Анализ статистики длительных нарушений в работе каналов диспетчерской связи и телемеханики в региональной сетевой компании (РСК)

АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ДЛИТЕЛЬНЫХ НАРУШЕНИЙ В РАБОТЕ КАНАЛОВ ДИСПЕТЧЕРСКОЙ СВЯЗИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ В РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕТЕВОЙ

КОМПАНИИ

Шапаренко Виталий Сергеевич,

начальник отдела развития АСТУ ПАО "МРСК Северо-Запада",

аспирант заочной формы обучения

ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский горный университет",

г.Санкт-Петербург, Россия,

vs-d@rambler.ru

Ключевые слова: диспетчерская связь, каналы телемеханики, технологические нарушения, межрегиональная сетевая распределительная компания.

Статья посвящена сравнительному анализу нарушений в работе систем связи региональной сетевой компании.

В последнее время происходит интенсивное развитие технологических сетей передачи данных с организацией каналов большой пропускной способности, в том числе под задачи телемеханики и диспетчерской связи. Первые поколения микропроцессорных устройств уже морально устарели и уже требуют замены. В тоже время в эксплуатации остается еще значительное количество физически изношенного микроэлектронного оборудования, давно выработавшего свой ресурс. Для наиболее оптимального планирования развития сети важно понимать, какое оборудование вносит наиболее заметный вклад в нарушения работоспособности каналов и какой эффект с точки зрения надежности дает переход на новые поколения устройств.

Проводится анализ статистики выявленных дефектов и длительных нарушений в работе каналов оперативно-диспетчерской связи и телемеханики в диспетчерские центры ОАО "СО ЕЭС". Введена классификация дефектов в зависимости от поколения оборудования, отказавших компонентов, типа оборудования и линий связи. Выбранный способ классификации позволяет оценить величину вклада каждого класса технологических нарушений как в общее количество нарушений за рассматриваемый период, так и в суммарную длительность восстановления работоспособности систем. Основное количество нарушений приходится на дефекты микроэлектронных устройств (55,8%), но основной вклад в количество канало-часов простоя вносят повреждения линий (63,2%). Рассмотрены причины отказов различных групп в зависимости от выработки срока службы оборудования. Отмечено также, что в статистику технологических нарушений вносят свой заметный вклад отказы устройств электропитания устройств связи,

Проведенный анализ позволяет выявить и ранжировать по степени влияния элементы существующей системы связи, снижающие надежность системы в целом, а также планировать экономически эффективные мероприятия по повышению надежности.

Для цитирования:

Шапаренко В-C. Анализ статистики длительных нарушений в работе каналов диспетчерской связи и телемеханики в региональной сетевой компании (РСК) // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Том 10. №12. С. 31-36.

For citation:

Shaparenko V.S. Analysis of long-term statistics of operational dispatch communication channels and remote control in the interregional distribution grid companies

В распределительных электросетевых компаниях (РСК) Российской Федерации с момента их образования в результате реорганизации РАО «ЕЭС России» мероприятия по модернизации средств диспетчерского и технологического управления в основном были направлены на наиболее важные с точки зрения обеспечения процессов оперативно-диспетчерского управления магистральные системы передач, средства диспетчерской связи в диспетчерских центрах и на подстанциях ПОкВ и выше. Для контроля результатов проводимой модернизации и своевременной корректировки плана мероприятий с целью повышения их эффективности важно периодически проводить анализ перечня нарушений в работе систем связи.

Основные направления модернизации оборудования связи последних лет в РСК, изменившие общую картину технологических нарушений в работе систем связи;

1. Замена координатных диспетчерских коммутаторов, квазиэлектронных и электронных автоматических телефонных станций (АТС) корпоративной и технологической связи на цифровые АТС и ]Р-телефонию.

2. Замена аналоговых систем передач по кабельным линиям связи (КЛС) и аналоговых систем высокочастотной связи по воздушным линиям электропередач (B4-BJ1) па цифровые:

1) но волоконно-оптическим линиям связи, чаще всего подвешенных на ВЛ (ВОЛС-ВЛ);

2) по КЛС (xDSL);

3) широкополосный радиодоступ (ШПД);

4) ВЧ-ВЛ;

5) арендованные каналы PDH и Ethernet.

3. Интенсивное развитие технологических IP-сетей передачи данных с организацией магистральных каналов Ethernet большой пропускной способности, в том числе под задачи телемеханики и диспетчерской связи с передачей голоса поверх IP (VoIP).

Подробная статистика выявленных дефектов и повреждений, как правило, централизованно в энергетических компаниях не ведется, В журналах обычно фиксируются только длительные нарушений в работе каналов оперативно-диспетчерской связи и телемеханики в диспетчерский центр системного оператора. В данном случае будет проанализирован именно такой перечень нарушений.

Введем классификацию дефектов, послуживших причиной технологических нарушений в работе каналов диспетчерских связи и телемеханики. Важно избежать излишнего для проведения анализа увеличения размера классификатора и при этом иметь возможность сравнить влияние различных причин на количество нарушений в работе оборудования различных поколений и различного вида систем. Все нарушения классифицируем по группам:

1) МЭ - нарушения из-за дефектов микроэлектронных устройств;

2) МИ - нарушения из-за дефектов устройств на базе микропроцессоров и микроконтроллеров;

3) ЭП - нарушения из-за дефектов устройств электропитания и коммутационных аппаратов в цепях электропитания;

4) КЛ - нарушения из-за дефектов во вторичных цепях, в частности повреждений станционных кабелей (контрольных, электропитающих и информационных), монтажных прово-

дов и кроссовых соединений, клемм, ключей, переключателей, кроссов, розеток (информационных и электропитания).

5) ЧФ - нарушения из-за дефектов, возникших из-за прямого или косвенного воздействия человеческого фактора.

6) А - нарушения в работе каналов, арендованных у сторонних операторов связи.

7) Л - нарушения в работе каналов вследствие повреждения собственных линии связи, включая подгруппы:

ВОЛС - повреждения ВОЛС;

- ВЛ - повреждения ВЛ с пропаданием каналов ВЧ-ВЛ;

- КЛС - повреждения КЛС.

Группу МП разделим на три подгруппы в связи необходимостью отдельно оценить объемы нарушений в IP-сетях:

1. МП1 - нарушения из-за дефектов микропроцессорных устройств, исключая сетевое оборудование и встраиваемые сетевые платы (оборудование может иметь порты Ethernet для конфигурирования и удаленного мониторинга);

2. МП2 - нарушения из-за дефектов сетевых устройств (работающих па базе протокола IP);

3. МП1/2 - нарушения из-за дефектов микропроцессорных устройств PDH и SDH, которые содержат встроенные сетевые порты или модули для транзитной передачи IP-трафика.

Учитывая, что в рассматриваемой статистике отсутствуют дефекты, которые не приводили к длительному отсутствию каналов связи и передачи данных, в классификаторе будут отсутствовать системы и устройства, которые не способны повлиять на выход каналов диспетчерской связи и телемеханики, в том числе системы оперативных совещаний, системы звукозаписи диспетчерских переговоров и т.д.

Выделим основные группы оборудования по типу рассматриваемых систем, вследствие дефектов которых произошли технологические нарушения:

1. АТС - диспетчерские коммутаторы и авто магические телефонные станции, использующиеся не только для технологической, но и для диспетчерской связи (далее -АТС/ДК).

2. СП — системы передачи (одноканальные и многоканальные);

Для этих трех систем с учетом трех разных поколений устройств получается девять основных групп:

1. ЭМ-АТС (неактуальная) - декадно-шаговые и координатные АТС/ДК, в которых основными элементами являлись электромеханический декадно-шаговый искатель и электромагнитные многократные координатные соединители соответственно, В 2012г. в эксплуатации в рассматриваемой РСК оставались всего 13 координатных диспетчерских коммутаторов для внутри объектовой производственной связи,

2. МЭ-АТС — квази электронные и электронные АТС/ДК, в которых коммутационное поле аналоговых сигналов выполнено на реле, герконах или полупроводниковых элементах, а модули управления на интегральных микросхемах (ИМС) или микропроцессорах.

3. МП-АТС - микропроцессорные АТС/ДК, включая:

1) МП 1-АТС - цифровые АТС/ДК, в которых коммутационное поле цифровых сигналов выполнено на ИМС, а модули управления на микропроцессорах.

2) МП2-АТС - программно-аппаратные реализации АТС/ДК па базе протокола IP, включая IP-шлюзы с двухпроводными окончаниями FXO/FXS, где функции коммута-

7Тл

Т-Сотт Уо1.10. #12-2016

Приведенная оценка по количеству нарушений не учитывает количество отказавших каналов и время их отсутствия. Количество отказавших каналов в зависимости от типа неисправного оборудования или задействованной пропускной способности повреждённой линии может меняться от одного канала в одноканальном оборудовании ВЧ-ВЛ до сотен в магистральных трактах ВОЛС. В электроэнергетических компаниях пропускная способность линейных трактов обычно не превышает БТМ-4, а для диспетчерской связи и телемеханики, как правило, используется не более двух десятков каналов в любом магистральном участке. Остальные ресурсы распределены под технологические каналы связи и передачу неоперативных данных или находятся в резерве.

Для учета времени отсутствия каналов далее будем вместо количества нарушений рассматривать суммарное время простоя в канало-часах:

и

^

где к - номер нарушения, п - количество нарушений). По рисунку 2 можно отметить, что основной вклад (63,2%) в канало-часах простоя вносят повреждения группы Л. Основной причиной является достаточно длительное время восстановления ВОЛС при ее большой пропускной способности, На одно повреждение ВОЛС в среднем пришлось 3083,4 канало-часов простоя или 388 часов (16 дней) восстановительных работ, что значительно превышает установленное в [1] время восстановления ОК - Тц <10 час (в том числе время подъезда 3,5 часа). Случаи наиболее длительного восстановления приходится на зимний период при повреждениях ВОЛС-ВЛ в труднодоступной местности.

Повреждения микропроцессорных (МП) и микроэлектронных устройств (МЭ) уходят на второй план (22,5% и 12% соответственно). При этом МП устройства вносят более заметный вклад, чем МЭ в суммарное время отсутствия каналов в связи с большей пропускной способности каналов, организованных на МП устройствах.

Теперь оцепим эффективность резервирования. На рис. 3 приведено соотношение времени восстановления нерезервированных каналов связи (в канало-часах) для различных групп дефектов.

Небольшой вклад группы Л на рисунке 3 (при его значительной доле на рисунке 2) обусловлен эффективностью резервирования линий в связи с требованиями системного оператора (далее - СО) обеспечить физически разнесенные трассы основных и резервных каналов до региональных диспетчерских центров СО.

Значительное преобладание вклада МП устройств на рисунке 3 обусловлен как их большой пропускной способностью, так и с особенностью используемых в ряде случаев схем резервирования. Например, распространены технические решения, когда один комплект оборудования на подстанции работает в транзитной цепи или кольце и пропускает транзитный трафик с других подстанций. Выход из строя такого оборудования приводит к отсутствию каналов с этой подстанции и с тех подстанций, с которых трафик передавался только в этом направлении (где отсутствуют резервные каналы). Меньший вклад МЭ устройств обусловлен их Значительно меньшей пропускной способностью. Наиболее распространена одно- двух- и трехкаиальная МЭ аппаратура,

значительно реже - двенадцати канальная, где голосовые каналы диспетчерской связи обычно уплотнены каналами телемеханики.

Низкая доля арендованных каналов (А) в количестве канало-часов простоя нерезервированных каналов связана с тем, что в большинстве случаев они используются только под резервные каналы диспетчерской связи и телемеханики, когда основные каналы организованы по собственной сети. В ряде случаев основные и резервные каналы арендованы у различных операторов связи, что не всегда обеспечивает их прохождение по полностью независимым маршрутам.

Классифицируем повреждения по другим признакам. Приведенную на рисунках 2 и 3 группу Л раскроем на составляющие подгруппы (ВОЛС, КЛС, ВЛ), оборудование классифицируем по типу рассматриваемых систем (СП, АТС), а также раскроем группу КЛ (КМ и КК).

Рие. 4. Соотношение времени восстановления каналов связи (в канало-часах) дня различных групп по типу оборудования и линий

Рис, 5. Соотношение времени восстановления нерезервированных каналов связи (в канало-часах) для различных групп по типу оборудования и линий

В группе КЛ оказались только единичные повреждения кроссового оборудования (КМ). Повреждения в станционной кабельной сети достаточно быстро устраняются ремонтным персоналом.

Т-Сотт Том 10. #1 2-2016

Из диаграмм ¡1а рисунках 4 и 5 очевидно, что в первую очередь необходимо работать над сокращением времени восстановления ВОЛС и систем передач СП, а также повышать уровень резервирования систем передач (СП). Несмотря на небольшую долю нарушении в канало-часах простоя арендованных каналов связи, средняя длительность восстановления арендованных каналов за рассматриваемый период составила 12 часов. Огказы групп АТС и ДК не вносят значительного вклада в канало-часы простоя в связи с тем, что объектовые шлюзы ДК для ПС практически всегда приобретаются в резерв, а микропроцессорные диспетчерские АТС/ДК диспетчерских пунктов резервируются на аппаратном уровне, на их сервисное обслуживание часто заключаются договора, что позволяет достаточно оперативно устранять повреждения.

Рис. 7. Соотношение времени восстановления каналов связи (в канало-часах) для МП оборудования разного типа

МП1/2 1 МП2 1

невозможности быстрого восстановления каналов. Наиболее длительные случаи восстановления приходились на импортное оборудование ШПД в связи с необходимостью отправки его в ремонт компании-производителю. Отказы сетевого оборудования чаще связаны с программными сбоями, нередко самоустраняющимися после перезагрузки устройств.

С целью проведения оценки количества оборудования, отработавшего свой ресурс на момент выявления дефекта, определим срок службы для каждой из групп и подгрупп (табл. 1). При этом сроки действующими ОРД не регламентированы сроки службы микропроцессорных и микроэлектронных устройств связи. В нормативных документах, ориентированных на микроэлектронные устройства (например, [2]) средний срок службы установлен не менее 12 лет. В документах, ориентированных на МП-устройства связи [3] срок службы аппаратуры ВЧ-связи установлен не менее 15 лет, а для МП-устройств ВОЛИ [4], кабельных систем передачи и АТС даже первых поколений - не менее 20 лет [5]. Учитывая, что данным из паспортов на различные МП-устройств средний срок их службы составляет 10-20 лет, для оценки данной группы взят минимальный срок 15 лет. В остальных позициях таблицы взяты средние сроки службы из ТУ и паспортов наиболее широко распространенных в РСК устройств и кабелей.

Таблица 1

Срок службы для различного оборудовании

№ Группа Оборудование Средний срок службы, лет

1 МЭ Микроэлектронные устройства 12

2 МП Микропроцессорные устройства 15

3 АВ Автоматы электропитания 10

4 КЛ Кабели 20

5 ЭП Устройствагараптированного электропитания 10

Средний возраст отказавших МЭ устройств составил около 25 лет, что более чем в два раза превышает срок их службы. В группах МП средний возраст отказавших устройств не превышает предельного и составляет для МП АТС - 9,7 лет и МП СП - 6,4 лет.

Рис. 6. Соотношение количества нарушении каналов связи для МП оборудования разного типа

По рисунках 6 и 7 можно видеть, что каналы связи после отказа сетевого оборудования (МП2 и отчасти МП1/2) устраняются быстрее. Это связано с несколько большей совместимостью и гибкостью сетевого оборудования по сравнению с оборудованием ЗОН/РОН (МП! и отчасти МП1/2) и недостаточной надежностью линеек первых поколений оборудования РГ)Н, Часто вышедший коммутатор или маршрутизатор (труппа МП2) можно заменить на резервный любого другого производителя, обеспечивающий требуемую функциональность на время ремонта отказавшего устройства. В гоже время большое разнообразие используемого оборудования 80Н/РЭН, несовместимость на уровне типовых элементов замены (ТЭЗ) и достаточно большая стоимость ТЭЗ приводят к недоукомплектации резерва и, как следствие.

1004 I

.^мш/г СП и дтс

1004 ,

(Ж г

МЛ2

кл

100% I

ом '

эп

I ; Не вышел срок службы; и Вышел срок службы

Рис. 8. Соотношение количества отказов в зависимости от выработки срока службы оборудования СП и АТС

ности каналов связи и телемеханики, а также снижения эксплуатационных затрат. Первые поколения МП устройств уже требуют замены вследствие физического износа, морально устарели и несовместимы с выпускаемыми ТЭЗ и системами управления для новых линеек. Ремонт блоков первых поколений МП устройств в большинстве случаев уже не выполняется производителями и чаще всего обходится дороже приобретения ТЭЗ к оборудованию новых линеек.

Следует также отметить, что при анализе технологических нарушений систем диспетчерско-технологической связи важно рассматривать не только количество нарушений, но и длительность восстановления в связи с тем, что на сокращения влияния этих двух факторов направлены совершенно разные мероприятия.

Литература

1. Линии передачи волоконно-оптические на магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация: РД 45,04 7-'99, Утв. УЭС Минсвязи России 27.12,1999. М.: ЦИИИС, 1999.4с.

2. Типовые технические требования к аппарату ре каналов ВЧ связи. Утв. ОАО РАО "ЕЭС России" 10.07,2007. М.: Филиал ОАО "НТЦ Электроэнергетики". ВНИИЭ, 2007. 8 с.

3. Типовые технические решения по системам ВЧ связи: СТО 56947007-33.060.40.134-2012. Утв. ОАО «ФСК ЕЭС» 30.10.2012. М.: ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬ! IPOEKT», 2012. 9 с,

4. Правила по проектированию, строительству и эксплуатации ли ней но-кабельных сооружении волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4-35 кВ. Утв. Министерством энергетики РФ 04.04.2003. М.: ОАО "ССКТБ-ТОМАСС" и ОАО "Фирма ОРГРЭС", 2003. 9 с.

5. Обеспечение надежности средств электросвязи. Основные положения: ОСТ 45.63-96. Утв. Минсвязи России 10.11.1996. М.: ЦНТИ Информсвязь, 1997. С. 11-12.

ANALYSIS OF LONG-TERM STATISTICS OF OPERATIONAL DISPATCH COMMUNICATION CHANNELS AND REMOTE CONTROL IN THE INTERREGIONAL DISTRIBUTION GRID COMPANIES

Vitaliy S. Shaparenko, Head of Division of development of automated process management systems of IDGC,

St. Petersburg, Russia, vs-d@rambler.ru

Abstract. The article is devoted to the comparative analysis of operational communications systems of interregional distribution grid companies. In recent years, there is an intensive development of technological networks with the organization of data transmission channels of large capacity, including under the tasks of the remote control and dispatch communication. The first generation of microprocessor-based devices have become obsolete and have to be replaced. At the same time in the operation still remains a significant amount of worn-out microelectronic equipment, has long worn out. For the most optimal planning of network development it is important to understand what kind of equipment makes the most significant contribution to the violations channel capacity and what effect in terms of reliability enables the transition to a new generation of devices. This article analyzes the statistics of detected defects and prolonged disruptions of channels of dispatching communication and remote control in the control centers of JSC "System Operator of the Unified Energy System of Russia". Introduced classification of defects by generation equipment failed components, type of equipment and lines. The selected method of classification allows us to estimate the contribution of each class of technological violations in the total number of violations during the reporting period and the total duration of the recovery. Main number of violations falls on the faults of microelectronic devices (55.8%), but the main contribution to the number of channel-hours of downtime make lines (63.2%). The causes of failures of different groups, depending on the production life of the equipment. It was also noted that the statistics of technological violations are making a significant contribution refusals power communication devices. The analysis allows to identify and rank the degree of influence elements of the existing communication system, reducing system reliability as a whole, as well as to plan cost-effective measures to improve reliability.

Keywords: dispatch communication channels, telemechanic channels, technological disturbances, interregional distribution grid companies. References

1. Transmission lines to fiber-optic backbone and intrazonal primary networks ARIA Russia. Technical operation: RD 45.047-99. Russian Ministry of Communications 27.12.1999. М.: CNIIS, 1999. 4 р.

2. Typical specifications for equipment of HF communication channels. 10.07.2007. М.: Branch of JSC "RDC of electric power". 2007. 8 р.

3. Typical technical solutions in systems of high-frequency communication. SRT 56947007-33.060.40.134-2012. 30.10.2012. М.: JSC "Institute" Energosetproject", 2012. 9 р.

4. The rules for the design, construction and operation of outside plant fiber optic lines for overhead lines with a voltage of 0.4-35 kV. Ministry of Energy of the Russian Federation 04.04.2003. М.: JSC "SSKTB-Thomass" and JSC "Firm ORGRES" , 2003. 9 р.

5. Ensuring the reliability of telecommunications facilities. OST 45.63-96. Russian Ministry of Communications 10.11.1996. М.: Informsvyaz, 1997. Рр. 11-12.

ТПл

COMMUNICATIONS