孔令飛
（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）
0 引 言
隨著電力通信系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，其可靠性和穩(wěn)定性越來越受到關(guān)注，需要對電力通信系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方面進行研究，探索影響電力通信系統(tǒng)可靠性的因素、可靠性評估方法和技術(shù)、組件選型和配置設(shè)計、可靠性試驗和驗證等方面的內(nèi)容，以期為電力通信系統(tǒng)的可靠性設(shè)計和維護提供一些有益的參考與指導。
1 電力通信系統(tǒng)的可靠性分析
1.1 可靠性概念和指標
可靠性是指系統(tǒng)或組件在規(guī)定的使用環(huán)境和使用時間內(nèi)，能夠保持正常運行狀態(tài)的能力。在電力通信系統(tǒng)中，可靠性是衡量系統(tǒng)能夠在運行過程中保持正常工作狀態(tài)的指標[1]。
可靠性指標中，故障率指在單位時間內(nèi)出現(xiàn)故障的概率，是衡量系統(tǒng)可靠性的指標，也是預測系統(tǒng)故障的關(guān)鍵參數(shù)。可用性是指系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)正常運行的時間占總時間的比例，為衡量系統(tǒng)正常運行時間的指標。平均故障間隔時間（Mean Time Between Failure，MTBF）為系統(tǒng)或設(shè)備平均無故障運行的時間，是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標。平均修復時間（Mean Time To Repair，MTTR）是指系統(tǒng)或設(shè)備在故障后修復的平均時間，為衡量系統(tǒng)可維護性的重要指標之一。可恢復性是指系統(tǒng)或設(shè)備在出現(xiàn)故障后，能夠在規(guī)定時間內(nèi)恢復到正常運行狀態(tài)的能力。容錯性為系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時，能夠繼續(xù)正常運行的能力，也稱為故障容忍度[2]。
在研究電力通信系統(tǒng)可靠性設(shè)計和維護時，需要對這些指標進行詳細的分析和研究，從而提高系統(tǒng)的可靠性，保障系統(tǒng)的正常運行。
1.2 電力通信系統(tǒng)的可靠性影響因素分析
電力通信系統(tǒng)可靠性會受到多種因素的影響，其經(jīng)常運行在高溫、低溫、高濕度、強電磁干擾等惡劣環(huán)境中，上述環(huán)境因素可能導致系統(tǒng)元器件老化、損壞或失效。電力通信系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量也是影響其可靠性的關(guān)鍵因素，不合理的設(shè)計可能導致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、部件選型不當、散熱不良等問題，直接影響著系統(tǒng)的可靠性。同時，運行時的操作、維護、檢修等也可能會影響系統(tǒng)的可靠性。維護因素也會對電力通信系統(tǒng)可靠性帶來影響，若維護不當則會導致系統(tǒng)出現(xiàn)問題，影響系統(tǒng)的可靠性[3]。技術(shù)因素對電力通信系統(tǒng)可靠性的影響比較大，選用的可靠性技術(shù)和器件會進一步提升系統(tǒng)的可靠性，避免由于技術(shù)缺陷和元器件故障產(chǎn)生通信中斷。
1.3 可靠性評估方法與技術(shù)
電力通信系統(tǒng)的可靠性評估是對系統(tǒng)可靠性進行定量和定性分析，旨在為系統(tǒng)設(shè)計、運營和維護提供可靠性保障。故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是一種分析系統(tǒng)故障的方法，通過對故障發(fā)生的可能性、概率以及影響進行分析，找出故障產(chǎn)生的根本原因，從而提高系統(tǒng)的可靠性。事件樹分析（Event Tree Analysis，ETA）為一種分析系統(tǒng)可靠性的方法，通過對系統(tǒng)故障和失效的可能性、概率以及影響進行分析，確定系統(tǒng)運行中可能發(fā)生的事件和故障模式，從而提高系統(tǒng)的可靠性。可靠性試驗是通過對系統(tǒng)或部件進行實際的測試和觀察，評估系統(tǒng)或部件的可靠性水平，這種方法能夠直接反映系統(tǒng)的可靠性水平，是一種可靠性評估的重要手段。失效模式和影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA）是一種通過對系統(tǒng)或部件進行分析和評估，確定故障產(chǎn)生的原因和可能的影響，從而提高系統(tǒng)可靠性與安全性的方法。可靠性增長分析（Reliability Growth Analysis，RGA）是一種通過對系統(tǒng)故障和失效進行分析，確定系統(tǒng)故障率的變化趨勢，從而預測系統(tǒng)未來可靠性水平的方法。
2 電力通信系統(tǒng)的可靠性設(shè)計
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
在進行電力通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時要先進行功能模塊劃分，根據(jù)電力通信系統(tǒng)的功能，將其劃分為若干個功能模塊，每個模塊負責一個或多個特定的功能。可以將電力通信系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊等，這種模塊化設(shè)計能夠提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。在確定了功能模塊后對系統(tǒng)進行分層設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)流向，將系統(tǒng)分為若干層次，如物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層[4]。分層設(shè)計能夠降低系統(tǒng)的復雜度，提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。
冗余設(shè)計是確保電力通信系統(tǒng)安全運行的重要保障，要能應(yīng)對主要元素失效的情況，對此可以設(shè)計雙機熱備、多機冷備、雙電源供電等冗余方案，以提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。一方面，電力通信系統(tǒng)需要具備良好的可擴展性，以滿足未來的需求，可以采用分布式設(shè)計、異構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計等方案，提高系統(tǒng)的可擴展性和可升級性。另一方面，電力通信系統(tǒng)要具備高度的安全性，在系統(tǒng)設(shè)計時采取安全性設(shè)計方案，如采用加密傳輸、身份驗證、訪問控制等技術(shù)，以提高系統(tǒng)的安全性。
2.2 組件選型和配置設(shè)計
在對電力通信系統(tǒng)進行組件選型和配置設(shè)計時，要根據(jù)系統(tǒng)的功能與性能要求選擇適合的硬件組件，可以選擇高速處理器、大容量存儲器、高速網(wǎng)絡(luò)接口卡等組件，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。在軟件選型方面，要根據(jù)系統(tǒng)的功能和性能要求，選擇適合的軟件組件，可以選擇高效的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、優(yōu)秀的通信協(xié)議、高度可靠的操作系統(tǒng)等，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。開展配置設(shè)計時，需要根據(jù)系統(tǒng)的功能和性能要求，合理配置系統(tǒng)組件，可以根據(jù)系統(tǒng)負載情況，調(diào)整服務(wù)器集群的數(shù)量和配置；針對數(shù)據(jù)庫的讀寫比例，調(diào)整存儲系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)等，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。對系統(tǒng)進行兼容性設(shè)計，要確保電力通信系統(tǒng)需要具備較好的兼容性，可以選擇通用的數(shù)據(jù)格式，遵循標準的通信協(xié)議，以提高系統(tǒng)的兼容性和互操作性。維護性設(shè)計需要考慮到系統(tǒng)的維護成本和難度，可以選擇易于維護的硬件和軟件組件，設(shè)計易于維護的系統(tǒng)架構(gòu)等，以提高系統(tǒng)的可維護性和可靠性[5]。
2.3 系統(tǒng)可靠性試驗與驗證
電力通信系統(tǒng)的可靠性試驗和驗證是評估系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以對系統(tǒng)的性能、可靠性、穩(wěn)定性以及安全性進行全面的評估，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有力的保障。測試方案設(shè)計是可靠性試驗和驗證的第一步，需要制定詳細的測試方案，包括測試的目標、測試的內(nèi)容、測試的方法、測試的步驟等，以確保測試的全面性和準確性。測試環(huán)境的搭建是可靠性試驗和驗證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，搭建逼近實際運行環(huán)境的測試環(huán)境，并對環(huán)境進行充分的測試和驗證，以確保測試結(jié)果的真實性和可靠性。測試數(shù)據(jù)的收集和分析是可靠性試驗與驗證的必要條件，需要對測試過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行收集、存儲以及分析，以得出有意義的測試結(jié)果和結(jié)論。此外，根據(jù)測試結(jié)果對系統(tǒng)進行優(yōu)化和調(diào)整，以提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及安全性。
3 案例分析
3.1 案例簡介
某供電公司通信系統(tǒng)負責監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并及時反饋給操作人員以確保電力系統(tǒng)的正常運行和安全性。但系統(tǒng)存在多種故障和問題，導致其可靠性和穩(wěn)定性較差，無法滿足實際運行需求。對此，需要針對系統(tǒng)的可靠性問題進行全面的分析和研究，并提出相應(yīng)的解決方案。
3.2 系統(tǒng)可靠性分析
對該電力通信系統(tǒng)進行了為期半年的故障統(tǒng)計和分析，結(jié)果如表1 所示。
表1 電力通信系統(tǒng)半年的故障統(tǒng)計
通過故障分析和故障率統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件故障與電源故障是影響該電力通信系統(tǒng)可靠性的主要因素。因此對系統(tǒng)軟件進行了升級和優(yōu)化，增強了其穩(wěn)定性和可靠性，增加了備用電源，以保證系統(tǒng)在主電源故障時能夠正常運行，加強對線路的維護和保養(yǎng)，及時排除故障。經(jīng)過實際應(yīng)用和測試，上述措施取得了明顯的效果。半年時間內(nèi)，該電力通信系統(tǒng)未出現(xiàn)任何重大故障，穩(wěn)定性和可靠性得到了大幅提升。
對電力通信系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下的運行情況進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，以進一步驗證系統(tǒng)設(shè)計的可靠性與適用性。在不同溫度、濕度以及電磁干擾條件下對系統(tǒng)進行了測試，并記錄了系統(tǒng)的故障率和故障持續(xù)時間等指標，結(jié)果如表2 所示。
表2 運行環(huán)境及故障情況
由表2 中數(shù)據(jù)可知，在高溫高濕和存在干擾的情況下，系統(tǒng)的故障率明顯升高，故障持續(xù)時間也相應(yīng)延長。通過優(yōu)化系統(tǒng)的散熱設(shè)計，增加系統(tǒng)的通風口和散熱片數(shù)量，提高系統(tǒng)的散熱能力，以降低系統(tǒng)溫度。同時，在環(huán)境濕度較高的情況下，可以增加防潮措施，如在組件表面涂覆防潮漆或使用防潮劑等。采取合適的屏蔽措施，如使用屏蔽材料或屏蔽結(jié)構(gòu)，減少電磁干擾對系統(tǒng)的影響。在選用電子元器件時，可以優(yōu)先選擇抗干擾性能較好的元器件，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。優(yōu)化組件選型，選擇更加適合系統(tǒng)環(huán)境和工作條件的組件，如選擇更高品質(zhì)的電子元器件，選擇更加穩(wěn)定可靠的通信設(shè)備等，從而提高系統(tǒng)的可靠性和適用性。通過以上措施，可以不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和組件選型，提高系統(tǒng)的可靠性與適用性，保證系統(tǒng)的正常運行，從而滿足電力通信系統(tǒng)高可靠性的要求。
3.3 改進后效果分析
改進前后的系統(tǒng)可靠性指標對比統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 改進前后的可靠性評價
通過對比分析可以看出，改進后的系統(tǒng)可用性得到了顯著提高，故障頻次得到了大幅降低，平均修復時間也明顯縮短。表明改進方案具有很好的效果，成功提高了系統(tǒng)的可靠性水平。同時，還進行了系統(tǒng)的運行環(huán)境測試，測試結(jié)果表明系統(tǒng)在不同環(huán)境下均能正常運行，并且在高溫、低溫和電磁干擾等惡劣環(huán)境下仍然保持了較高的可靠性水平。這說明了設(shè)計的實現(xiàn)方案不僅具有較高的可靠性水平，而且在不同環(huán)境下均能適用。
4 結(jié) 論
可靠性是電力通信系統(tǒng)設(shè)計和運行的重要指標，直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。通過深入分析影響系統(tǒng)可靠性的各種因素，包括組件可靠性、運行環(huán)境等，在實際案例分析中，對系統(tǒng)的故障率、故障模式、故障持續(xù)時間等指標進行分析，可以確定系統(tǒng)故障的原因和規(guī)律，進而優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和改進組件選型。對系統(tǒng)運行環(huán)境的分析也可以確定系統(tǒng)的適用范圍和環(huán)境條件，從而為系統(tǒng)的可靠性提供保障。綜上所述，電力通信系統(tǒng)的可靠性設(shè)計和維護是一個復雜的工作，需要全面考慮各種因素。只有在系統(tǒng)設(shè)計和運行的各個方面都考慮到可靠性，才能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
