串口通訊在變電站保護信息采集方面的問題

在變電站內的保護裝置，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。在變電站實際保護信息采集系統(tǒng)中，過去采用串口通訊的比較多，那時候的保護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、抗干擾性弱等幾個特點，這對于通訊網(wǎng)絡結構的確立也會帶來一些困難。下面將對基于串口通訊的保護信息采集系統(tǒng)的組網(wǎng)提供幾個實際方案，并介紹這幾個方案在實際應用中存在的問題。

1 點對點組網(wǎng)方式
如今變電站內配置的保護裝置比較多，包括各電壓等級的線路保護、母線保護、主變保護、電容器保護、備自投裝置等(一般110 kV變電站都有50臺左右保護裝置)。在組網(wǎng)時首先考慮的是一對一的串口通訊方式(如圖1所示)，就是每臺保護裝置都獨立拉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)時實時性高，相互信息不會干擾，但實際的工程當中一般的采集裝置都提供不了如此多的串口。所以采用這個方案的比較少。

2 一個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條總線到保護信息采集裝置，接入到1個通訊串口(見圖2)。
這樣的方案，數(shù)據(jù)在通訊時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，裝置回應一幀，如果不是這樣就會有問題出現(xiàn)，因為串口底層無法控制數(shù)據(jù)的收發(fā)，當幾臺裝置同時發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，就有可能在總線上出現(xiàn)信號錯亂的現(xiàn)象，也就是在采集裝置收到的報文中，會出現(xiàn)前面幾個字節(jié)是裝置1的數(shù)據(jù)，后面幾個字節(jié)卻是裝置2的數(shù)據(jù)，而串口底層是無法判斷哪幾個字節(jié)是哪個裝置發(fā)送過來的。這樣到應用層時，用來表示數(shù)據(jù)來自哪里的所謂裝置地址就會失效，因為裝置收到的不能確認是完整的幀，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)事件傳輸實時性會有一些問題，用IEC 60870―5―103規(guī)約舉例，采集裝置在對保護進行完初始化和總召喚命令后，一般輪循召喚2級數(shù)據(jù)，保護回應2級數(shù)據(jù)(如遙測)。當保護裝置有1級數(shù)據(jù)(也就是保護有突發(fā)數(shù)據(jù))的時候，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，保護裝置回應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。

如果實際傳輸過程是這樣，則變電站內如有50臺保護設備，空閑時候對這50臺保護都輪循發(fā)送召喚2級數(shù)據(jù)命令，因為是一問一答的非平衡方式，所以在采集裝置一個命令發(fā)出以后必需等到有保護回應以后才能發(fā)第2個命令(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)，會讓報文錯亂)，假設一個回應需要O．5 s(實際情況會長一點)，則50臺保護設備的一次輪循就需要25 s時間，當某一臺設備有l(wèi)級數(shù)據(jù)的時候，采集裝置知道的時間也就是O．5～25 s之間；如果剛好是輪循到后面幾個保護裝置有1級數(shù)據(jù)需要傳送的話，時間一般就是在20 s以后，再加上保護自己的報告生成時間和采集裝置報文處理時間，那么這個突發(fā)事件的實時性就比較差。所以這樣的組網(wǎng)方案在實際工程中一般也不會被采用。