变电站通信机房动力环境集中实时监控典型故障分析

祝视，欧阳荆

(1.国网湖南省电力有限公司信息通信分公司，湖南长沙410004；2.国网湖南省电力有限公司检修公司，湖南长沙410004)

在变电站通信机房中，动环监控数据由动力监控数据和环境监控数据组成[1-2]。动力监控指电源相关数据，主要包括交流输入电压、直流输出电压、蓄电池组电压、整流模块状态等，数据均来自电源监控模块，环境监控数据主要包括机房温湿度、烟感、门磁、空调状态等，每个参数由不同的传感器提供数据[3]。目前湖南省各地市公司均有好几套不同厂商提供的专业动环监控系统，且系统均无北向接口，无法接入通信管理系统 (TMS)实时采集动环告警信息，经通信调度集约化建设后，变电站通信机房动环监控数据通过各专业动环系统已统一接入省集中机房智能综合监控系统(PEMS)，使湖南省内各电压等级变电站通信机房动环初步具备集中监控和实时采集告警的条件[4]，利用PEMS可减少现场值班人力投入，提高生产效率，也有助于对动环设备的运行情况进行综合分析比较，为调控人员开展运行决策提供现场重要数据支撑，提高信通专业垂直化、扁平化管理水平[5-7]。

PEMS虽然将湖南省内各个动环系统集中管理，但仍面临诸多问题。一是动环数据指标不全，无法实现机房动力环境状态的全面感知；二是采集告警数据不准确，关键时刻仍依赖现场巡检取数，无法高效利用系统信息，对通信系统运行的支撑力度不够。因此，进行动环监控系统数据治理，提高数据质量，是泛在电力物联网建设中形成状态全面感知、信息高效处理的智慧服务系统的必然要求。

1 省集中动环监控系统 (PEMS)简介

PEMS投运后，湖南省各地市公司保持现有专业动环监控系统网管结构不变，省集中动环监控平台对20种品牌的动环监控系统接口类型和数据类型进行统一规范[8]，同时开发至通信管理系统TMS(Telecommunication Management System)的北向接口，实现PEMS接入TMS系统，从而完成对信息通信机房动力环境的统一调度指挥和设备实时监视，PEMS架构如图1所示。

图1 PEMS系统总体架构

系统总体架构分数据采集、数据展示和北向接口三部分。数据采集服务主要完成对地市公司各专业动环系统的资源数据 (设备台账、监控点位等)和监控数据 (动环实施监控数据和告警数据)的接入及转换；数据展示服务完成数据载入数据库，以及对遥信、遥测量数据和告警信号的集中展示；北向接口实现将各系统动环数据按标准送至TMS中实现实时监控。

2 专业动环监控系统数据采集原理

变电站内的动环数据由终端服务器收集数据，终端服务器有多个串口，其中2个串口分别与2套通信电源相连，采集动力数据，另外1个串口用于采集环境数据。终端服务器与各采集端口均是通过RS232以太网通道通信，而站内数据至区域中心站通过光传输系统2M通道传输，故需进行E1/FE转换。区域中心站的专业动环系统收集数据后，既可在本地进行展示，也可进一步通过光传输系统传输至PEMS系统，PEMS再与TMS通信，动环系统数据采集原理如图2所示。

图2 动环系统数据采集原理

从图中可看出，一般地市公司中心站、专业动环系统核心软硬件均部署在区域监控主站，监控子站是独立的变电站通信机房。各监控指标传感器部署在机房相应的位置，通过有线方式与数据采集器相连，数据采集器将数据进行初步处理后发送至终端服务器。

3 500 kV变电站通信机房动环集中实时监控数据典型故障分析

接入PEMS的专业动环系统达20套，且涉及到各电压等级变电站通信机房数量达500个，考虑承载业务的重要程度，分析500 kV变电站通信机房动环集中实时监控出现的各种问题，梳理出典型故障类型。

3.1 动环2M传输通道故障

站点所有动环数据无法上传至主站，无法更新主站采集到的数据。通道故障时可在光传输系统网管中查询到相关告警，在PEMS中牌楼变动环监控数据一直维持不变，经核实发现原因为其动环2M通道在站内出现信号丢失告警。通道若存在其他类型的告警，用2M误码仪可测出误码，且在动环系统中也存在数据不准确。目前所有站点动环2M通道均承载于省网NEC光传输系统上，该系统运行年限超15年，设备故障率明显上升，存在带宽瓶颈。

解决方案:利用新投入的省网华为A平面系统，逐一制定检修计划和检修方案，将动环2M通道从NEC系统切割至华为系统中，并配置通道保护，提高2M通道的运行可靠性。

3.2 告警阈值设置错误

以通信电源交流输入电压为例，根据电源型号的不同，输入分线电压和相电压两种形式[9-11]，线电压正常值为380 V，相电压正常值为220 V，电压数值是一个模拟量，在正常值范围内以一定幅度上下波动。

通过依次核实各站电源交流输入电压的阈值发现，部分电源存在线电压和相电压阈值设置不合理的情况，如图3所示，澧州变相电压越上限值为230 V，设置值过于严苛，因电压的波动而超出上限，从而产生误告警，实际上电压一直在正常范围内。

图3 澧州变交流输入电压历史曲线

对于机房温度也有类似的问题，500 kV变电站通信机房 (A类)温度一般应保持在10～26℃[12]，按有关规范要求超过28℃出现严重告警，超过30℃出现紧急告警，如果阈值设置不合理将出现误告。

解决方案:依据文献 [13]将电源越上限标准设为交流输入电压正常值的1.1倍 (220×1.1＝242 V，380×1.1＝418 V，下同)，上上限为1.15倍；下限为0.9倍，下下限为0.85倍，形成的电压告警阈值见表1。

表1 输入电压告警阈值 V

3.3 专业动环与PEMS数据点位不对应

点位是不同系统之间进行数据同步的标识[14]，PEMS从各专业动环系统中获取各站点的点位标识后可以索引到点位描述和数值/状态，进而在本系统中进行展示，PEMS系统中韶山换流站电源某点位见表2。

表2 PEMS中韶山换流站电压点位

每个站点电源数据的点位有几十个，专业动环系统中韶山换部分点位信息见表3。

表3 专业动环系统中韶山换流站电压部分点位信息表

从表3中可以看出，PEMS系统中韶山换电源1交流输入1电压A相点位号为78，但在PEMS系统中对应的A相点位为75，其它两相电压点位也不对应，导致数据不准确。若专业动环中电源点位信息进行了调整，而 PEMS未同步调整，或者PEMS系统采集的点位信息来自于其他电源设备，则PEMS系统索引到的数值就不能真实反映现场电源设备的运行状态。

解决方案:依据各站点通信电源提供的交流输入电压点位表，在PEMS系统中逐一比对核实，确保专业动环系统与PEMS系统通信电源交流输入电压数据点位一一对应。此外，制定数据同步修改机制，要求运维人员开展专业动环系统电源数据修改前向省信通调度申请，确保PEMS系统数据同步得到修改。

3.4 终端服务器故障

当某个站点2M传输通道正常时，同样有可能出现交流输入电压不准确的现象，此时应考虑终端服务器的运行状态。若终端服务器网络不能PING通，说明服务器宕机，无法传输数据。当服务器可以PING通时，仍需要检查各个串口的运行状态，如果与某套通信电源相连的串口故障，也将导致电压数据无法传输，以紫霞变为例，其在2019年5月13—20日交流输入电压A相的历史曲线如图4所示。

图4 紫霞变第1套电源交流输入电压历史曲线

从图4中可看出，第一路交流输入电压的值始终维持在一个固定的值不变，但正常情况下输入相电压会在220 V这个值上下一定范围内波动。

解决方案:针对终端服务器宕机情形，由现场运维人员重启服务器，针对单一串口故障情形，更换串口再次验证数据传输是否正常。

4 实现效果

湖南省22个500 kV及以上站点通信机房均由同一套专业动环系统提供数据。每个站点均有2路通信电源，对应2项数据，加上机房温湿度、烟感、门磁、空调状态4项数据，每个站点有6项动环监控数据，共计132项。其中长阳铺、鼎功、艳山红、鹅城4个站点8项电源数据未接入专业动环系统，已纳入技改项目，暂无法进行集中实时监控，最终研究的数据为124项。

根据各站点的动环数据异常情况，统计出通信电源异常30项，温湿度异常4项，烟感异常3项，空调和门磁各异常2项，数据异常共计41项，数据准确率为66.94%。

经对典型故障进行消缺后，通信电源异常4项，温湿度异常3项，烟感异常2项，空调和门磁各异常1项。数据准确率为91.13%，准确性大幅提升，减少动环设备日常运维工作量，为500 kV变电站最终实现无人值守提供必要条件，进一步提高了信息通信的精准调控水平，是泛在电力物联网建设在动力环境监控领域的有效实践。

5 结语

通信机房动环设备是通信网安全稳定运行和通信业务保障的关键支撑，只有加强对动环监控系统的实时监视，确保告警及时发现，缺陷及时处置，才能提高信息通信系统运行可靠性。继续推广动环监控故障处置经验，指导地市公司完善其运维范围内的动环数据治理[15]，确保湖南省各电压等级的站点动环监控数据准确。