電力物聯(lián)網(wǎng)，就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理和應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，將傳統(tǒng)的低壓臺(tái)區(qū)終端設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷融合，產(chǎn)生一種新的物聯(lián)網(wǎng)終端，通過物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)配變終端與低壓設(shè)備的數(shù)據(jù)交互功能。

在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，智能配電變壓器監(jiān)測(cè)終端（distribution transformer supervisory terminal unit, TTU）是必不可少的一環(huán)，它不僅用于對(duì)變壓器一側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀況，并將數(shù)據(jù)傳送到主站，而且將眾多的終端與漏電保護(hù)器等下行設(shè)備結(jié)合在一起，構(gòu)成整個(gè)配電臺(tái)區(qū)終端組群，為主站提供大量信息數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成配電系統(tǒng)的運(yùn)行及管理，配電臺(tái)區(qū)到用戶區(qū)域。

智能配變終端是一種安裝在變壓器低壓側(cè)的用以采集配電變壓器高、低壓側(cè)的電壓、電流及開關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)的二次設(shè)備。終端本身擁有本地與遠(yuǎn)程兩種通信接口。遠(yuǎn)程通信是通過無線公網(wǎng)將終端采集的數(shù)據(jù)與收到下行設(shè)備的數(shù)據(jù)打包分類后上傳給主站。本地通信主要通過485總線、232總線、電力載波與微功率無線方式，主要是終端召測(cè)數(shù)據(jù)與下發(fā)控制命令。

1 TTU的通信方式

TTU的通信方式有嚴(yán)格的要求，其與主站之間的通信必須遵循104規(guī)約或者非平衡的101規(guī)約。而與漏電保護(hù)器、分路監(jiān)測(cè)單元等設(shè)備支持Modbus等通信協(xié)議，并通過RS 485串口與這些設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些下行設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與信息采集等功能，并將采集的數(shù)據(jù)上送至配電主站。隨著臺(tái)區(qū)下行設(shè)備的增多，數(shù)據(jù)信息隨之增多，采集數(shù)據(jù)的難度也隨之增大，采集的信息更需要準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

TTU通過RS485通信口與漏電保護(hù)器、剩余電流動(dòng)作保護(hù)器、智能電容器等設(shè)備通信，同時(shí)采集數(shù)據(jù)上送配電主站。當(dāng)主站未顯示這些設(shè)備的信息時(shí)，無法判斷是終端采集到信息但未上傳至主站，還是終端未采集到設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

本文基于現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)配電主站沒有下行設(shè)備數(shù)據(jù)信息的情況，提出的一種終端的通信監(jiān)視方法的通信故障定位應(yīng)用程序（application, APP）設(shè)計(jì)方案。

2 主站未收到下行設(shè)備數(shù)據(jù)問題的分析

TTU除了采集本體的數(shù)據(jù)以外，還采集下行設(shè)備的數(shù)據(jù)，再由終端上傳給現(xiàn)場(chǎng)主站。圖1所示為TTU分別與主站和下行設(shè)備之間的通信方式。針對(duì)主站出現(xiàn)無法接收到TTU下行設(shè)備的數(shù)據(jù)的問題，通過對(duì)TTU日志的查詢以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的分析，判斷可能是由如下幾種原因造成：

圖1 TTU數(shù)據(jù)傳輸方式

1）主站與終端的4G通信問題。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況復(fù)雜，可能有些地方的4G信號(hào)不是很好，導(dǎo)致無法與主站有效地進(jìn)行通信，那么無論是下行設(shè)備或是終端，都無法正常上傳數(shù)據(jù)至主站。

2）TTU自身問題。無法正常接收主站的信息，導(dǎo)致無法正確響應(yīng)。下行設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)上送終端，但是終端無法上傳數(shù)據(jù)至主站，故主站無法收到數(shù)據(jù)。

3）TTU無法與下行設(shè)備通信。終端通過無線公網(wǎng)可與主站正常通信，但無法通過485總線與下行設(shè)備正常建立連接，導(dǎo)致無法收集到數(shù)據(jù)。

4）下行設(shè)備無法正常采集數(shù)據(jù)。TTU與下行設(shè)備可正常通信，但設(shè)備無法正常采集數(shù)據(jù)，導(dǎo)致主站無法收到數(shù)據(jù)信息。

基于以上4種情況，本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)TU自身的各個(gè)通信通道進(jìn)行監(jiān)視的方案，通過APP實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)問題的定位與分析。

3 通信故障定位原理

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的逐步推進(jìn)，TTU的各種功能逐漸被模塊化，開始將一個(gè)個(gè)的功能集成在APP中，基于此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)利用通信監(jiān)視的方法對(duì)通信故障進(jìn)行定位的APP。

其具體原理為，TTU自身存在多個(gè)通信口，通過這些通信口分別與主站、下行設(shè)備通信，而這些數(shù)據(jù)的交互都存在于各個(gè)通信通道之中，所以若是能夠?qū)⑺械臄?shù)據(jù)都存放于一個(gè)APP中，則當(dāng)出現(xiàn)無法召測(cè)數(shù)據(jù)的問題時(shí)，此APP通過對(duì)各個(gè)通道的分析，便可以得到故障具體原因所在，這就是通信故障定位。

圖2為通信故障定位APP原理示意圖。首先將終端與主站、主站與下行設(shè)備的通信協(xié)議等均放入故障定位APP中，而后終端接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)交互均從故障定位APP出發(fā)，利用給定的通信協(xié)議對(duì)其進(jìn)行解析，通過解析報(bào)文數(shù)據(jù)，從而可以定位通信故障的發(fā)生位置。

圖2 通信故障定位APP原理

4 通信監(jiān)視APP設(shè)計(jì)

智能配變終端在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中承載著主站與下行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互、信息采集的任務(wù)，是一個(gè)承前啟后的關(guān)鍵設(shè)備，而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的環(huán)境較為復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)主站沒有數(shù)據(jù)的情況時(shí)，由于TTU在配電臺(tái)區(qū)所連接的下行設(shè)備較多，不可能去對(duì)其一一查看，所以設(shè)計(jì)一種對(duì)設(shè)備通信監(jiān)視的APP迫在眉睫。

主站與終端之間使用無線公網(wǎng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而終端與設(shè)備之間使用485/232總線、電力載波、微功率等有線傳輸，這樣可以使數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的傳輸。

本文的設(shè)計(jì)是基于對(duì)從主站到設(shè)備之間的通信報(bào)文監(jiān)視，基于以太網(wǎng)Telnet應(yīng)用開發(fā)的監(jiān)視工具。對(duì)TTU各通道數(shù)據(jù)報(bào)文的監(jiān)視，可借用SecureCRT、PuTTY、XShell等工具，支持監(jiān)視的通道包括4G、微功率無線、寬帶載波、RS232、RS485、以太網(wǎng)，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維時(shí)出現(xiàn)通信故障提供了一種快速、有效的故障定位方案。

通信故障定位APP的設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。主站用來接收所有終端的數(shù)據(jù)，同時(shí)也擁有控制終端的操作，通過無線下發(fā)召測(cè)數(shù)據(jù)命令，終端收到后給予對(duì)應(yīng)的總召操作，通過485總線等方式下發(fā)命令給下行設(shè)備，設(shè)備收到也同樣響應(yīng)終端，而后再由TTU統(tǒng)一將數(shù)據(jù)分類打包好，上傳主站。

同時(shí)，基于以太網(wǎng)Telnet應(yīng)用在終端的各個(gè)通信口建立一個(gè)數(shù)據(jù)信息監(jiān)視的通道，用以監(jiān)控它們之間的數(shù)據(jù)交互。此種方案的優(yōu)勢(shì)在于，不僅可以用于主站對(duì)TTU發(fā)送的報(bào)文、TTU對(duì)下行設(shè)備發(fā)送的報(bào)文，而且不需要添加其他條件，使用方便，只需一臺(tái)電腦即可查看監(jiān)視數(shù)據(jù)通信的情況。

圖3 通信故障定位APP設(shè)計(jì)框圖

若是現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)主站無法收到數(shù)據(jù)的情況，故障定位APP便通過實(shí)時(shí)監(jiān)控終端各個(gè)通信口（包括4G、以太網(wǎng)、485/232串口、微功率無線等）發(fā)送與接收到的報(bào)文數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地判斷故障源頭。

5 現(xiàn)場(chǎng)故障定位

基于以上通信監(jiān)視方案的設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主站無數(shù)據(jù)問題進(jìn)行分析，下面就此問題可能產(chǎn)生的原因進(jìn)行排查。

通過PC連接終端的網(wǎng)口，使用監(jiān)視工具可以將由通信故障定位APP監(jiān)測(cè)的報(bào)文打印出來。

1）終端與主站之間的通信協(xié)議為104規(guī)約，可以由主站發(fā)送召測(cè)命令，查看終端是否進(jìn)行響應(yīng)，是否上送數(shù)據(jù)。

圖4所示為主站與終端之間的通信報(bào)文，對(duì)打印的報(bào)文進(jìn)行解析，若得到的數(shù)據(jù)與召測(cè)出來保持一致，則終端與主站正常連接，通信正常。

圖4 主站-終端通信報(bào)文

若打印出來的報(bào)文只有第一幀主站下發(fā)（Rx）的召測(cè)命令報(bào)文，沒有終端響應(yīng)，則可以定位是主站發(fā)送總召命令而終端無法正確回復(fù)的問題，檢查4G是否在線、SIM卡是否正常使用等。

2）若通道監(jiān)視顯示有正常的報(bào)文交互，對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，沒有數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常，則是終端正常響應(yīng)主站，但是終端自身采樣或是上送數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題。

3）TTU可以接多個(gè)下行設(shè)備，包括漏保、電容器、載波表等，同時(shí)也對(duì)應(yīng)多個(gè)不同的通信協(xié)議，這里以漏保為例。

圖5所示為終端與漏保之間的通信報(bào)文，對(duì)其進(jìn)行解析，判斷得到的數(shù)據(jù)是否與實(shí)際漏保的數(shù)據(jù)一致，若保持一致，則是通信正常。

圖5 終端-漏保通信報(bào)文

若是打印出來的報(bào)文只有終端下發(fā)（Tx）而無漏保設(shè)備上送（Rx）的數(shù)據(jù)，則是終端正常發(fā)出召測(cè)數(shù)據(jù)的命令，漏保無回復(fù)，與終端之間485串口通信異常，漏保無法正常應(yīng)答終端。

4）若是終端與漏保的報(bào)文交互正常，對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，但解析的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不符，則可能是漏保對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)的采樣異常。

對(duì)以上4種情況的分析，證明通信故障定位APP可以正確地通過數(shù)據(jù)監(jiān)視得到通信故障的具體位置，這樣可以節(jié)省大量繁瑣的查找故障源頭的時(shí)間。利用通信故障定位APP，既保證了TTU在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的穩(wěn)定性，又可以在出現(xiàn)故障時(shí)便于現(xiàn)場(chǎng)人員快速查找原因。

6 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通信故障的問題，本文設(shè)計(jì)了TTU通信故障定位APP，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，此APP可以準(zhǔn)確而又快速地定位故障源頭，可以更加高效地進(jìn)行終端的維護(hù)工作。

隨著配網(wǎng)自動(dòng)化程度的提高，TTU也要隨之走向更加智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的道路，以物聯(lián)網(wǎng)的形式逐步前進(jìn)，本文的設(shè)計(jì)使TTU更加智能化，提高了工作效率，減少了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的人數(shù)，有效縮短了問題的解決周期，對(duì)配網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展具備現(xiàn)實(shí)意義。