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(tuán)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(gè)或多個(gè)相互連接（或非連接）的通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)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(yùn)行安全是保證鐵路運(yùn)輸暢通的必要條件。在高速鐵路快速發(fā)展下，保證遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)投入穩(wěn)定運(yùn)行，也是供電系統(tǒng)保障行車安全、服務(wù)鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾e措之一。

1 SCADA系統(tǒng)及其基本組成

高鐵供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用，由調(diào)度主控端、遠(yuǎn)動(dòng)通道、被控站三部分組成，任何一部分出現(xiàn)問題都會(huì)影響SCADA系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，完成遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、遙視、保護(hù)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，以多種方式提供運(yùn)行參數(shù)報(bào)表、曲線記錄、數(shù)據(jù)庫、事故報(bào)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(yuǎn)動(dòng)通道故障類型及處理辦法

2.1.1 單個(gè)站點(diǎn)通道中斷情況

當(dāng)某一站點(diǎn)出現(xiàn)通道中斷的情況時(shí)，首先找到該站點(diǎn)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(yùn)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(shí)聯(lián)系通信段傳輸網(wǎng)管，由主站人員配合通信人員對(duì)傳輸線路逐級(jí)縮小范圍進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)通道測試。

2.1.2 多個(gè)站點(diǎn)通道的中斷情況

當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)通道中斷的情況時(shí)，先觀察通道中斷站點(diǎn)的特點(diǎn)，查看這些站點(diǎn)是否在同一個(gè)通訊環(huán)中，如果一個(gè)通訊VLAN中的遠(yuǎn)動(dòng)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(diǎn)是在服務(wù)器某個(gè)引擎或平臺(tái)下，則需要排查主站程序工作情況。

2.1.3 整條線路站點(diǎn)通道中斷情況

如果是整條線路遠(yuǎn)動(dòng)通道不通，則先檢查通信接入主控端交換機(jī)端口的工作狀態(tài)，如果端口指示燈不亮，將網(wǎng)線進(jìn)行重新插拔，如果交換機(jī)端口指示燈仍然不亮，則應(yīng)排查有無廣播風(fēng)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(yuǎn)動(dòng)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(huì)導(dǎo)致UPS失電報(bào)警，進(jìn)而導(dǎo)致通道中斷。在哈大高鐵2012年開通運(yùn)行后，出現(xiàn)過多次箱變因?yàn)镽TU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(dòng)進(jìn)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(yùn)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(dāng)某個(gè)站點(diǎn)裝置鏈路狀態(tài)顯示異常，但該站點(diǎn)通道顯示正常時(shí)，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(yùn)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(jī)或RTU通訊板故障

當(dāng)某個(gè)站點(diǎn)主（備）用通道中斷，在通訊服務(wù)器上能ping通該站點(diǎn)的同一VLAN里相鄰站點(diǎn)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(jī)故障所致，通常重新啟動(dòng)或更換通信管理機(jī)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(shí)和選擇失敗

開關(guān)選擇超時(shí)，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(jìn)一步確定主站后臺(tái)是否收到遙控選擇的確認(rèn)報(bào)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(tái)機(jī)來檢查綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置情況。

開關(guān)選擇失敗時(shí)，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(shí)和執(zhí)行失敗

開關(guān)執(zhí)行超時(shí)，首先應(yīng)確定通道是否穩(wěn)定，再確定主站后臺(tái)是否收到遙控執(zhí)行的確認(rèn)報(bào)文，最后確認(rèn)主站后臺(tái)是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到開關(guān)變位遙信報(bào)文。被控站如果沒有在規(guī)定的時(shí)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(huì)顯示開關(guān)執(zhí)行超時(shí)。如果現(xiàn)場開關(guān)實(shí)際動(dòng)作，則在執(zhí)行超時(shí)前調(diào)度界面會(huì)上報(bào)一條開關(guān)非遠(yuǎn)動(dòng)分/合。

開關(guān)執(zhí)行失敗通常是開關(guān)機(jī)構(gòu)箱或者開關(guān)本體存在故障，隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)空氣開關(guān)跳閘或者查看機(jī)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(yàn)。如果是開關(guān)現(xiàn)場有實(shí)際動(dòng)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(dāng)RTU檢測到開關(guān)的遙信信號(hào)既不是分位信號(hào)，也不是合位信號(hào)時(shí)，RTU上傳開關(guān)遙信信號(hào)為不定態(tài)。遙信信號(hào)分為單點(diǎn)遙信和雙點(diǎn)遙信。單點(diǎn)遙信，就是用一位表示一個(gè)遙信量，開關(guān)位置只采集一個(gè)常開的輔助接點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)回路處于閉合導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)為合位1；當(dāng)開關(guān)回路處于斷開時(shí)，開關(guān)為分位0，但當(dāng)開關(guān)回路有斷線或松動(dòng)時(shí)，開關(guān)也上報(bào)0，這時(shí)會(huì)存在不定態(tài)和分位的誤判。雙點(diǎn)遙信是需要采集常開和常閉兩個(gè)輔助接點(diǎn)位置，當(dāng)常開為1，常閉為0，則認(rèn)為開關(guān)為合位；當(dāng)常開為0，常閉為1，則認(rèn)為開關(guān)為分位；當(dāng)兩個(gè)位置都為0或都為1時(shí)，則認(rèn)為開關(guān)位置不能確定，開關(guān)上報(bào)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(dòng)、斷線、開關(guān)輔助觸點(diǎn)損壞間歇性接觸等。毫秒級(jí)的開關(guān)頻繁分合報(bào)警可以判斷為RTU遙信板件損壞。不定時(shí)的開關(guān)分合報(bào)警需要檢查開關(guān)所有分合閘回路端子排及輔助觸點(diǎn)，確保接線緊固無端子松動(dòng)現(xiàn)象。

3.2.2 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)誤動(dòng)

網(wǎng)上隔離開關(guān)誤動(dòng)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(jī)構(gòu)信號(hào)連線受到干擾，導(dǎo)致開關(guān)誤動(dòng)作；開關(guān)操作機(jī)構(gòu)出口繼電器故障，由于操作機(jī)構(gòu)具有自保持操作命令使得開關(guān)由拒動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎`動(dòng)；操作機(jī)構(gòu)電機(jī)電源連接線松動(dòng)等接觸不良故障；RTU的IP地址沖突導(dǎo)致操作某個(gè)開關(guān)時(shí)，另一個(gè)開關(guān)發(fā)生誤動(dòng)，此現(xiàn)象多由新更換RTU后，更換人員不細(xì)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(jī)異?；蚬饫w插口接觸不良，通常情況下重啟通信管理機(jī)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(jìn)線電壓不足、保險(xiǎn)絲熔斷、主處理板或三遙板等負(fù)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(jìn)線、出線、饋線、貫通線等）、電壓（進(jìn)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(dāng)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(jī)，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(dāng)電力箱變一路進(jìn)線停電后出現(xiàn)一級(jí)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(cuò)誤，或者主站人員在數(shù)據(jù)庫配置時(shí)將電源進(jìn)線電壓與進(jìn)線開關(guān)關(guān)聯(lián)錯(cuò)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(tái)機(jī)采的遙測值成比例關(guān)系時(shí)，通常情況是所內(nèi)綜自廠家與主站廠家在配置遙測量時(shí)采用的比例系數(shù)沒有核對(duì)正確。如果一個(gè)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(yùn)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(gè)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(dòng)現(xiàn)象。

3.4 拓?fù)滹@示異常

主站系統(tǒng)拓?fù)潢P(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(jìn)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?fù)潢P(guān)系只根據(jù)網(wǎng)開關(guān)分合狀態(tài)進(jìn)行帶電推導(dǎo)。

系統(tǒng)拓?fù)潢P(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(shí)際不符，導(dǎo)致停送電后拓?fù)漕伾粚?duì)。此時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)場實(shí)際接線為主，確認(rèn)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(xiàng)查詢異常

調(diào)度界面實(shí)時(shí)報(bào)警窗口和實(shí)時(shí)事件窗口都有事件記錄，但是歷史報(bào)表卻查詢不到相關(guān)信息。這是因?yàn)闅v史服務(wù)器運(yùn)行異常，對(duì)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(chǔ)大量遙測值事件和安監(jiān)環(huán)監(jiān)等報(bào)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(duì)數(shù)據(jù)庫日志進(jìn)行收縮優(yōu)化；修改將遙測存為事件的配置并部署。

3.6 報(bào)警信息異常

3.6.1 現(xiàn)場開關(guān)跳閘后主站無任何報(bào)警信息

應(yīng)確認(rèn)現(xiàn)場后臺(tái)記錄的情況，然后檢查當(dāng)前站點(diǎn)通道運(yùn)行是否穩(wěn)定，最后確認(rèn)主站后臺(tái)收發(fā)情況是否正常。

3.6.2 有報(bào)警信息內(nèi)容，無報(bào)警聲音和推圖

應(yīng)確認(rèn)系統(tǒng)聲音是否開啟，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、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(bào)警設(shè)置是否啟用了聲音報(bào)警，且勾選了具體的聲音文件，最后注意報(bào)警優(yōu)先級(jí)的關(guān)系，新報(bào)警產(chǎn)生后及時(shí)確認(rèn)并復(fù)歸音響。

3.6.3 有報(bào)警聲音，無故障報(bào)告推圖

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

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)高鐵供電SCADA系統(tǒng)的典型故障進(jìn)行深入分析，在實(shí)踐中摸索故障的處理方法，積累故障分析的經(jīng)驗(yàn)，縮短故障處理時(shí)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(yùn)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(xué)發(fā)展提供有力保證。