一种配网自动化保护终端掉线原因快速查找方法研究

张祥雄 朱皓 王翔 杨林峰 陈航 夏辉炎

【摘 要】我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，配网设备要实现真正的自动化，设备就地智能化和远程智能化缺一不可。就地智能化可以通过配电终端的保护逻辑、程序算法和定值整定等实现，而远程智能化主要体现在远程数据采集、后台故障研判、远程控制等方面，高度依赖通信。现阶段，由通信问题导致的保护终端频繁掉线极大地制约了配网自动化的发展。文章通过对六盘水城区的213个配电终端一年时间运行情况的分析和总结，提出了一种配网自动化保护终端掉线原因快速查找方法，此方法不但可以提高工作效率，而且对工作人员的专业素养要求不高。

【关键词】配网自动化;保护终端掉线;智能化

【中图分类号】TM76 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）03-0098-03

0 引言

配网是电力输送的最后环节，直接与客户端连接，电网能否稳定、高效运行，直接影响供电的可靠性。配电线路送电距离近、拓扑结构密集复杂，与输电线路相比，配电线路故障率更高。配网和主网不一样，没有网架结构和智能化的继电保护技术的支撑，目前在故障频发的配网领域，快速地隔离故障、对非故障停电区域转供电，已经成为配网发展的主要方向。基于此，配网自动化技术应运而生。

配网自动化系统主要是指实现配电网的远程运行监视与控制的自动化系统，具备配电终端的数据采集与监控、馈线自动化及配电网分析应用等功能。配网自动化系统主要由配电自动化主站、配网自动化终端（FTU、DTU、TTU等）、配电自动化成套设备和相关的附属设施设备，经通信通道连接组成。

保护终端的类型有很多种，包含集中控制型、智能分布型、电流极差型、电压时间型等，保护终端接入主站后，需要依赖通信手段实现就地、远方的信息交互，包括“三遥”信号、故障隔离、故障定位、倒供电等，而这些功能的实现都基于保护终端能正常地与配网自动化主站通信。通信的建立较复杂，主要是从配电保护终端到通信管理机再到加密模块，最后到主站。因此，确保配电保护终端始终在线，成为配电自动化技术发展中迫切需要解决的问题[1]。

配网自动化的通信包括主站对子站、主站对现场终端、子站对现场终端、子站之间、现场终端之间的通信等广义的范围。通信的方式主要有光纤通信、中压电力线载波、无线专网、无线公网等，不同的地域、技术和环境有不同的通信策略[2]。其中，光纤通信比较稳定、可靠，但受制于运维水平与经济能力，目前六盘水的配网大多采用的是无线公网，存在通信网络稳定性不强和部分终端频繁掉线的问题。

1 配网自动化保护终端掉线统计

2021年10月至今，对投运的75个通信模块、213台配电自动化保护终端进行监控，累计通信模块掉线53次（部分通信模块重复掉线），约160个配电自动化终端间接失去通信功能，累计掉线率高达70.7%。由此可见，保护终端的频繁掉线已经严重影响了配网自动化建设的进程，就地设备不但迟迟未能实现“三遥”功能，反而造成了大量资源的浪费。导致保护终端频繁掉线的主要原因有装置失电（PT刀闸未合、电源空开未送上、PT取电航插电压输出异常、保护装置故障）、通信信号不良、软件程序未升级、通信管理机故障、纵向加密模块故障、SIM卡卡槽尺寸不匹配、网线损坏、主站配置错误、通信管理机参数设置错误等。其中，装置失电为32起，占比为60.4%;纵向加密模块故障为7起，占比为13.2%;通信信号不良为5起，占比为9.4%;网线损坏为2起，占比为3.7%;SIM卡卡槽尺寸不匹配、SIM卡不可用为2起，占比为3.7%。

2 保护终端通信不稳定或掉线的危害

随着配网自动化水平的快速提升，自动化取代人工操作已是必然的趋势。现阶段，自动化设备的投入成本非常高，设备先进、功能强大，但实际使用效果却不尽如人意，发挥的作用不大，究其原因是没有应用好自动化设备的远程控制、监测的功能，主站与场站之间的通道没有建立好。自动化设备停复电时，原本可以通过后台遥控开关分合，耗时5 min就能完成的工作，但因通信不稳定或没建立，遥控功能无法实现而只能通过人工操作，加上开票、报备、行车、操作等一系列流程，至少耗时60 min，不但影响了供电可靠性指标，降低了自动化设备的遥控成功率和覆盖率，更重要的是影响了客户的用电满意度，增加了操作人员的工作负担和作业风险。

3 保护终端掉线原因分析

3.1 通信原因

（1）通信信号不良。自动化保护终端通信不良、频繁掉线的问题主要集中体现在少数偏远区域，主要原因是自动化设备安装地方偏僻，网络覆盖不佳，移动通信号较弱;装置天线未取出或未正确安装，导致接收、发送信号不佳;遇雷雨、大雪等特殊天气时，信号强度不稳定。

（2）纵向加密模块故障。纵向加密模块出现故障的原因有纵向加密模块内部元件损坏，无法读取SIM卡配置信息;纵向加密模块强制2G通信模式，信号较弱;加密模块更新换代，老旧模块技术水平落后，信号接收不稳定。

（3）SIM卡卡槽尺寸不匹配或不可用。SIM卡不可用的原因有互联网卡流量超额，已被移动公司停用;SIM卡与加密模块卡槽尺寸不匹配，导致接触时好时坏，无法准确读取SIM卡。

3.2 硬件接口或软件程序版本未升级

大量保护终端投运时间不统一，早期投入的保护终端硬件接口及软件程序版本过低，已经不能匹配配网主站的通信需求，因此会出现成批次的保护终端集体掉线;通信管理机到保护终端的网线接口损坏，通信中断导致掉线。

3.3 人为原因

（1）装置失电。保护终端失电的原因主要有大部分装置从PT取电，PT0514刀闸未操作至合位、电源空开未送上或空开接线螺丝松动、PT航插松动、二次接线错误或损坏都会导致备用电池耗尽，装置失电掉线。装置失电在终端掉线中占比最高，也是最容易消除的一个缺陷。导致此问题主要是现场施工验收人员缺乏专业培训，不了解设备正常运行状态，未对裝置空开、二次接线等进行检查。

（2）配置错误。保护终端设备配置参数：现场端口参数、IP配置、校验方式、证书配置出错;配网主站配置参数：前置机IP、通信规约等配置错误导致通道异常，配网子站与主站无法建立连接。

（3）自动化设备调试及安装。设备调试主要原因：？譹？訛接线松动，设备在仓调完毕后，没有正确恢复二次回路接线;？譺？訛通信异常，调试过程中，模块或通信管理机通信不断重启，但工作人员没有及时更换。安装原因主要是设备安装完成后，没有自动化专业人员对开关通信、接线、压板等进行检查。

4 一种保护终端掉线原因快速查找方法研究

本研究的保护终端掉线原因快速查找方法主要采用排除法，从电源模块、配网主站、保护终端、通信管理机、纵向加密模块及相关接口、二次线等由两头到中间进行排查，快速确定出现故障的模块，及时修复，以提升保护终端在线率为目标，提高配网自动化设备的运行质量。？譹？訛确定掉线终端。通过配网自动化主站导出的掉线终端明细表锁定掉线终端。？譺？訛确保装置有电。现场观察保护终端液晶屏是否处于失电状态、相关功能指示灯是否熄灭，如果熄灭，排查PT刀闸是否在合位、电源空开是否送上、万用表测量PT取电航插或者空开是否有电。？譻？訛排除主站故障。用串口或者网口线把加密模块和软件工具连接起来（需排除SIM卡的问题），通信连接建立后，用“ping命令”校验主站前置机和本地加密模块，如发送报文与返回报文数量一致，无丢包情况，则主站侧无故障。？譼？訛排除加密模块故障。短接加密模块到通信管理机RX（收）线和TX（发）线，若主站与子站能正常收发信息，则加密模块无故障，终端已上线;否则，则判定加密模块有故障。？譽？訛确保保护终端到通信管理机的接口正常工作。切换保护终端面板“远方/就地”位置开关，观察通信管理机液晶屏是否有变位信息，如有变位信息，则保护终端到通信管理机无异常。？譾？訛加密模块无故障后恢复接线，若主站与子站能正常收发信息，则通信管理机无异常，终端可上线。？譿？訛如果上述环节皆已排除确认无故障，则判断故障原因是通信信号不良，此时可联系当地通信公司，通过加强自动化开关位置基站的信号强度、加装天线、更换SIM卡等方法改善信号不良问题。

5 常见故障处理方法与调度注意事项

5.1 几种常见的故障处理方法

（1）主站有报文下发，但终端没有回复或者回复的报文与主站下发报文一致。原因分析：①控制器链路地址（设备地址）与主站不对应，需修改通信管理机相应链路地址。链路地址一般为设备IP地址最后一位的16进制数，具体以主站下发的报文的第四位和第三位的16进制数为准。例如，主站下发报文为68 12 12 68 d3 d0 00 1e 01 03 d0 00 8e 00 00，则通信管理机相应链路地址为00 d0（208）。②串口接线错误，RX（收）线和TX（发）接反。用万用表测量RX对地和TX对地的电压，若电压值均为-4～8 V的直流电压，则接线正常。否则，调整接线。③加密模块与控制器串口波特率不对应。一般为无校验，波特率为115 200;偶校验，波特率为9 600。

（2）对点过程中，业务突然中断。原因分析：让主站尝试总召或者重新链路检测，查看控制处是否可以收到报文，若可以收到报文，则通信正常。若收不到报文，则通信中断，可校验主站前置机到此SIM卡的通道是否连通，如无法连接，需查看SIM卡状态、TCP链接、隧道链接等状态是否正常;如果发现不正常，则需更换加密模块。

（3）SIM卡一直显示无状态。原因分析：？譹？訛检查SIM卡是否完全插入模块，接触是否良好，连接是否牢固。？譺？訛若是新卡，需检查卡套是否接触良好、无松动。？譻？訛若是旧卡，可能是卡已损坏，可将卡插入副卡槽检查是否正常。？譼？訛加密模块损坏，需重新更换。

（4）远程遥控不成功。原因分析：①主站自动化系统入库的点表跟就地配电自动化终端中点表不一致，需调整点表点号。②配电保护终端远方/就地把手在就地位置，需达到远方位置。③远方遥控压板（软压板、硬压板）在退出状态。④配电自动化终端处于掉线状态，无法与后台进行信息交互。⑤遥控合闸时，开关处于未储能状态，需要先让开关储能。

5.2 调试注意事项

调试注意事项如下：？譹？訛证书、配置文件、升级程序三者独立，互不影响。？譺？訛证书只识别设备名称，其他信息都不获取，因此每次只用修改设备名称，保持证书唯一性即可。？譻？訛输入加密模块的电压波动不能太大，必须在加密模块额定电压范围以内，否则将会烧坏模块，如有必要，可串接一个稳压装置（注意稳压装置的端口定义是否与加密模块一致）。？譼？訛模块升级完毕后，不应断电重启，必须通过工具软件重启，能正常连接设备，即表示安全升级成功。？譽？訛“三遥”信号核对之前，配电自动化主站应提前把点表入库，保证主场与场站点表完全一致。？譾？訛应检查天线完好并正确放置，保持信号良好，可用智能手机检测SIM卡信号质量。？譿？訛加密模块与其软件工具的连接有串口连接和网口连接两种方式。串口连接需要注意检查电脑与工具的端口号是否一致;网口连接需要把电脑的IP和装置IP设置到同一个网段上。？讀？訛设备投运后，应检查PT空开、电源空开是否送上，装置面板指示灯、开关位置是否正常，IP卡号是否与主站一致，采样是否正常等。避免增量设备带病投运，增加运维压力。？讁？訛积极和纵向加密模块、通信管理机厂家保持沟通，及时对软硬件进行升级，避免批量掉线。关注终端流量使用情况，避免限流掉线。

6 结束语

六盘水（城区）配电自动化设备投运两年以来，效果显著，在故障复电时间上至少可缩短40%;在人力成本上至少可节约70%。在没有使用自动化设备以前，工作人员只能通过用户反映停电信息，才清楚具体的停电区域，然后采用对整条配网线路巡视、绝缘测试等手段找出故障点，恢复送电。配备了配电自动化设备之后，只要线路发生故障，后台的实时监控系统实时告警，迅速通知运维人员开展巡视，巡视人员根据配电自动化终端上的故障报文信息即可快速锁定故障区域，同时后台通过遥控对非故障区域转供电。这种方式不但节省人力、物力，还可以大大减少故障停电时间和负荷损失，提高电网的可靠性。

配网自动化属于一种新技术，目前还在推广阶段，因此终端缺陷和问题多而新，又因保护终端厂家品类繁杂，设备质量高低不一，所以造成自动化运维难度较大。加之，配网自动化运维人員大多都是从其他专业抽调而来的员工，不具备专业的自动化理论和实操水平，因此在配网自动化相关专业需要倾斜部分资源，加强自动化人才培养，打造配网自动化人才基础。

经济的发展对配电网自动化提出了更高的要求，配电网自动化也是电力系统现代化发展的必然趋势。技术在发展，需求也在增加，最终目的都是为了扩大供电能力，提高供电可靠性，优化电力服务[3]。配网自动化“三遥”终端要尽可能采用光纤通信方式，对光缆无法敷设的区域，要尽可能采取无线化的公网通信方式，配电通信光缆要和配电网线路进行同步规划和建设。针对架空线路而言，在综合考虑线路长度、覆盖“三遥”节点数量及进行长远规划的前提下，可以架设光缆，光缆起始点要设置在变电站，以“环状”形态覆盖“三遥”节点和智能分布式配电终端节点。

参 考 文 献

[1]雒永锋.电力配网自动化中配电自动化终端设备的应用分析[J].装备维修术，2019（4）：149-150，147.

[2]黄燊豪，陈晓湖，刘同斌.配网自动化终端设备异常分析[J].机电信息，2020（36）：58-57.

[3]易志浩，袁亨.配网自动化在智能电网中的应用[J].电力系统装备，2020（10）：89-90.