肖明斌
中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局 广西南宁 530028
[摘 要] 本文首先基于500kV崇左变电站在用的南瑞继保RCS-9698H远动装置，结合该远动机上送总调、中调有调度数据网、模拟通道上送的特点，提出了基于网络的电力远动及信道故障状态监测系统研究思路和方案，考虑到所辖站点距离市区比较远，变电站所处位置比较偏僻，本次选用基于北斗短报文通信技术短消息方式。硬件采用典型单片机PIC16F877A做为核心，搭配信号检测模块、信息发送模块等实现，PIC16F877A采用通用典型的C语言进行编程，采集及处理数据效率高。
[ 关键词 ] 电力远动；信道故障；监测系统
引言 :
在主网架系统中，500kV变电站远动装置承担将站内数据通过调度数据网和专线上送总调、中调、南宁监控中心等调度系统，远动装置能否正常运行，将直接影响调度端对对厂站端的监视和调控。所以，本次将通过网络方式研究远动装置的通道状态监测系统，并在500kV变电站自动化系统中进行实际应用和检验，提高变电站检修人员处理缺陷的能力。
1.系统的构成方案
为了使500kV崇左变电站远动装置通道状态监测系统满足不同条件下的功能需求，远动装置状态监测系统首先通过安装在各个设备终端的前端检测设备来收集设备终端的通道运行状态以及运行数据，并将数据上传到远动装置通道状态监测系统的采集平台中进行存储，将采集数据存放在SQL2008数据库中；然后，从数据库中读取所需的数据出来并进行数据处理和分析，数据的分析主要包括配置文件分析、故障诊断、报文分析以及界面展示。
图1 系统框架设计图
Figure 1 System frame design
2.系统的硬件及软件设计
2.1硬件电路的器件选择
2.1.1单片机芯片的选择
在本次设计中，单片机的主要任务是完成对采集到的模拟量的模数变换，通过软件完成对电平值的计算和判决，并对远动通道遥信信号变位做出判断，还要完成对远动通道信号频率的测量判决和数据的解调判决。另外还要完成和外部设备的通信等功能。
2.1.2 通信模块的选择
北斗短报文通信是北斗卫星系统区别于其他卫星导航系统的特殊功能，可以简单理解为走卫星通道的“短信”。北斗终端通过ID卡（相当于手机SIM卡）实现唯一号码，采用一户一密的军用加密方式，通过北斗卫星导航系统在用户之间进行数据传输，是一种透明传输通道。
2.2各功能模块的设计
2.2.1 通道模拟测量模块
此模块主要作用是将模拟通道调制解调中的±57.7V遥测模拟量通过采用运算放大器进行反相放大，转化为 PICI6F877A 单片机的片内 A/D 转换器最高输入电压为 ±5.5V，实现模拟通道数据采集。
.png)
图2 电源电平测量模块电路图
Fig1 Level Measurement Module Circuit Diagram of RTU Power Supply
2.2.2二进制移频键控信号参数测量
按照1比1的比例，通过变压器对FSK信号进行耦合，利用 II型滤波电路进行高频干扰信号处理，利用有源带通滤波器来滤除频率中无用成分，通过TL082放大后，利用IN14I8 二极管反接去掉负半周信号。通过74LSI4产生方波信号，连接到PIC单片机的CCP1引脚，实现频率和数据的测量; 第二路经过二极管峰值检波电路来测量FSK信号的有效值，如下图所示。
.png)
图3 上行FSK信号参数测量模块硬件电路图
Fig 2 Hardware Circuit Diagram of Upstream FSK Signal Parameters Measurement Module
2.2.3遥信信号变位测量
500kV崇左变电站内设备统一采用直流±57.7V进行设备信号告警，普通设备的辅助接点为空接点，需要加入隔离措施，采用光电耦合器隔离。本次采用TLP521将输入信号与本系统隔离，减少了运行环境干扰的影响。
.png)
图4 遥信信号隔离电路图
Fig3 Telecommunication Signal Isolation Circuit Diagram
2.2.4 通信模块
此模块的功能是向南宁监控中心发送短消息报警信息。由单片机通过串口向 WMOD2B 发送指令来发送短消息。单片机 PIC16F877 采用 RS-232 与 WMOD2B 通信。在本系统中，RS232 接口采用MAX232芯片，功耗比较小。
2.3前端机的软件设计
2.3.1通道监测装置软件设计
.png)
图5 监测装置工作原理图
Figure 8 Schematic diagram of the monitoring device
通过采用IPC实时对检测通道状态，通过网络方式实现与远动装置通信,实时对远动机捕捉的网络报文进行规约语法、语义分析，并提取应用信息对二次系统中的设备应用功能进行监测和分析，判断通道故障是装置故障还是通道故障。
2.3.2遥信信号测量程序设计
此模块实现对遥信信号变位测量的功能。其流程图如图6所示。在主体循环中， 主要完成遥信状态的釆集、比较等任务。首先连续读取遥信信号，得到稳定的状态，之 后通过异或来判断信号是否变位，若信号状态发生变化，则置位标志位以供报警模块使 用，并点亮对应的LED。若没有状态变化，则退出程序。
2.3.4上行通道测量程序设计
(1)数据采集模块
此模块完成对远动通道数据的接收。
根据电力系统的实际情况，基于Bel 1202标准，通道在无数据时，载频频率为1700Hz; 发送码元0时，载频频率为2200Hz;发送码元1时，载频频率为1200Hzo通道电平＞-40dB。
本设计中，在的捕获中断中，先检查CCP］的实际状态，以确定是 否出现了上升沿中断(CCPi为高电平)，程序便开始一次脉冲宽度的测量:记录下上升沿 出现的时间，然后等待下一次上升沿中断，两次的计数器值差即釆样值。首先检测接收 的釆样值是否为5个以上连续的1700Hz对应的釆样值，若是表明此时开始有数据传送， 继续检测釆样值，直到载频数据变为2200Hz对应的釆样值时，表明有数据到来，开始 数据接收。当釆样值再次变为1700Hz对应的值时，表明此帧数据接收完成，然后进入 频率测量模块。输入捕获中断流程图如图8所示。
.png)
图6 输入捕获中断流程图
Fig 8 Input Capturing Interruption Flow Chart
(2)频率测量模块
FSK是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。产生FSK信号最简单的方法是根据输入的数据是1还是0，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换时刻相位是不连续的，产生框图为：
.png)
图7 2FSK产生原理框图
(3)报警模块子程序设计
1）基于北斗短报文通信技术的电力数据采集系统设计
采用北斗短报文通信方式主要基于网络信息安全考虑，为建立安全的电力应急通信网络系统提供一个有效工具。
系统设计图如下：
.png)
图8 系统设计图
Figure 8 system design
北斗平台部署于变电站通信机房，包括北斗前置数据管理机、数据分析保护、运行维护及其管理系统、数据库态势感知及其网关、堡垒机等，负责业务数据存储及分发，负责各网元运维和管理等。
2）北斗短报文通信技术
利用北斗进行网络通信，最关键的核心是基于我国自主研发的北斗卫星导航系统，建立空对地的网络短报文传输方式。
北斗短报文，单次通信流程如下图所示：
.png)
图9 北斗短报文单次通信流程
Beidou short message single communication process
3）端到端加密技术
在电力系统网络中，任何形式的加密装置系统，不管形式多复杂,都至少包括国密SM2协议的明通和密通等通信方式等。
电力系统中将网络划分为安全I、II、III及Ⅳ区，对实时性要求最高的安全I区采用冗余双平面等方式，确保网络运行安全稳定。
4）身份鉴别技术
鉴别(Authentication)也可以称作验证,它是防止主动攻击的一种网络安全的技术?就是验证用户身份的合法性、用户间确保传输信息的完整性、真实性?身份鉴别主要包括口令、令牌、PKI、生物特征、智能卡以及计算机硬件身份鉴别。
3.总结
基于北斗短报文通信技术的电力远动及信道故障状态监测系统实现，从多个角度监测了远动机通道的运行状态，对远动机进行故障诊断，并通过短信平台及时通知相关人员。系统在对远动机通道的故障处理时可提供技术支持，减少了故障处理的工作量和时间。基于北斗短报文通信技术的电力远动及信道故障状态监测系统具备灵活性和拓展性，具有非常广泛的推广价值。
4.参考文献
【1】 李国杰;张丹;姬希娜;周恋花;;变电站子站设备通信协议一致性测试系统的开发 (一)设计与应用[J];电力系统自动化;2006年15期
【2】 叶海明;;变电站监控系统数据通信实时监听及分析[A];第三届浙江中西部科技论坛论文集（第四卷 电力分卷）[C];2006年
【3】 杨增力，汪鹏，王丰祥，周虎兵，王友怀，赵严风.智能变电站二次设备运行维护管理[ J ]. 湖北电力，2010.