变电站远动专线通道网络化改造方案分析

2013-07-06卓倬，徐义

电力工程技术 2013年3期

卓倬，徐义

(宿迁供电公司，江苏宿迁223800)

随着网络在社会各个方面越来越普及，电力行业中远动信息传输从原有的只有专线运用转变成网络传输势在必行。现新建变电站远动信息传输基本上实现了网络化，但是一部分变电站因设备陈旧等原因仍旧沿用老式的专线方式。近年来，国网公司开展“三集五大”工作，其中“大运行”中变电站远动部分的具体工作则是对只具备专线通道的变电站进行网络化改造。在对宿迁地区变电站改造过程中，发现有些变电站经过网络化改造后，通道存在时通时断或者不通的情况。文中对变电站总控装置、串口装网络设备、网络通道进行了分析，并提出了解决方案。

1 通道传输结构

1.1 改造前的远动传输结构

待改造的变电站改造前采用的是四线专用模拟通道，规约采用CDT或者IEC101规约。总控串口数据经过MODEM转换为四线模拟信号，然后经过通信传输网到达主站[1]，如图1所示。

1.2 改造后的远动传输结构

改造后的变电站远动规约不变，总控串口数据经过终端服务器（串口转网口设备）转化为网络信号，再经过网络设备送达主站[2]，如图2所示。

2 影响通道状况的几个因素

改造后的变电站远动信息具体传输过程，如图3所示。宿迁地区只有专线通道的变电站全部采用的是CDT或者IEC101规约传输，采用CDT规约的变电站波特率基本使用300 bit/s或600 bit/s，IEC101规约的变电站波特率使用1 200 bit/s，有部分变电站使用600 bit/s，经过改造后变电站的通道状况统计如表1所示。采用波特率300 bit/s，600 bit/s的变电站通道会出现通道不畅情况，而采用1 200 bit/s的变电站通道正常。

表1 改造后通道状况统计

2.1 传输控制协议（TCP）的keeplive属性

在主站与终端服务器间需建立TCP连接才可以进行数据传输，TCP是面向连接的，在实际应用中先需要网络检测连接是否可用，如果不可用情况可分为：（1）连接的对端正常关闭。（2）连接的对端非正常关闭，包括对端设备死机，程序崩溃，网络被中断等。这些情况不能也无法通知对端，所以连接会一直存在，浪费网络资源。

TCP协议栈的keepalive属性可以主动探测网络通道是否可用，其基本属性如表2所示。在实际变电站网络化改造过程中，终端服务器中的keepalive的属性设置要对应具体情况。如果keepidle属性时间间隔太小会造成通道的时通时断，时间间隔太大会占用大量的网络空间和资源。

表2 TCP中的keepalive属性

2.2 串口属性

现有总控串口信息传输全部采用的是串口异步通信，其通信特点是传输8位数字位时需加上起始位和停止位，起始位默认设置为1位，停止位可以人为设置。校验位根据校验方式来决定，如果校验方式为奇校验或偶校验，校验位为1位；如果校验方式为无校验，校验位为空。

变电站通道在网络连接成功后，keepalive=1使其属性激活，TCP连接等待数据，这时总控按照设定的串口波特率进行数据帧传输，根据数据帧的大小和波特率可以计算出这段数据帧传输所需的时间。根据串口异步通信原理，所需时间要将字符的起始位、停止位、校验位计算在内，这3个数字位将占用大量的传送时间。如果数据帧传输时间过长，超过了keeplive时间间隔，网络通道断开，数据将无法送达主站并且暂存在终端服务器存储缓存中，在一定时间后造成存储缓存的溢出。

根据上述描述，如果串口波特率太小，TCP建立连接后，终端服务器将花费大量的时间在重组数据帧上，从而导致远动通道的退出[3]。而现有变电站因为设备老化，不支持高波特率传输，所以总控串口的波特率在实际情况允许范围内尽量设置为高波特率。

2.3 远动信息采集量

远动信息的采集量关系到终端服务器数据帧重组的时间以及存储缓存的是否溢出[4]。当远动信息传输的最长数据帧超过终端服务器的存储缓存时，将会延长数据帧传输时间，造成通道的断开。

3 解决方案

假设一变电站A，总控基本属性设置如下：传输规约为CDT规约，最长数据帧=a字节，波特率=b bit/s，数据位=8位，起始位=c位，校验位=d位（奇校验、偶校验，d=1；无校验，d=0）。

终端服务器基本属性如下：设备缓存cache=e字节，keepidle=f s，keepinterval=g s，keepcount=h次。

在满足以下条件后，改造后的变电站远动通道才可以顺利投入运行。

条件一：

传输时间=[（a×（8+1+c+d））/b]

条件二：

最长数据帧=a×（8+1+c+d）/8字节<设备缓存cache=e字节

当变电站改造时出现通道故障时，可对相关属性进行修改，使之满足上述条件，以保证变电站网络化改造后的正常运行。

4 案例分析

4.1 案例一

以110 kV顺河变网络化改造为例，该站专线波特率300 bit/s，CDT规约，起始位停止位各1位，校验位1位，总控采集遥测量64个。串口转网口设备常用型号为MOXA NPORT5120，存储缓存512个字节，keepidle=10 s，keepinterval=1 s，keepcount=3次。则该段遥测包含64个遥测数据，报文总计396个字节，根据解决方案中的条件一所述，该数据传输时间为14.52 s，即TCP建立网络链接后，而端服务器接收总控数据花费14.52 s，超出keepalive时间间隔13 s，该网络连接中断，数据无法送达网络通道暂存入设备缓存。当下个数据帧传输到终端服务器，存入设备缓存后，存储缓存溢出导致设备死机，变电站远动信息在主站退出运行[4]。

解决方案有2种：（1）将keepalive时间间隔延长至15 s。（2）将串口波特率提高至1 200 bit/s。考虑到远动信息、时性特点以及keepidle属性时间间隔太大，会占用大量的网络空间和资源，方案（2）为最佳方案。

将串口波特率提高至1 200 bit/s后，数据传输时间3.63 s，小于keepalive时间间隔13 s。现场实际操作提高波特率为1 200 bit/s后，变电站远动信息正常投入运行。

4.2 案例二

以35 kV皂河变网络化改造为例，该站专线波特率1 200 bit/s，起始位停止位各1位，校验位1位。串口转网口设备常用MOXA NPORT5120。采用CDT规约，终端服务器缓存512字节。该变电站采集了36个遥测量，最后一个遥测传输点号为256，那么总控传输的时候将会从点号1到点号256全部扫描并传输，空点号数据以0代替。

根据解决方案中的条件二所述，最长数据帧1 073字节大于终端服务器缓存512字节，超出存储缓存并延长了数据帧传输时间，造成通道断开。

根据实际情况，该厂站只有36个遥测数据，但是却占用了256个点号，厂站信息量的采集要紧凑，中间尽量不要空出无用点号，所以解决方案为把该36个数据依次排序，不空出无用点号。

修改后的最长数据帧为429字节，小于终端服务器缓存512字节，符合解决方案中的条件二，皂河变通道恢复正常。