配電自動化開關(guān)加密通訊模塊運維監(jiān)控和自動重啟裝置的研究與設計

陳娟

摘要： 配電網(wǎng)作為當前我國居民在日常生產(chǎn)生活中主要的供電網(wǎng)，也是當前實施智能電網(wǎng)在配電領(lǐng)域的關(guān)鍵節(jié)點。配電自動化開關(guān)作為其中一個重要 的智能化設備，其加密通訊模塊的穩(wěn)定可靠工作對整個智能配電網(wǎng)的運行有著重要的作用。為確保加密通訊模塊的可持續(xù)工作，有效提升自動化終端在線 率指標，開展本項目研究，研制一款自動化開關(guān)通訊模塊自主重啟裝置，有效解決因長時運行導致終端掉線問題。

關(guān)鍵詞： 配電自動化;通訊模塊;自動重啟

隨著配電自動化技術(shù)的大規(guī)模推廣應用，越來越多的自動化開關(guān)投入 運行，支撐實現(xiàn)自愈功能，但運行中存在自動化開關(guān)的通訊模塊由于長時 間運行后內(nèi)置程序跑飛、死機等，導致通訊功能失效， 具體表現(xiàn)為自動化 開關(guān)掉線，同時， 自動化開關(guān)在線率作為一個關(guān)鍵的自動化開關(guān)運維管理 考核指標，對運行管理單位具有重要意義。本文介紹了筆者的一個職創(chuàng)項 目成果，其具有自主斷電重啟功能， 能有效確保自動化開關(guān)的通訊模塊持 續(xù)有效連接主站，提高自動化開關(guān)的在線率。

1.項目實施背景分析

智能電網(wǎng)是當今世界電力、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的體現(xiàn)，是實施新的能 源戰(zhàn)略和優(yōu)化能源資源配置的重要平臺。智能電網(wǎng)建設是“新基建”的重 要組成部分，是實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展“安全、可靠、綠色、高效”的有效途徑。? 為更好的滿足人民追求美好生活的電力需求，近年來大力開展智能配電網(wǎng) 建設。其中，智能配電網(wǎng)中的信息通信猶如智能配電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，是構(gòu) 建配電網(wǎng)智能化不可或缺的一環(huán)。自動化開關(guān)的實時通信保證智能配電網(wǎng) 構(gòu)建的重要保證， 當前電網(wǎng)企業(yè)對自動化終端在線率指標考核要求越來越 高。然而目前處理自動化終端掉線這類重大缺陷仍然主要依靠人工消缺，? 而且， 根據(jù)現(xiàn)場運維經(jīng)驗總結(jié)出自動化終端掉線 80%因終端程序跑死所致， 重啟后即可恢復。現(xiàn)依靠人工作業(yè)處理終端掉線的模式被動低效，耗費大 量人力物力，增加作業(yè)風險，不利于現(xiàn)有智能配電網(wǎng)發(fā)揮先進自愈功能。

2.項目的實施目標

本項目研發(fā)一種針對配電自動化開關(guān)的通信監(jiān)測設備，對通信設備運 行狀態(tài)進行監(jiān)控， 通信模塊正常運行時，不產(chǎn)生任何影響。當設備監(jiān)測到 通信模塊通信異常時，自動重啟通信模塊。最終可實現(xiàn)的效果：

1）通信模塊通信狀態(tài)監(jiān)測;

2）通信模塊通信異常時的自動重啟，達到無人干預智能運維;

3）未來根據(jù)需要可以支持對通信模塊重啟的數(shù)據(jù)進行記錄和上傳， 實 現(xiàn)通信模塊的遠程運維。

3.系統(tǒng)設計

3.1 需求分析

當前智能配電自動建設步伐加快，自動化設備的運維工作量同時持續(xù) 增加。，因此針對運維過程中發(fā)現(xiàn)的由于通信裝置導致開關(guān)掉線的終端進行 技術(shù)改進和升級，實現(xiàn)少人、無人化運維就變成亟需解決的問題。

經(jīng)過技術(shù)分析，存在自動化開關(guān)掉線的原因主要有兩類，一類是因為 自動化通信模塊長時間在惡劣環(huán)境工作，容易導致模塊長時間工作后裝置 死機;另外一類跟通信通道采用移動公網(wǎng)相關(guān)，因為自動化終端設備采用 無線公網(wǎng)通信，盡管已經(jīng)采用 VPN 網(wǎng)絡來保障通信安全和通信質(zhì)量保障， 但因為不是專用無線網(wǎng)絡，因此還是會出現(xiàn)基站鏈接數(shù)量過多，基站通信 擁塞導致通信模塊掉線。

本項目提出的無線加密通信模塊運行監(jiān)控和自動重啟裝置，可以很好? 的解決普遍存在的通信模塊通信異常、通信模塊死機導致的設備掉線。裝? 置設計巧妙，現(xiàn)場改造工作量少，智能化程度高，使用方便靈活，可極大? 效提升運維效率， 提高自動化設備在線率， 提高配電自動化安全運行水平。

3.2 設計方案

3.2.1 設計原理

目前配電自動化設備大部分采用 GPRS/4G 無線加密通信模塊與主站后 臺連接進行數(shù)據(jù)通信，無線加密通信模塊作為一個獨立的組件，配電自動化終端與無線加密通信模塊采用 RS232 通信，由配電自動化終端給通信模塊供電。

為了減少無線加密通信模塊經(jīng)常出現(xiàn)掉線維護人員到現(xiàn)場對終端通信 進行復位重啟的工作量。經(jīng)過調(diào)研和分析，本項目采用在無線加密通信模 塊旁邊安裝自動化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置，自動化開關(guān)通訊模塊監(jiān) 控和重啟裝置并接在在無線通信端子上，不影響原來的數(shù)據(jù)通信，自動化 開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置只監(jiān)控通信過程，自動監(jiān)視通信線上的數(shù)據(jù) 通信，當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，或者是持續(xù)一段時間沒有通信數(shù)據(jù)時（超過主站 的報文輪詢時間）， 判斷無線通信異常， 自動化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝 置發(fā)出復位信號， 控制無線加密通信模塊斷電復位，從而自動恢復正常， 不需要運維人員到現(xiàn)場。

3.2.2 硬件設計

自動化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置由核心處理板和接口板組成?？?慮到監(jiān)測裝置的使用環(huán)境較為惡劣， 自動化開關(guān)通訊模塊監(jiān)控和重啟裝置 采用輕質(zhì)金屬外殼，裝置主板采用低功耗設計，其中主處理器采用工業(yè)級 低功耗 MCU 確保設備工作穩(wěn)定同時盡量減少功率消耗。 同時用于監(jiān)控通信 的接口采用工業(yè)級電氣隔離設計，減少現(xiàn)場因為復雜電磁環(huán)境導致的不穩(wěn) 定和損壞，提高設備使用壽命，不增加額外運維工作量。在加密通信模塊 接口設計方面采用了兼容拔插式設計，兼容當前配電網(wǎng)常見的加密通信模 塊，做到了隨時拔插接入，節(jié)省了現(xiàn)場的安裝時間和降低對人員操作技能 水平的要求。

3.2.3 軟件設計

本項目采用主流的 RTOS 或者嵌入式的前后臺程序設計，使系統(tǒng)軟件 接口規(guī)范，結(jié)構(gòu)健壯，性能可靠，運行穩(wěn)定。軟件的關(guān)鍵流程設計主要分 為三大部分： 1、上電自檢程序、工作模式程序及裝置自監(jiān)測告警程序。

3.2.4 軟件運行機制設計

在 main（?? ）函數(shù)中首先進行 CPU 的硬件配置， 初始化 CPU 的相關(guān) SFR， 然后執(zhí)行 CMX 操作系統(tǒng)的初始化， 開放中斷， 創(chuàng)建并啟動各個任務， 進入操作系統(tǒng)。之后，各個功能模塊的運行次序由預先設定的，中斷執(zhí)行 程序由 CPU 直接調(diào)度執(zhí)行。監(jiān)測到通信異常時驅(qū)動控制模塊進行對通信模 塊的重啟動。

4.結(jié)語

本項目通過研制一款自動化開關(guān)通訊模塊自主重啟裝置，實現(xiàn)定時重 啟或檢測異常重啟通訊模塊功能，主動避免因長時運行導致通訊模塊掉線 問題。該裝置可以對自動化開關(guān)的通訊模塊進行定期的重啟或者是自動檢 測通訊信號進行自動重啟， 兼容當前主流廠家的電氣接口， 現(xiàn)場安裝方便， 運行可靠，可以有效提升自動化開關(guān)通訊裝置的運行可靠性，提升自動化 終端在線率，減少人工現(xiàn)場處理的時間，提升設備運行可靠性。

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