串口通訊在變電站保護(hù)信息采集方面的問題

在變電站內(nèi)的保護(hù)裝置，通訊接口方式多種多樣，有采用以太網(wǎng)、串口或其他現(xiàn)場總線方式等。在變電站實(shí)際保護(hù)信息采集系統(tǒng)中，過去采用串口通訊的比較多，那時(shí)候的保護(hù)裝置一般都只提供串口通訊方式。但串口方式相對于現(xiàn)在的幾個(gè)通訊方式，存在著通訊速率慢、通訊距離短、抗干擾性弱等幾個(gè)特點(diǎn)，這對于通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確立也會帶來一些困難。下面將對基于串口通訊的保護(hù)信息采集系統(tǒng)的組網(wǎng)提供幾個(gè)實(shí)際方案，并介紹這幾個(gè)方案在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題。

1 點(diǎn)對點(diǎn)組網(wǎng)方式
    如今變電站內(nèi)配置的保護(hù)裝置比較多，包括各電壓等級的線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、電容器保護(hù)、備自投裝置等(一般110 kV變電站都有50臺左右保護(hù)裝置)。在組網(wǎng)時(shí)首先考慮的是一對一的串口通訊方式(如圖1所示)，就是每臺保護(hù)裝置都獨(dú)立拉1根通訊線到采集裝置，提供串口一對一接入，這樣的好處就是采集系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)時(shí)性高，相互信息不會干擾，但實(shí)際的工程當(dāng)中一般的采集裝置都提供不了如此多的串口。所以采用這個(gè)方案的比較少。

2 一個(gè)串口接入的總線方式
    在串口通訊中也可以采用總線方式(RS 485或RS 422方式)，只要把所有的通訊線都掛接在一起，拉1條總線到保護(hù)信息采集裝置，接入到1個(gè)通訊串口(見圖2)。
    這樣的方案，數(shù)據(jù)在通訊時(shí)必須采用非平衡方式，也就是一問一答方式，所謂的一問一答就是采集裝置召喚一幀，裝置回應(yīng)一幀，如果不是這樣就會有問題出現(xiàn)，因?yàn)榇诘讓訜o法控制數(shù)據(jù)的收發(fā)，當(dāng)幾臺裝置同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，就有可能在總線上出現(xiàn)信號錯(cuò)亂的現(xiàn)象，也就是在采集裝置收到的報(bào)文中，會出現(xiàn)前面幾個(gè)字節(jié)是裝置1的數(shù)據(jù)，后面幾個(gè)字節(jié)卻是裝置2的數(shù)據(jù)，而串口底層是無法判斷哪幾個(gè)字節(jié)是哪個(gè)裝置發(fā)送過來的。這樣到應(yīng)用層時(shí)，用來表示數(shù)據(jù)來自哪里的所謂裝置地址就會失效，因?yàn)檠b置收到的不能確認(rèn)是完整的幀，裝置地址位也無從談起。
    而如果采用一問一答的方式，數(shù)據(jù)的正確性是可以保證，但突發(fā)事件傳輸實(shí)時(shí)性會有一些問題，用IEC 60870—5—103規(guī)約舉例，采集裝置在對保護(hù)進(jìn)行完初始化和總召喚命令后，一般輪循召喚2級數(shù)據(jù)，保護(hù)回應(yīng)2級數(shù)據(jù)(如遙測)。當(dāng)保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)(也就是保護(hù)有突發(fā)數(shù)據(jù))的時(shí)候，在上送的2級數(shù)據(jù)中的控制域中有1位ACD位置1來說明保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)需要上送。然后采集裝置再發(fā)送召喚1級數(shù)據(jù)命令，保護(hù)裝置回應(yīng)1幀1級數(shù)據(jù)，在此幀并告知還有無后續(xù)幀，如有后續(xù)幀，采集裝置再發(fā)召喚1級數(shù)據(jù)命令，直到1級數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢。其交互過程見圖3。

如果實(shí)際傳輸過程是這樣，則變電站內(nèi)如有50臺保護(hù)設(shè)備，空閑時(shí)候?qū)@50臺保護(hù)都輪循發(fā)送召喚2級數(shù)據(jù)命令，因?yàn)槭且粏栆淮鸬姆瞧胶夥绞?，所以在采集裝置一個(gè)命令發(fā)出以后必需等到有保護(hù)回應(yīng)以后才能發(fā)第2個(gè)命令(切記不可連續(xù)發(fā)命令，然后統(tǒng)一監(jiān)聽，上面已經(jīng)講過在非平衡模式下這樣發(fā)送數(shù)據(jù)，會讓報(bào)文錯(cuò)亂)，假設(shè)一個(gè)回應(yīng)需要O．5 s(實(shí)際情況會長一點(diǎn))，則50臺保護(hù)設(shè)備的一次輪循就需要25 s時(shí)間，當(dāng)某一臺設(shè)備有l(wèi)級數(shù)據(jù)的時(shí)候，采集裝置知道的時(shí)間也就是O．5～25 s之間；如果剛好是輪循到后面幾個(gè)保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)需要傳送的話，時(shí)間一般就是在20 s以后，再加上保護(hù)自己的報(bào)告生成時(shí)間和采集裝置報(bào)文處理時(shí)間，那么這個(gè)突發(fā)事件的實(shí)時(shí)性就比較差。所以這樣的組網(wǎng)方案在實(shí)際工程中一般也不會被采用。

3 多個(gè)串口接入的總線方式
    這種方式是考慮到采集裝置一般會有多個(gè)串口進(jìn)行通訊，就把保護(hù)裝置幾個(gè)一組進(jìn)行總線組網(wǎng)(考慮到實(shí)際情況一般為6個(gè)一組，也可以按現(xiàn)場情況決定)，然后接相應(yīng)的線到采集裝置對應(yīng)的串口接入(見圖4)。

這樣的組網(wǎng)方式，采集過程和上面講的一串口接入一樣，但每個(gè)串口只管幾臺保護(hù)，采用非平衡方式下，保護(hù)突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)間相對于這個(gè)串口一般在0．5～3 s之間，這樣從數(shù)據(jù)可靠性和實(shí)時(shí)性上考慮，作為保護(hù)故障信息系統(tǒng)可以接受的，而且在變電站實(shí)際工程中也是比較符合現(xiàn)場情況。

4 和SCADA系統(tǒng)的相容問題
    變電站內(nèi)一般有實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，它的串口組網(wǎng)方式也無非是上面幾種，可能做的提高實(shí)時(shí)性和可靠性的辦法是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，但受到保護(hù)自身傳輸和非平衡通訊規(guī)約的制約，其實(shí)時(shí)性一般沒有用以太網(wǎng)等其他通訊方式高。如今的保護(hù)如果提供2個(gè)獨(dú)立通訊口，保護(hù)故障信息系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)各取一個(gè)通訊口，不存在信息的相互干擾，通訊能力也是只和保護(hù)自身處理能力有關(guān)。但如果保護(hù)只提供1個(gè)通訊口(如早期的LFP系列保護(hù)，只提供1個(gè)RS 232串口)，則無法獨(dú)立地接人2套系統(tǒng)。為了解決這個(gè)問題，需要一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理裝置(如RCS 9692，用LFP通訊規(guī)約)，把保護(hù)設(shè)備都先接入到這個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)裝置中，并對其提供2個(gè)獨(dú)立的通訊口，所以組網(wǎng)方式變成如圖5所示。

如果是這樣組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，則數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性的好壞很大程序取決于這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，而一個(gè)透明的命令轉(zhuǎn)發(fā)器，只有1個(gè)串口接入到保護(hù)信息采集裝置，其模式就相當(dāng)于總線方式(1個(gè)串口接入)，上面已經(jīng)提到這個(gè)模式下實(shí)時(shí)性會比較差(而實(shí)際在接入RCS 9692這個(gè)裝置中，它單個(gè)命令的回應(yīng)時(shí)間為1～1．5 s)。
    需要注意：實(shí)際情況下，RCS 9692的2個(gè)通訊口有差別，接通訊口1，則RCS 9692有一個(gè)對下輪循機(jī)制，RCS9692自動(dòng)輪循保護(hù)并會把保護(hù)的突發(fā)信息先保存在自己的緩沖區(qū)中，當(dāng)通過通訊口1去詢問時(shí)，就會把緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)直接回應(yīng)，但通過通訊口2卻沒有這個(gè)功能，是一個(gè)透明的通訊口，而SCADA系統(tǒng)一般需要接入通訊口1。

5 結(jié) 語
    正如上面這些情況所言，保護(hù)故障信息系統(tǒng)有時(shí)采集突發(fā)事件反應(yīng)較慢，因?yàn)槠渑cSCADA系統(tǒng)相容問題導(dǎo)致，其實(shí)在變電站自動(dòng)化實(shí)施過程中狀況已經(jīng)改變，現(xiàn)在越來越多的通訊采用以太網(wǎng)等方式進(jìn)行。但為了數(shù)據(jù)的可靠性，保護(hù)裝置最好能提供2個(gè)獨(dú)立的通訊口，而且最好2個(gè)通訊口都能自由選擇提供規(guī)約，這樣數(shù)據(jù)不會在通訊中相互干擾，更可提高可靠性，如1個(gè)通訊口損壞不會影響另一套系統(tǒng)，保護(hù)數(shù)據(jù)還能有一定的持續(xù)性和完整性。S(2AI)A系統(tǒng)比較注重實(shí)時(shí)性，但保護(hù)故障信息系統(tǒng)卻更關(guān)心數(shù)據(jù)的完整性，比如對保護(hù)擾動(dòng)數(shù)據(jù)的采集等。如果保護(hù)只提供一個(gè)通訊口有數(shù)據(jù)服務(wù)的情況下，那么命令轉(zhuǎn)發(fā)器應(yīng)該做到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，與2套系統(tǒng)的不相互干擾性。