變電站遠(yuǎn)動(dòng)專(zhuān)線(xiàn)通道網(wǎng)絡(luò)化改造方案分析

卓 倬，徐 義

(宿遷供電公司，江蘇宿遷223800)

隨著網(wǎng)絡(luò)在社會(huì)各個(gè)方面越來(lái)越普及，電力行業(yè)中遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸從原有的只有專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)用轉(zhuǎn)變成網(wǎng)絡(luò)傳輸勢(shì)在必行。現(xiàn)新建變電站遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸基本上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，但是一部分變電站因設(shè)備陳舊等原因仍舊沿用老式的專(zhuān)線(xiàn)方式。近年來(lái)，國(guó)網(wǎng)公司開(kāi)展“三集五大”工作，其中“大運(yùn)行”中變電站遠(yuǎn)動(dòng)部分的具體工作則是對(duì)只具備專(zhuān)線(xiàn)通道的變電站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化改造。在對(duì)宿遷地區(qū)變電站改造過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有些變電站經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)化改造后，通道存在時(shí)通時(shí)斷或者不通的情況。文中對(duì)變電站總控裝置、串口裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行了分析，并提出了解決方案。

1 通道傳輸結(jié)構(gòu)

1.1 改造前的遠(yuǎn)動(dòng)傳輸結(jié)構(gòu)

待改造的變電站改造前采用的是四線(xiàn)專(zhuān)用模擬通道，規(guī)約采用CDT或者IEC101規(guī)約。總控串口數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MODEM轉(zhuǎn)換為四線(xiàn)模擬信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)通信傳輸網(wǎng)到達(dá)主站[1]，如圖1所示。

1.2 改造后的遠(yuǎn)動(dòng)傳輸結(jié)構(gòu)

改造后的變電站遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約不變，總控串口數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)終端服務(wù)器（串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口設(shè)備）轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備送達(dá)主站[2]，如圖2所示。

2 影響通道狀況的幾個(gè)因素

改造后的變電站遠(yuǎn)動(dòng)信息具體傳輸過(guò)程，如圖3所示。宿遷地區(qū)只有專(zhuān)線(xiàn)通道的變電站全部采用的是CDT或者IEC101規(guī)約傳輸，采用CDT規(guī)約的變電站波特率基本使用300 bit/s或600 bit/s，IEC101規(guī)約的變電站波特率使用1 200 bit/s，有部分變電站使用600 bit/s，經(jīng)過(guò)改造后變電站的通道狀況統(tǒng)計(jì)如表1所示。采用波特率300 bit/s，600 bit/s的變電站通道會(huì)出現(xiàn)通道不暢情況，而采用1 200 bit/s的變電站通道正常。

表1 改造后通道狀況統(tǒng)計(jì)

2.1 傳輸控制協(xié)議（TCP）的keeplive屬性

在主站與終端服務(wù)器間需建立TCP連接才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，TCP是面向連接的，在實(shí)際應(yīng)用中先需要網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)連接是否可用，如果不可用情況可分為：（1）連接的對(duì)端正常關(guān)閉。（2）連接的對(duì)端非正常關(guān)閉，包括對(duì)端設(shè)備死機(jī)，程序崩潰，網(wǎng)絡(luò)被中斷等。這些情況不能也無(wú)法通知對(duì)端，所以連接會(huì)一直存在，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源。

TCP協(xié)議棧的keepalive屬性可以主動(dòng)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)通道是否可用，其基本屬性如表2所示。在實(shí)際變電站網(wǎng)絡(luò)化改造過(guò)程中，終端服務(wù)器中的keepalive的屬性設(shè)置要對(duì)應(yīng)具體情況。如果keepidle屬性時(shí)間間隔太小會(huì)造成通道的時(shí)通時(shí)斷，時(shí)間間隔太大會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)空間和資源。

表2 TCP中的keepalive屬性

2.2 串口屬性

現(xiàn)有總控串口信息傳輸全部采用的是串口異步通信，其通信特點(diǎn)是傳輸8位數(shù)字位時(shí)需加上起始位和停止位，起始位默認(rèn)設(shè)置為1位，停止位可以人為設(shè)置。校驗(yàn)位根據(jù)校驗(yàn)方式來(lái)決定，如果校驗(yàn)方式為奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1位；如果校驗(yàn)方式為無(wú)校驗(yàn)，校驗(yàn)位為空。

變電站通道在網(wǎng)絡(luò)連接成功后，keepalive=1使其屬性激活，TCP連接等待數(shù)據(jù)，這時(shí)總控按照設(shè)定的串口波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)幀傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的大小和波特率可以計(jì)算出這段數(shù)據(jù)幀傳輸所需的時(shí)間。根據(jù)串口異步通信原理，所需時(shí)間要將字符的起始位、停止位、校驗(yàn)位計(jì)算在內(nèi)，這3個(gè)數(shù)字位將占用大量的傳送時(shí)間。如果數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)了keeplive時(shí)間間隔，網(wǎng)絡(luò)通道斷開(kāi)，數(shù)據(jù)將無(wú)法送達(dá)主站并且暫存在終端服務(wù)器存儲(chǔ)緩存中，在一定時(shí)間后造成存儲(chǔ)緩存的溢出。

根據(jù)上述描述，如果串口波特率太小，TCP建立連接后，終端服務(wù)器將花費(fèi)大量的時(shí)間在重組數(shù)據(jù)幀上，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)通道的退出[3]。而現(xiàn)有變電站因?yàn)樵O(shè)備老化，不支持高波特率傳輸，所以總控串口的波特率在實(shí)際情況允許范圍內(nèi)盡量設(shè)置為高波特率。

2.3 遠(yuǎn)動(dòng)信息采集量

遠(yuǎn)動(dòng)信息的采集量關(guān)系到終端服務(wù)器數(shù)據(jù)幀重組的時(shí)間以及存儲(chǔ)緩存的是否溢出[4]。當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)淖铋L(zhǎng)數(shù)據(jù)幀超過(guò)終端服務(wù)器的存儲(chǔ)緩存時(shí)，將會(huì)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間，造成通道的斷開(kāi)。

3 解決方案

假設(shè)一變電站A，總控基本屬性設(shè)置如下：傳輸規(guī)約為CDT規(guī)約，最長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀=a字節(jié)，波特率=b bit/s，數(shù)據(jù)位=8位，起始位=c位，校驗(yàn)位=d位（奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)，d=1；無(wú)校驗(yàn)，d=0）。

終端服務(wù)器基本屬性如下：設(shè)備緩存cache=e字節(jié)，keepidle=f s，keepinterval=g s，keepcount=h次。

在滿(mǎn)足以下條件后，改造后的變電站遠(yuǎn)動(dòng)通道才可以順利投入運(yùn)行。

條件一：

傳輸時(shí)間=[（a×（8+1+c+d））/b]

條件二：

最長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀=a×（8+1+c+d）/8字節(jié)<設(shè)備緩存cache=e字節(jié)

當(dāng)變電站改造時(shí)出現(xiàn)通道故障時(shí)，可對(duì)相關(guān)屬性進(jìn)行修改，使之滿(mǎn)足上述條件，以保證變電站網(wǎng)絡(luò)化改造后的正常運(yùn)行。

4 案例分析

4.1 案例一

以110 kV順河變網(wǎng)絡(luò)化改造為例，該站專(zhuān)線(xiàn)波特率300 bit/s，CDT規(guī)約，起始位停止位各1位，校驗(yàn)位1位，總控采集遙測(cè)量64個(gè)。串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口設(shè)備常用型號(hào)為MOXA NPORT5120，存儲(chǔ)緩存512個(gè)字節(jié)，keepidle=10 s，keepinterval=1 s，keepcount=3次。則該段遙測(cè)包含64個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)，報(bào)文總計(jì)396個(gè)字節(jié)，根據(jù)解決方案中的條件一所述，該數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為14.52 s，即TCP建立網(wǎng)絡(luò)鏈接后，而端服務(wù)器接收總控?cái)?shù)據(jù)花費(fèi)14.52 s，超出keepalive時(shí)間間隔13 s，該網(wǎng)絡(luò)連接中斷，數(shù)據(jù)無(wú)法送達(dá)網(wǎng)絡(luò)通道暫存入設(shè)備緩存。當(dāng)下個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)浇K端服務(wù)器，存入設(shè)備緩存后，存儲(chǔ)緩存溢出導(dǎo)致設(shè)備死機(jī)，變電站遠(yuǎn)動(dòng)信息在主站退出運(yùn)行[4]。

解決方案有2種：（1）將keepalive時(shí)間間隔延長(zhǎng)至15 s。（2）將串口波特率提高至1 200 bit/s。考慮到遠(yuǎn)動(dòng)信息、時(shí)性特點(diǎn)以及keepidle屬性時(shí)間間隔太大，會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)空間和資源，方案（2）為最佳方案。

將串口波特率提高至1 200 bit/s后，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間3.63 s，小于keepalive時(shí)間間隔13 s。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作提高波特率為1 200 bit/s后，變電站遠(yuǎn)動(dòng)信息正常投入運(yùn)行。

4.2 案例二

以35 kV皂河變網(wǎng)絡(luò)化改造為例，該站專(zhuān)線(xiàn)波特率1 200 bit/s，起始位停止位各1位，校驗(yàn)位1位。串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口設(shè)備常用MOXA NPORT5120。采用CDT規(guī)約，終端服務(wù)器緩存512字節(jié)。該變電站采集了36個(gè)遙測(cè)量，最后一個(gè)遙測(cè)傳輸點(diǎn)號(hào)為256，那么總控傳輸?shù)臅r(shí)候?qū)?huì)從點(diǎn)號(hào)1到點(diǎn)號(hào)256全部掃描并傳輸，空點(diǎn)號(hào)數(shù)據(jù)以0代替。

根據(jù)解決方案中的條件二所述，最長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀1 073字節(jié)大于終端服務(wù)器緩存512字節(jié)，超出存儲(chǔ)緩存并延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間，造成通道斷開(kāi)。

根據(jù)實(shí)際情況，該廠(chǎng)站只有36個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)，但是卻占用了256個(gè)點(diǎn)號(hào)，廠(chǎng)站信息量的采集要緊湊，中間盡量不要空出無(wú)用點(diǎn)號(hào)，所以解決方案為把該36個(gè)數(shù)據(jù)依次排序，不空出無(wú)用點(diǎn)號(hào)。

修改后的最長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀為429字節(jié)，小于終端服務(wù)器緩存512字節(jié)，符合解決方案中的條件二，皂河變通道恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)宿遷地區(qū)在進(jìn)行變電站遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)改造后變電站時(shí)通時(shí)斷或不通的情況，分析了影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N因素，并提出了解決方案。上述方案實(shí)施后，增加了通道的可靠性，保證了網(wǎng)絡(luò)化改造工作的正常開(kāi)展，并對(duì)后續(xù)變電站的改造施工具有積極的示范作用。

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