiān)控。

2 專業(yè)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理

變電站內的動環(huán)數(shù)據(jù)由終端服務器收集數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，另外1個串口用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)。終端服務器與各采集端口均是通過RS232以太網(wǎng)通道通信，而站內數(shù)據(jù)至區(qū)域中心站通過光傳輸系統(tǒng)2M通道傳輸，故需進行E1/FE轉換。區(qū)域中心站的專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)后，既可在本地進行展示，也可進一步通過光傳輸系統(tǒng)傳輸至PEMS系統(tǒng)，PEMS再與TMS通信，動環(huán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理如圖2所示。

圖2 動環(huán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理

從圖中可看出，一般地市公司中心站、專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)核心軟硬件均部署在區(qū)域監(jiān)控主站，監(jiān)控子站是獨立的變電站通信機房。各監(jiān)控指標傳感器部署在機房相應的位置，通過有線方式與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)進行初步處理后發(fā)送至終端服務器。

3 500 kV變電站通信機房動環(huán)集中實時監(jiān)控數(shù)據(jù)典型故障分析

接入PEMS的專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)達20套，且涉及到各電壓等級變電站通信機房數(shù)量達500個，考慮承載業(yè)務的重要程度，分析500 kV變電站通信機房動環(huán)集中實時監(jiān)控出現(xiàn)的各種問題，梳理出典型故障類型。

3.1 動環(huán)2M傳輸通道故障

站點所有動環(huán)數(shù)據(jù)無法上傳至主站，無法更新主站采集到的數(shù)據(jù)。通道故障時可在光傳輸系統(tǒng)網(wǎng)管中查詢到相關告警，在PEMS中牌樓變動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)一直維持不變，經(jīng)核實發(fā)現(xiàn)原因為其動環(huán)2M通道在站內出現(xiàn)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(huán)系統(tǒng)中也存在數(shù)據(jù)不準確。目前所有站點動環(huán)2M通道均承載于省網(wǎng)NEC光傳輸系統(tǒng)上，該系統(tǒng)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(wǎng)華為A平面系統(tǒng)，逐一制定檢修計劃和檢修方案，將動環(huán)2M通道從NEC系統(tǒng)切割至華為系統(tǒng)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(jù)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(shù)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(guī)范要求超過28℃出現(xiàn)嚴重告警，超過30℃出現(xiàn)緊急告警，如果閾值設置不合理將出現(xiàn)誤告。

解決方案:依據(jù)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(yè)動環(huán)與PEMS數(shù)據(jù)點位不對應

點位是不同系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)同步的標識[14]，PEMS從各專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)中獲取各站點的點位標識后可以索引到點位描述和數(shù)值/狀態(tài)，進而在本系統(tǒng)中進行展示，PEMS系統(tǒng)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(shù)據(jù)的點位有幾十個，專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)中韶山換部分點位信息見表3。

表3 專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)不準確。若專業(yè)動環(huán)中電源點位信息進行了調整，而 PEMS未同步調整，或者PEMS系統(tǒng)采集的點位信息來自于其他電源設備，則PEMS系統(tǒng)索引到的數(shù)值就不能真實反映現(xiàn)場電源設備的運行狀態(tài)。

解決方案:依據(jù)各站點通信電源提供的交流輸入電壓點位表，在PEMS系統(tǒng)中逐一比對核實，確保專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)與PEMS系統(tǒng)通信電源交流輸入電壓數(shù)據(jù)點位一一對應。此外，制定數(shù)據(jù)同步修改機制，要求運維人員開展專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)電源數(shù)據(jù)修改前向省信通調度申請，確保PEMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(xiàn)交流輸入電壓不準確的現(xiàn)象，此時應考慮終端服務器的運行狀態(tài)。若終端服務器網(wǎng)絡不能PING通，說明服務器宕機，無法傳輸數(shù)據(jù)。當服務器可以PING通時，仍需要檢查各個串口的運行狀態(tài)，如果與某套通信電源相連的串口故障，也將導致電壓數(shù)據(jù)無法傳輸，以紫霞變?yōu)槔湓?019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(xiàn)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(shù)據(jù)傳輸是否正常。

4 實現(xiàn)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(yè)動環(huán)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。每個站點均有2路通信電源，對應2項數(shù)據(jù)，加上機房溫濕度、煙感、門磁、空調狀態(tài)4項數(shù)據(jù)，每個站點有6項動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)未接入專業(yè)動環(huán)系統(tǒng)，已納入技改項目，暫無法進行集中實時監(jiān)控，最終研究的數(shù)據(jù)為124項。

根據(jù)各站點的動環(huán)數(shù)據(jù)異常情況，統(tǒng)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(shù)據(jù)異常共計41項，數(shù)據(jù)準確率為66.94%。

經(jīng)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(shù)據(jù)準確率為91.13%，準確性大幅提升，減少動環(huán)設備日常運維工作量，為500 kV變電站最終實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)建設在動力環(huán)境監(jiān)控領域的有效實踐。

5 結語

通信機房動環(huán)設備是通信網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和通信業(yè)務保障的關鍵支撐，只有加強對動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)視，確保告警及時發(fā)現(xiàn)，缺陷及時處置，才能提高信息通信系統(tǒng)運行可靠性。繼續(xù)推廣動環(huán)監(jiān)控故障處置經(jīng)驗，指導地市公司完善其運維范圍內的動環(huán)數(shù)據(jù)治理[15]，確保湖南省各電壓等級的站點動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)準確。