浅析变电站通信系统故障及处理方法

【摘 要】 随着智能电网的普及和推广，作为变电站重要组成部分的变电站通信系统基本全面实现了光纤化覆盖，其安全性与电力系统的可靠性紧密相关。如果变电站通信系统的故障不能及时处理和排除，则会严重影响着电力系统供电的安全稳定。本文从变电站通信系统的入手，首先讨论了通信系统的结构，接着分析了通信系统常出现的一些典型故障，最后，提出了故障的处理方法及措施。

【关键词】 变电站 通信系统 光缆故障 光纤误码

变电站通信系统是变电站的重要组成部分，近年来，随着国网公司对智能电网的推广和普及，变电站通信系统已经实现了全面的光纤化覆盖，变电站智能化进入了快速发展的时期，极大地提高了其在线运行的可靠性以及自动化水平。但是，在变电站的运行过程中也存在一些如通信网络故障、光缆通道故障、光纤通道故障或误码等一系列问题。若不能对故障进行及时发现及处理，则对变电站的安全稳定运行造成很大的影响。因此，对变电站通信系统可能发生的故障及处理的研究十分必要。

1 变电站通信系统的结构

近年来，随着通信技术和计算机技术快速发展，特别是网络技术在电力系统中的的应用，在通信技术的推动下，变电站自动化系统朝着典型的分层分布式结构发展。通信系统的分布分层式结构一般而言可以分为三层：站控层、间隔层以及过程层[1]。数字化变电站通信系统及分层图分别如下图1、2所示[2]。

过程层由数字式断路器控制模块、开关控制模块和合并单元模块组成，过程层的基本功能有四个方面：

（1）实时采集一些电气量如电压、电流、相角等的信息；

（2）实时采集变压器、接地刀闸、母线、电抗器、电容器等的状态参数；

（3）实时采集其他非电气量例如温度、压力等的信息；

（4）控制以上的采集量。

间隔层由两部分，间隔处理单元和保护单元组成。间隔层起到中间衔接作用，汇总过程层的采集数据，同时向站控层汇总数据。同时，间隔层还适当控制着汇总统计后的数据。

图1中所示的站级控制单元和人机交互单元即为站控层。它将接收到的调度指令，传送至间隔层，控制过程层的各个变量进行。同时，站控层可以采集间隔层的数据信息用以建立历史数据库，方便信息记录。而站控层独有的人机交互单元，使得信息的显示及处理非常方便，有报警、打印信息以及数据输出等的功能。

2 变电站通信系统的典型故障

2.1 通信网络故障

变电站系统的通信网络结构，目前国内外使用较多的是分层分布式，其典型接线图如图3。

变电站通信网络主要分为两类，通信出错和通信网络出错，以下将逐一介绍。

2.1.1 引起通信出错的原因

通信出错主要是由于系统中CAN总线某一节点发生故障引发的，主要为以下几个方面：

（1）某测量控制装置的电源损坏引发；

（2）某测量控制装置的通讯接线端子松动引发；

（3）某测量控制装置的通讯芯片故障引发。

2.1.2 引起通信网络出错的原因

通信网络出错通常是因为通信管理机故障或着是CAN总线系统故障所导致的。

（1）通信管理机故障：1）通信芯片损坏，或者管理机内电路板某处故障；2）为电源板供电的变压器发生故障；3）监控系统参数与端口设置的波特率、流控制、校验位等的参数不同；4）如果通讯管理机的通讯口无报文，可能是因为其背板上的收发信号线或是信号地线的接线问题，若接线正确，则很可能是CPU异常。5）软件故障，这种情况少有发生。

（2）CAN总线系统故障：1）由于通讯线处有短路，使得总线系统发生短路故障；2）总线首末端选取了不合适的匹配电阻，或匹配电阻损坏；3）连接后台监控微机的通讯串口故障；4）由于通讯线未屏蔽或接地，电磁干扰较大。

2.2 光缆通道故障

变电站通信网的底层传输媒介就是光缆，如果光缆发生了故障，有可能直接引发中断生产的实时控制业务并且造成电网的重大事故，影响电力系统的安全稳定运行。因此，对光缆故障的研究已经成为电力人员及通信专业人员所面临的重大课题。造成电力通信的光缆线路故障的原因主要如下两个方面：

（1）光缆老化。一些因素如电腐蚀、电压等级、材料、温差变化、环境腐蚀性及防潮防水等都可以造成光缆的老化。

（2）外力损伤。一些物理因素如虫蚁鼠咬、雷击灾害及剪断火烧等会造成光缆损坏。

2.3 光纤通信中的误码故障

随着国网公司对智能电网的推广和普及，变电站通信系统已经实现了全面的光纤化覆盖，而误码故障是变电站光纤通信设备故障中较为常见的一种。在信号传输过程中，由于衰变使得信号原来的电压发生变化，从而破坏了传输过程中的信号，最终产生误码。其产生来源主要有以下两个方面：

（1）内部机理。各种干扰源、定位抖动以及节点设备等引起误码，此类误码的表现形式通常为系统的背景误码。

（2）外部机理。接触不良、设备故障、电磁干扰、电源瞬态干扰以及静电放电等脉冲干扰源引起误码，此类误码的表现形式通常为突发误码。

实际变电站光纤通信系统运行时，主要误码由外部机理即突发误码产生。

3 变电站通信系统故障的处理方法

3.1 通信网络故障的处理方法

处理通信出错的故障时，通常采用排除法，排除法的原则是先内后外。

对于系统内某节点故障引发通信出错，处理方法：首先由报警信息确定故障的测控装置；随后，检查该测控装置的通讯线，如果是通讯线的脱落引起的故障，则将通讯线直接压好即可，如果通讯线无故障，则可能的原因是装置内部的电路板发生了故障，则需要更换通讯板。

对于通信网络系统出现的故障，处理方法较为繁琐。若后台监控画面不更新，则可能是后台监控通信网络出错。如果通信管理机没有发出告警信息，则故障的可能原因是连接管理机及监控机的接线部分，或着是连接通信串口的损坏，或者是通讯线自身的损坏，此时，需要一一查找。如果通信管理机发出了告警信息，故障的可能原因则是由于通信管理机的故障。此时，应检查CAN网是否短路，是则直接查找故障点并且更换电源线。

3.2 光缆通道故障的处理方法

（1）光缆故障处理的原则。

进行光缆故障处理时，应依照一下几个原则：1）抢通后再进行修复；2）先修复主干线后修复支线；3）先修复主用后修复备用；4）先修复全程线路后修复局部线路。

（2）光缆故障的处理方法。1）收集光缆故障时的数据，并对其故障进行分类整理和分析；2）做好光缆资料库，并规范现场的标签和标识工作；3）制定完善的检修和工作，并使所有的运行维修人员熟识，规范现场管理；4）加强员工技能培训和安全培训，并执行严格的“两票三制”制度；5）对光缆的巡视力度应该加强，以避免可以减少的光缆损坏。

3.3 光纤通信中误码故障的处理方法

（1）需尽可能多地掌握系统的告警信息和设备运行状况，不明情况时，不可轻易下结论并且贸然动手；

（2）需有顾全大局的思维和发展变化的观点。只有了解清楚了与故障点相关的网络结构，尽量全面考虑故障点涉及的地方，通过各方面因素的比较，才能找出一个合理处理故障的切入点；

（3）需善于使用各种测量工具。处理误码问题时，常用的测量工具主要有远动数据分析仪以及2M误码测试仪，它们可以测量通信通道的各种传输状况，提供数据以处理故障。工作人员需要较熟练和灵活地掌握和使用这些常用工具；

（4）需详细地对每一次故障发生的现象和原因进行记载。这样做不仅可以为下次故障提供参考，对长期有效地积累运行维护经验也有重要的作用，可以更好地了解设备的运行状况。

4 结语

变电站通信系统作为现代数字化变电站的重要组成部分，对其可能发生的故障的研究和处理具有十分重要的意义。本文从最基本的变电站通信系统的组成结构出发，讨论了变电站通信系统常发生的几类典型故障，并讨论了处理和解决的方法，具有一定的现实意义。但由于笔者水平有限，只能在浅显的层面上对其进行分析研究，要保障变电站通信系统的安全可靠运行还需要电力工作及运行人员的共同努力，才能保证电力系统安全稳定的供电。

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