电力通信系统可靠性研究

摘要电力通信系统是现代社会电力系统的中枢神经，其可靠性是永恒的研究课题。本文首先简单介绍了电力通信系统的特点、通信方式及其设计，进而提出了电力通信系统可靠性的概念，分析了影响其可靠性的因素，并提供了提高其可靠性的相关方法技术，然后指出了电力通信系统可靠性工程及其研究层次和任务、电力通信系统可靠性管理，最后介绍了电力通信系统可靠性指标体系和评价方法。

关键词电力通信系统 可靠性 方法技术 指标体系 评价方法

中图分类号：TN915.853文献标识码： A

一．前言

现代社会科技高度发达，在各种前卫科学的推动下，电力系统不断发展完善，逐渐变得数字化和信息化，它的监测和控制越来越依赖于通信系统。通信系统已经融入了电力系统的血液中，经过多年发展逐渐成熟，最终衍生出了一个新的分支----电力通信系统。它是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网实现调度自动化和管理现代化的基础，是确保电网安全、经济调度的重要技术手段。而电力通信系统可靠性是指电力通信系统在实际连续运行过程中，完成电力系统正常通信需求的能力。虽然关于其可靠性的研究已经有四十多年的历史，但由于社会对其可靠性的期望值越来越高，所以这一课题始终炙手可热，研究成果不断增加，推动着电力系统的前进，为社会发展做贡献。

二．电力通信系统的特点、通信方式及其设计

1.电力通信系统的特点

(1）要求具有较高的可靠性和灵活性，以保证电力的供用安全稳定。

(2)传输信息量少、种类复杂、实时性强。

(3)具有很大的耐冲击性，当电力系统发生事故时，通信系统网络结构、传输通道等配 置应能承受一定冲击，减少损失。

(4)通信系统结构复杂。包括繁多的通信手段、不同性质的通信设备、不同的接口方式、不同的转接方式、不同设备的转接等，构成了复杂的电力通信系统结构。

(5)通信系统范围广，有许多电厂地处偏远，通信设备的维护半径长达上百公里。

(6)无人值守的机房居多，通信点较分散。

2.电力通信系统的几种通信方式

（1）电力线载波通信，利用架空电力线路的相导线作为信息传输的媒介，具有高度的可靠性和经济性，是目前电力系统的主要通信方式；

（2）微波中断通信，是在视距范围内以大气为媒介进行直线传播的一种通信方式，比较稳定可靠，通信容量大，噪声干扰小，通信质量高，宜作通信干线；

（3）光纤通信，利用光波作为传输媒介，借助于光波纤维进行通信，具有通信容量大、通信质量高、抗电磁干扰、抗核辐射、抗化学侵蚀，重量轻、节省有色金属等一系列优点；

（4）音频电缆通信，是联系调度所与载波终端站的中间环节，也是调度所与近距离发电厂、变电所之间的主要通信方式。

3.电力通信系统设计

（1）网管体系结构的设计

在进行电力通信系统的开发时，为了实现不同传输设备的统一集中监控，参照网管体系结构的标准进行电力通信系统的研究与开发是目前的主要方法。通过提供一个有组织的网络结 构，以取得不同类型操作系统之间、操作系统与通信设备之间的互连，从而实现电信网的自动化和标准化管理并提供大量的各种管理功能，既降低了网络的运行、管理和维护成本，又 促进了网络和业务的发展和演变。它具有完整的体系结构，从不同的侧面可分为：功能体系结构、信息体系结构和物理体系结构。

（2）电力通信管理方案设计

由于电力通信系统中的设备不断更新换代，技术不断提高，网络结构不断发生变化，使得系 统管理体系的结构成为决定管理好坏的主要因素。它的建设过程可以分三个阶段：搭架子阶 段、填内容阶段和改善提高阶段。通信系统结构有很多，其主要差异在于使用管理者的数目和交互或独立的程度，目前基本上分为集中式和非集中式两大类。

集中式体系。集中式体系结构是最常用的方式，它只有唯一的网络管理器负责整个系统的管理，管理器和被管网络元素的进行通信，管理器提供集中式支持和控制并维护管理者数据库。这种模式的最大缺点是随着网络规模扩大和复杂性增加，网络能力和效率会降低。但是在简单的网络环境中，集中式控制简洁有效。

非集中式体系。目前非集中式的网络管理体系结构有三种：分布式、分层式和前两种体系结 构的综合。分布式体系结构与管理器概念紧密联系，使用一个以上的管理器；分层式体系结构应用一个管理器负责一个域的原则，进一步引入了“管理器的管理器”思想。第三种体系结构将分布式体系结构和分层式体系结构的特点相结合，构成的网络式结构也引入了管理 器和“管理器的管理器”概念。

三．电力通信系统可靠性的概念

电力通信系统具有电力系统和一般通信系统的双重特征，首先它是一个通信系统，具有通信网的特征；然后它的服务对象是电力系统，是在电力系统大环境下建立的通信网络，又肯定具有电力系统的特征。

从单纯的通信系统角度考虑，通信网可靠性是指通信网在实际连续运行过程中，完成用户的正常通信需求的能力。在这一定义中，用户特指电力系统，并指出电力通信系统的目标是为电力系统安全生产、市场运营和现代化管理提供一个可靠性高的通信基础网络。

从整体的电力通信系统角度考虑，则是电力通信系统按可接受的通信服务质量标准和业务需求不间断的向电力系统提供通信连接的能力的量度。

四．影响电力通信系统可靠性的因素

1.从通信网络本身的角度分析

外部因素有电力通信系统设备的工作环境和条件，如温度、湿度、防尘、电磁干扰等可控制性因素，以及自然灾害、人为破坏、突发事件等不可抗拒性因素。内部因素则包括设备的可靠性、系统工程设计、系统网络的维护和管理等。

2.从通信网络运行效果的角度分析

设备本身的可靠性，如MTBF指标，即平均无故障时间，或者指可修复产品两次相邻故障之间的平均时间。

系统通信网络设计结构的可靠性，如网络拓扑结构及其合理性。

系统通信网络维护、组织管理的有效性如设备分散设置、负载分担、双路由等。

3.从新技术发展的角度分析

新技术的发展和它们的加入对于电力通信系统的可靠性来说是一把双刃剑。一方面它们提高了设备和系统的可靠性，使网络组织管理更加有效；而另一方面却可能导致设备和系统复杂度提高，系统规模太大，关键节点或链路故障影响面太大，运行管理难度增大。

五．提高电力通信系统可靠性的相关方法技术

1.冗余技术

冗余技术是将具有微处理器的通信设备控制电路和公共电路，以完全相同的两套电路构件 配置。每一套电路构件的集合体就是一个系统。对这两个系统，不指定哪个系统是主用系统或冗余系统。正常状态下，把正在运行的系统称为主用系统，另一系统称为冗余系统。 冗余系统通常处于完全热备用状态中，并接受系统信令控制，写入系统动态数据。一旦主用系统出现故障，便自动发出请求命令，使得冗余系统立即以主用方式工作，而故障的主用系统同时转为冗余系统，并可在线或退出系统进行检修。需要时，可人工转换主用系统与冗余系统的工作状态，利于冗余系统修改通信系统数据库数据，而不影响主用系统的正常工作。冗 余技术的应用，既可提高通信系统的安全可靠性，又便于检修 测试 维护。

2.N + 1 备用技术

N + 1备用技术是将通信设备的主要模块部件(或公共电路板)以完全相同的 N + 1 个数量配置，其中的一个部件作为备用，剩余的N个部件作为主用。备用部件被指定后，它长期处 于热备用状态，当某个主用部件发生故障时，备用部件则立即转为主用工作状态。此时，允许故障的主用部件退出运行进行检修。主备用部件不确定时，所有部件处于相同的工作状态 。当其中的某个部件发生故障时，通信系统会自动退出故障部件，以保持系统正常工作。N + I备用技术在安全可靠性方面，具有足够的保证作用，且由于备用数量相对较少，成本降低。

3.主备用方式

主备用方式类似于冗余技术，也有完全相同的两套电路构件配置，但是不如冗余技术先进。这一方式的工作原理是主用电路和备用电路可互换，正常状态下，主用电路工作；主用电路故障时，备用电路替代主用电路工作；主用电路恢复正常时，备用电路自动退出工作状态。虽然由于备用电路的存在，对通信系统的安全可靠性具有保证作用，但相比于冗余技术，这种方式就显得不够灵活。

4.人工切换方式

人工切换是为检验长期处于备用状态的系统或部件是否正常而采取的一项技术措施。通过操作，可将备用系统置于运行状态，以确定备用系统是否良好，避免主用系统和备用系统同时发生故障的极端情况出现，以保证电力通信系统的安全可靠性。这种方式在具有备用系统的通信设备中，一般都采用。

5. 自动报警寻呼方式

电力通信系统设备故障时，应向本地实时发出声光报警信号。对于无人值班机房，通常设置自动报警功能和自动寻呼功能。自动报警寻呼的特点是通过故障设备发出请求信号，启动无线寻呼系统，呼叫相关检修人员，呼叫对象可通过软件设置进行选呼或群呼。

6.改运行环境

基于通信设备对运行环境的要求，在重要的通信机房和环境条件较差的机房，适当增加通风设备和空调设备，也是提高电力通信系统安全可靠性的有效措施。

7.做好防雷接地和屏蔽

通信机房应建有防直击雷的接地保护措施，房顶上应敷设闭合均压网(带)并与接地网连接。房顶平面任一点到均压带的距离均不应大于5m。通信机房内，应围绕机房敷设环形接地母线。机房内各种电缆的金属外皮、设备的金属外壳和框架以及保护接地、工作接地等应以最短距离与环形接地母线连接。各类设备保护接地线宜用多股铜导线，其截面积应根据最大故障电流确定。引入机房的架空电缆，应在配线架上接地，以防引人的雷电在开路导线末端产生反击。微波塔接地网应围绕塔基作成闭合环形接地网。铁塔接地网与翻幽肠彬撇网间至少要用2根规格不小于40 mm ×4 mm的镀锌扁铁连接。微波塔上同轴馈线金属外皮的上端及下端应分别就近与铁塔连接，在机房入口处与接地线再次连接一次。

六．电力通信系统可靠性工程及其研究层次和任务

1.电力通信系统可靠性工程

电力通信系统可靠性工程是为提高电力通信系统的可靠性和运行服务质量而在前期规划设 计、工程实施和运行维护中所进行的各项工程和管理活动的总括。其目标就是针对电力通信系统存在的问题及主要影响因素，在可靠性工程的各阶段，从各个方面采取可行的措施，来保证系统安全、可靠、经济、高效地完成 电网通信任务，最大限度地满足电力系统对通信的需求。

2.电力通信系统可靠性工程的研究层次及任务

（1）业务层：分析业务运行质量，对网络性能可靠性进行综合评价，研究相关技术措施。

（2）网络层：研究网络拓扑结构的可靠性，网络组织的要求和改进措施等。

（3）系统层：研究电力通信传输系统、调度交换系统和电源系统设计要求和运行情况。

（4）设备层：对设备提出可靠性要求并对其运行中发生的问题进行分析。

（5）基础层：研究电网及设施环境对网络运行的影响和异常故障的规律。

（6）管理层：确定评价指标，研究系统维护和管理体制及提高维护和管理水平的措施。

七．电力通信系统可靠性管理

提高通信系统可靠性水平不能简单地通过大量试验，而是要在实际运行中落实好各项工作，因此，对于电力系统通信部门来说，进行通信系统各阶段可靠性管理具有十分重要的意义。

1.电力通信系统各阶段可靠性管理内容

（1）分析设计阶段：提出系统网络设计的可靠性标准和规范；提出某一通信系统的可靠性设计水平；提出对通信设备固有可靠性的要求；分析并确定网络组织中的各种可靠性措施。

（2）建设实施阶段：组织和实现各种可靠性措施及保障措施；对建设结果进行监督和评价；对建设部分进行试验、鉴定和验收。

（3）运行维护阶段：分析、评价网络运行的可靠性水平；制定网络维护和管理的体制和规程；制定维护和管理的任务、要求和措施；分析各种故障规律，提出相应的可靠性措施；规划可靠性增长目标并进行控制；对重大异常故障，制定应急通信制度和措施；监督各种制度和措施的执行情况。

2.电力通信运行部门还应关注的问题

（1）电网对通信系统的要求，一个通信系统可靠与否与电网是相关的。要想提供一个可靠的通信系统满足电网用户的需求，首先应了解电网对通信可靠性的期望和要求。

（2）网络运行的可靠性水平，电力通信运行部门应对网络运行的可靠性水平有充分的认识，这就要求有一定的方法来反映网络的运行及变动状态，来评价网络运行的可靠性水平。

（3）故障规律，掌握通信系统的故障规律是预防并解决故障问题的前提。有些故障发生次数很少，对这种故障更需要积累数据。如何处理数据、分析数据都是需要研究的内容。

（4）设备的维护制度，为了保证设备和网络可靠的运行，维护是不可缺少的，它的确和故障分不开，且不同的设备和系统可能需要不同的维护制度。

（5）可靠性措施，网络技术不断发展，可靠性技术措施也在不断发展。一个高可靠性的通信网，需要同时采用多种可靠性措施。措施和使用方法都是应研究的问题。

八．电力通信系统可靠性指标体系和评价方法

1.电力通信系统可靠性指标体系

电力通信系统可靠性不仅要研究系统设计方法和网络结构，而且要研究影响通信系统网络运行可靠性的各个方面，也要通过对电力通信系统可靠性研究目标的分析，结合电力系统对通 信可靠性的要求，建立测定电力通信系统可靠性的指标体系和综合评价方法，力图反映电力 通信系统可靠性的整体情况。

一般的思路是寻找一种方法，利用各种运行统计指标进行综合分析而得到系统网络的可靠性水平，它是电力通信系统可靠性的实际水平。但从可用性角度对系统网络每年的不可用时间 (中断时间)进行统计分析，往往不能全面反映网络的运行情况和发展趋势。

事实上，研究可靠性的目的是希望不断提高该系统的可靠性，因此，评价通信系统可靠性的增长水平比评价实际水平更有意义。可靠性增长是一个动态指标，反映的是工作成效。

因此，电力通信系统可靠性综合评价的基本思路：从电力通信系统运行过程的有关统计指标出发，将对通信网可靠性的综合评价转化为对水平增长的评价。这样将使评价问题得以简化，评价的结果有利于掌握通信网可靠性水平增长的变化情况。

2.电力通信系统可靠性评价方法

第一步是基础数据的搜集和整理；第二步是可靠性综合指数的测算，包括确定各指标相对于评价目标的权重、各指标的指数化，即取其相对值，可靠性综合指数的计算；第三步是评价与分析，包括可靠性综合指数的变动分析、可靠性综合指数与网络发展中其他指标的相关适应性分析。

这种综合评价方法着眼于对网络运行过程的描述，而部署某一瞬间或某一次通信的描述，因此，根据一般统计规律和便于操作的考虑，统计指标一般取以年为基础的统计结果。在整个评价过程中，指标的指数化、权重的确定、变动分析和相关适应性分析是该项工作的核心，并可以借助计算机辅助计算。各指标的权重表明了该指标对调度交换网可靠性综合指数的相对重要程度。根据建立的评价模型特点，可以采用直接给出法和层次分析法来确定各指标的权重值。

九．结语

进入21世纪以来，电力系统飞速发展，已经与信息、通信系统融合成为高度集成的混杂系统，相互依存，不可分离。信息与通信系统的故障将成为影响现代电力系统安全性的重要因素，一个关键通信部件发生故障将会使整个电力系统陷于瘫痪，进而可能导致整个电网失去可控性和可监测性，会严重影响国计民生，破坏力巨大。因此，电力通信系统可靠性研究十分重要。应从理解其概念入手，了解特点，进而仔细分析它的影响因素，这样才能对应的找出解决办法，并且要尽可能的做到考虑周全。

未来，随着各种电力系统技术和通信系统技术的发展并最终进入实际应用状态，电力通信系统会永不停歇且永无止境。这就要求对于其可靠性的研究也必须与时俱进，跟上它的发展脚步。如果说电力通信系统是社会发展的动力，那么电力通信系统可靠性研究就是必不可少的强有力保障，为社会发展铸造壁垒，使社会不受干扰的稳步前进。

参考文献

[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T 861-2004电力可靠性基本名词术语.2004

[2]刑宁哲，闫海峰.电力通信系统可靠性研究.电力系统通信，2007,28（176）：26～30

[3]刑旭佳.浅谈如何提高电力通信系统的安全可靠性.华东科技，2000,258

[4]朱雄世.通信电源系统的可靠性.通信电源技术，1997,4（1）：1～4

[5]张荣.电信网的可靠性设计方法.现代电信科技,1995（4）：17～19 

[6]刘健.论电力通信系统中的可靠性分析.广东科技，2007（10）

[7]邹捷.电力通信系统建设的探讨.机电信息，2011（21）