YHB811小电流接地选线装置基于CDMA网络的无线监控及故障录波方案.docx
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YHB811小电流接地选线装置基于CDMA网络的无线监控及故障录波方案
YH-B811小电流接地选线装置
基于WCDMA2000网络的3G无线监控及故障录波
技术方案
（对内、对外二合一版本）V1.0
广西星宇智能电气有限公司
编制：
黄勇
2010-7-26
第一章WCDMA20001XEVDO技术简介
CDMA20001xEV-DO概述
EVDO（EV-DO）实际上是三个单词的缩写：
Evolution（演进）、DataOnly。
其全称为：
CDMA20001xEV-DO，是CDMA20001x演进（3G）的一条路径的一个阶段。
这一路径有两个发展阶段，第一阶段叫1xEV-DO，即“DataOnly”，它可以使运营商利用一个与IS-95或CDMA2000相同频宽的CDMA载频就可实现高达2.4Mbps的前向数据传输速率，目前已被国际电联ITU接纳为国际3G标准,并已具备商用化条件。
1xEV-DO是一种针对分组数据业务进行优化的、高频谱利用率的CDMA无线通信技术，可在1.25MHz带宽内提供峰值速率达2.4Mbps的高速数据传输服务。
这一速率甚至高于WCDMA5MHz带宽内所能提供的数据速率。
为了在不影响现有网络话音通信的前提下支持高速数据业务，1xEV-DO采用了将语音信道和数据信道分离的方法。
这是因为数据和语音具有不同的特性。
如延时，数据速率对实时性要求低于语音业务；误码率，数据业务对误比特率的要求高于语音业务；前反向非对称，一般而言，前向数据业务（基站到移动台）的速率需求较反向高出数倍。
而语音业务则为严格的对称业务。
该方案采用的中国电信CDMA网络，是向第三代移动通信发展的主流技术和必由之路。
具有永远在线、快速登录、高速传输、按量收费和自由切换等优点，克服了有线通信、无线集群、GSM、GPRS等通信方式所存在的建设周期长、投资规模大、网络带宽乍、传输延时长等缺点，提高了系统的科技含量，保证了系统的稳定性，大大减少了系统的建设投资和运营费用，并为将来系统升级打下良好的基础。
无论从功能还是从可靠性来说，目前的电信CDMA网络也是较稳定的网络之一，总体来说，有以下优点：
一、覆盖地域广，目前CDMA网络在全国的覆盖率85%以上，非边远地区覆盖率几乎100%。
CDMA用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。
建设新的监控点无需进行拉线，埋线等工作。
较光纤，或专线系统投资较少，设备安装方便。
通信距离远，在任何场合都可以设中心站。
二、CDMA网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
由于CDMA网本身就是一个分组型数据网,支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。
采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM短信息）而言，网络接入更加直接方便。
三、掉线率低：
CDMA业务采用了先进的“软切换”技术，大大减少了掉线率，CDMA采用全球同步技术，通过接收全球定位系统信息，即可确保系统正常工作。
四、保密性好：
CDMA采用了扩频通信技术具有天然的保密性，其消息在空信道上被截获的概率几乎为零。
五、接通率高：
CDMA系统容量特别大，是AMPS模拟系统的8-10倍，是GSM的4倍，容量大接通率自然特别高。
六、网络传输带宽大：
目前在2.5G网络时代无线数据传输应用中，CDMA网络占用了很大的优势，实际带宽是GPRS的两倍，达到80-110kb/s左右，完全符合工业级数据传输。
七、CDMA资费便宜，计费合理。
CDMA资费包月比有线电话网络资费还便宜。
路灯监控数据采集业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线（DDN、帧中继）。
CDMA还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。
在CDMA网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。
这样，营业点即不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。
组网方面主站和从站设备均可使用动态IP和固定IP两种工作方式，当组成小规模监测网时，主站和从站均采用动态IP方式，用动态域名解析使用公网，可节省费用（不用专门租用DDN等专线）；组成大网时，主机可采用固定IP，并用专网，以提高系统的效率，但在条件不具备时仍可使用动态IP和公网，此时效率仅比固定IP低0.2%。
第二章YH-B811小电流接地选线装置简介及通信接口
一、YH-B811小电流接地选线装置产品简介
YH-B811小电流接地选线装置是广西星宇智能电气有限公司与西安交通大学合作研制的新一代小电流接地选线产品。
它适用于6kV~66kV及以下中性点非有效接地系统，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经大电阻接地系统，可广泛用于电力系统的变电站、发电厂、水电站及化工、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电系统，能够准确地检测并隔离系统中发生单相接地故障的线路。
选线正确动作率可达100％。
Ø国家863重点高技术基金项目（编号：
2006AA05Z247）
Ø国家自然科学基金项目（编号：
50277027）
Ø广西区科技厅2009年科技攻关项目（合同号：
2009/6-12）
Ø
2008年8月在开普实验室（原国家继电器质量检测中心）完成120次动模试验，选线正确率达到100%。
Ø通过了开普实验室的安全性、动模试验和电磁兼容性检测（GB/T7261-2008），达到9项国家标准的电磁兼容性能（GB/T14598）。
Ø获得1个外观（含型号）专利和5个国家发明专利，为广西星宇智能电气有限公司全方位自主创新产品。
Ø由CPLD控制的高速采样系统，每周波采样1024点（是普通小电流接地选线装置的50倍）。
Ø具有IEC103、IEC104、MODBUS等上千种规约，可以无缝隙接入四方、许继、南瑞、南自等厂家后台监控系统，自适应性强。
Ø基于嵌入式实时多任务操作系统VxWorks的软件平台，不仅大大增强了软件的可靠性和实时性，而且对全部硬件资源可以进行有效的管理，使硬件资源真正地对应用软件开放，从而使应用软件结构化、模块化、标准化，极大的方便了用户。
Ø选线理论主要是基于零序电流暂态分量自适应捕捉特征频带的选线理论。
Ø单相接地选线正确率为100%，且选线正确率不受系统运行方式及各种故障条件的影响。
其选线理论采用综合判据选线理论与方法，主要是基于零序电流暂态分量自适应捕捉特征双频带选线理论（简称暂态信号法），再辅助采用其它选线方法。
这些选线方法简述如下：
Ø特征频带幅值比较法（国家发明专利）：
小接地电流系统单相接地时，就其零序电流的暂态分量，在首个容性频带内，故障线路的幅值最大。
装置自适应捕捉特征频率f1（50~5000Hz），计算特征频带的范围，从而通过特征频带（f0~f1）的幅值比较来选择故障线路。
若系统未能进行零序CT的极性校验，本算法是首选算法。
本算法不能反应母线故障，选线正确率在95%以上。
Ø特征双频极性比较法（国家发明专利）：
小接地电流系统单相接地时，就其零序电流的暂态分量，在首个容性频带内，故障线路的极性总是相反（不受系统中性点接地方式的影响）。
装置自适应选择能量最大的一个高频率点Fh和一个低频率点Fl，通过两个频率点的极性比较，来选择故障线路。
若系统已经完成零序CT的极性校验，本算法是首选算法。
本算法选线正确率为100%。
Ø暂态信号波形比较法（国家发明专利）：
小接地电流系统单相接地时，就其零序电流、电压的暂态分量，利用故障线路的波形突变总是最大，且具有与零序电压方向相同、与非故障线路方向相反的特点，自动进行波形比较，从而选择故障线路。
本算法是辅助算法，尤其适用于间歇性接地、弧光接地和系统多点接地。
本算法选线正确率为100%。
二、YH-B811小电流接地选线装置通信接口
图CPU插件原理示意图图CPU插件端子图
CPU插件提供一个串口，串口可根据用户需要配置为RS232或RS485通信方式。
CPU插件还提供两个以太网口，一个10M/100M，一个10M，接口方式为RJ45。
装置支持多种通信协议，如IEC101、IEC102、IEC103、IEC104、DNP3.0、CDT92、1801等。
CPU插件有两种类型，分为CPU1插件和CPU2插件，两者的唯一区别是CPU1插件只有一个以太网口，而CPU2插件有两个以太网口，其它功能完全相同。
端子序号
标识
功能描述
1#口
串口2
RS232或RS485串行口，RJ45接线方式
2#口
以太网1
10M/100M以太网口,RJ45接线方式
3#口
以太网2
10M以太网口，RJ45接线方式
指示灯
运行
运行状态指示灯，装置正常工作时一秒钟闪烁一次
指示灯
告警
异常告警指示灯，装置异常时灯亮
1
24V＋
直流24V电源输入（正端），提供双机切换信号和秒脉冲输出信号的电源
2
24V－
直流24V电源输出（负端），提供双机切换信号和秒脉冲输出信号电源的公共端
3
SWI-O
双机切换输出信号
4
SWI-I
双机切换输入信号
5
PPSO
秒脉冲输出信号
6
PPSI
秒脉冲输入信号
第三章F3623CDMA20001XEVDOROUTER简介及通信接口
一、F3623CDMA20001XEVDOROUTER产品简介
F3623CDMA20001XEVDOROUTER采用高性能的工业级ARM9通信处理器，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持静态及动态路由，PPPserver及PPPclient，VPN（包括PPTP和IPSEC）,DHCPse
rver及DHCPclient，DDNS，防火墙，NAT，DMZ主机等功能。
为用户提供安全，高速，稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网络。
本产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。
（一）无线参数
1、支持CDMA20001XEVDORevA无线网络
2、下行速率3.1Mbps，上行速率1.8Mbps
3、支持IS-95A/B和CDMA20001xRTT无线网络
4、支持13KQCELP音频编解码
（二）硬件系统
1、工业级ARM9CPU，主频200M
2、FLASH：
4MB（可扩展至16MB）
3、SDRAM：
16MB（可扩展至64MB）
4、E2PROM：
64KB
5、接口：
1个10/100M以太网口
1个RS232串口。
（根据需要，可支持RS422/RS485），串口速率110~230400bits/s
指示灯：
具有“Power”、“Online”、“Alarm”、“System”、“Link/ACT”五个指示灯。
天线接口：
标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。
SIM/UIM卡接口：
标准的抽屉式用户卡接口。
电源接口：
标准的3芯火车头电源插座。
“Reset”复位按钮，通过此按钮，可将ROUTER的参数配置恢复为出厂值。
6、供电：
外接电源：
DC12V/1.5A
宽电压供电：
DC5~35V
通信电流：
<400mA（12V）
7、无线模块
采用高性能工业级CDMA20001XEVDO无线模块
8、尺寸
外形尺寸：
157x97x25mm（不包括天线和安装件）
9、其他参数:
工作环境温度-25~+65ºC
储存温度-40~+85ºC
相对湿度95%（无凝结）
（三）软件功能
1.支持VPN安全隧道功能,包括PPTP＋MPPE和IPSEC
2.智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
3.支持IPTABLES防火墙，包过滤功能
4.支持多种协议：
TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等。
5.支持动态路由和静态路由
6.支持DHCP功能
7.支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8.支持动态DDNS
9.支持DMZ主机
10.支持路由转发，同时也支持串口数据传输,，数据中心管理
11.支持VPDN网络
12.方便的WEB配置，支持远程WEB管理
13.支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境
14.支持多台终端共享routerppp广域网出口
15.支持多种无线拨号方式：
自动分配，指定IP，指定本地对端IP
16.支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证
17.方便易用的COM及SYSLOG系统诊断，调试功能
18.支持串口本地软件升级
19.支持TFTP软件远程升级
20.同时支持LINUX和WINDOWS操作系统
二、F3623CDMA20001XEVDOROUTER通信接口
无线路由器同时提供RS232接口和10/100M以太网接口，两个接口都采用RJ45座实现，通过面板上的标识区分。
以太网接口处标有“ETH”字样，RS232接口处标有“Console”字样。
（一）以太网口连接方式
A.无线路由器直接与终端设备（YH-B811）通讯
此种连接方式下，1台无线路由器直接接入1台YH-B811小电流接地选线装置。
将网络直连线的一端插到设备后面板上标有“ETH”字样的RJ45座上，另一端插到用户设备（此处为YH-B811小电流接选线装置）的以太网接口上。
网络直连线信号连接如下：
RJ45-1
RJ45-2
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
B.无线路由器与以太网交换机通讯
此种连接方式下，1台无线路由器直接接入多台YH-B811小电流接地选线装置。
将网络交叉线的一端插到设备后面板上标有“ETH”字样的RJ45座上，另一端插到以太网交换机的以太网接口上。
网络交叉线信号连接如下：
RJ45-1
RJ45-2
1
3
2
6
3
1
4
4
5
5
6
2
7
7
8
8
（二）DB9串口连接方式
将RS232控制台线的RJ45端插到设备后面板上标有“Console”字样的RJ45座上，另一端插到用户设备（此处可为PC机或其他带RS232CDB9串口的设备）的RS232串行接口上。
RS232控制台线的信号连接如下：
RJ45
DB9F
1
8
2
6
3
2
4
1
5
5
6
3
7
4
8
7
DB9F串行通信接口信号定义如下表：
引脚
RS232信号名称
描述
相对于ROUTER的方向
1
DCD
载波信号检测
输出
2
RXD
接收数据
输出
3
TXD
发送数据
输入
4
DTR
数据终端准备好
输入
5
GND
电源参考地
6
DSR
数据设备准备好
输出
7
RTS
请求发送
输入
8
CTS
数据设备准备好接收数据
输出
第四章功能需求描述
一、总述
YH-B811小电流接地选线装置是广西星宇智能电气有限公司与西安交通大学小电流选线课题组在长期合作的基础上，开发的新一代基于自适应暂态零序电流特征频带选线理论的小电流接地选线装置。
装置在硬件上采用32位高性能MOTOROLA处理器和16位ADC/512点高速采样系统，设计上采用模块化设计理念，功能强大，配置灵活；在软件上，采用新型选线理论--自适应暂态零序电流特征频带选线理论，该理论不受电网接地方式的影响，对中性不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地系统都适用，选线准确率达100%。
YH-B811小电流接地选线装置独特的选线理论，优异的软、硬件性能，以及随之而来的高选线准确率，使其成为一款极为优秀的小电流接地选线产品。
随着我公司市场方面的大规模推广，YH-B811小电流接地选线产品必将在全国各地、各行各业大规模运行。
伴随而来的是以下问题所带来的费用的增加：
1、接入综合自动化监控系统的问题
2、故障录波及运行数据搜集
3、选线成功率统计问题
4、配置文件上载、下载、检查等。
实现基于F3623CDMA20001XEVDOROUTER的3G无线通信方案，可以实现如下功能：
1、远程上载、下载、修改配置文件；
2、远程读取故障录波，统计分析各种接地类型的故障录波波形；
3、组建数据中心，实现对全国范围内运行的YH-B811的集中管理；集中统计小电流接地接地选线装置的运行数据；
第五章系统方案设计
一、总体设计
系统在项目现场（子站侧）配置1台F3623CDMA20001XEVDOROUTER，1台或多台YH-B811小电流接地选线装置，1台以太网交换机，实现对现场各条线路单相接地选线工作以及信息上传任务；
子站侧可配置当地综合自动化监控系统；
调度主站侧可配置小电流接地选线监控系统；
本公司侧可配置全国范围小电流接地选线装置远程监控系统；
网络拓扑结构图：
图一：
北海远程管理中心网络拓扑图
图二：
当地调度系统监控网络拓扑图
图三：
子站侧采用以太网通信时的网络拓扑图
注释：
图中YH-B811小电流接地选线装置的相关信息可通过无线通道上传当地调度系统，也可以通过子站侧的通信管理器转发调度。
实际应用时，可根据情况选其一。
图四：
子站侧采用串口、以太网口通信时的网络拓扑图
注释：
图中YH-B811小电流接地选线装置的相关信息可通过无线通道上传当地调度系统，也可以通过子站侧的通信管理器转发调度。
实际应用时，可根据情况选其一。
二、系统组成
本远程无线监控及故障录波系统的系统主要分为三大部分：
1、当地变电站（子站侧）；
2、当地调度系统（主站侧1）；
3、北海远程管理中心（主站侧2）；
其中当地调度系统（主站侧1）、北海远程管理中心（主站侧2）均应具有固定的公网IP地址。
硬件设备利用现有设备，仅需做相应参数配置即可。
当地变电站（子站侧）在原有的综合自动化系统基础上，硬件方面需添加如下设备：
YH-B811小电流接地选线装置、F3623CDMA20001XEVDOROUTER、以太网交换机、3GSIM/UIM卡。
三、主站侧系统参数配置
当地调度系统（主站侧1）需要在网络中开放一个固定公网IP地址及相应端口用来与当地变电站（子站侧）的YH-B811小电流接地选线装置通信。
YH-B811小电流接地装置使用的通信端口主要分为两类：
1、维护端口，端口号700，TCP连接，端口号可修改。
2、通信端口，端口号2404，TCP连接，端口号可修改。
北海远程管理中心的网络中心需要开放一个固定公网IP地址，并通过NAT设置将该IP地址映射到局域网中的远程管理终端机的局域网IP地址上。
其端口号同上。
四、子站侧无线路由器的参数配置
子站侧所使用的F3623CDMA20001XEVDOROUTER需要根据YH-B811小电流接地选线装置的以太网口配置、逻辑库配置来确定自身的参数配置情况。
F3623CDMA20001XEVDOROUTER的配置主要涉及到如下几个方面：
1、LAN设置
LANTCP/IP设置采用默认设置。
请确认IP地址；确认子网掩码为255.255.255.0，并与YH-B811小电流接地选线装置的对应网口（一般采用以太网口2）一致。
禁用DHCP服务器功能。
即将“启用DHCP服务器功能”前的√点选掉。
2、NAT设置
添加针对相应IP地址、相应端口号的NAT条目。
现假设下属有2台YH-B811小电流接地选线装置，则需添加的NAT条目有：
序号
服务名
外网起始端口
内网起始端口
端口数目
内网服务器IP地址
协议
1
YH-B811-1
2404
2404
1
192.168.1.200
TCP
2
YH-B811-1
700
700
1
192.168.1.200
TCP
3
YH-B811-2
2405
2405
1
192.168.1.201
TCP
4
YH-B811-2
701
701
1
192.168.1.201
TCP
3、动态域名解析
因无线路由器采用3G卡上网，其IP地址由运行服务商动态分配，路由器每次上电获得的IP地址不一样。
在这种情况下就需要采用动态域名解析服务。
域名提供商（88IP或者3322）允许注册一个域名，这个域名始终对应路由器当前的动态IP地址。
这样通过访问域名就可以访问到路由器当前的最新InternetIP地址。
例子如下：
A、启用动态域名解析服务：
勾选“启动动态域名解析”。
B、域名提供商：
C、域名提供商主服务器：
默认
D、域名提供商备服务器：
默认
E、用户名：
xysmart
F、密码：
****（为你在申请域名时填写的密码）
G、更新时间间隔：
默认
五、子站侧小电流接地选线装置的参数配置
当地变电站（子站侧）YH-B811小电流接地选线装置的参数必须与无线路由器的参数设置相配合。
如A台YH-B811的以太网口2必须设置为192.169.1.200，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.1.2，路由网络202.103.247.0；IEC104规约上传端口设置为2404，维护规约端口号设置为700；另外远传逻辑库IP地址为202.103.247.70。
B台YH-B811的以太网口2必须设置为192.168.1.201，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.1.2，路由网络202.103.247.0；IEC104规约上传端口设置为2405，维护规约端口号设置为701；另外远传逻辑库IP地址为202.103.247.70。
六、子站侧各台YH-B811小电流接地选线装置的区分与识别
因子站侧的1台或多台YH-B811小电流接地选线装置均通过无线路由器与主站侧建立通信，所以必须对各台YH-B811小电流接地选线装置进行区分和识别。
不同现场的无线路由器其3G卡的IP地址或对应的域名互不相同；可用来区分不同项目现场。
同一项目现场的各台YH-B811小电流接地选线装置的网口2的IP地址必须在同一网段且互不相同，端口号必须互不相同。
七、配套软件需进行的相应更改
针对该方案，主站侧及子站侧相应软件需做部分调整。
主要调整需求如下：
1、YH-B811小电流接地选线装置的维护规约端口默认为700，但应可修改；
2、当地调度系统侧通信通道参数设置时应支持域名填写。
我公司YH-5000变电站监控系统脱胎于电力调度系统软件，经测试已经具备该功能。
3、YH-B5810VIEW维护软件在通信设置时应既能填写域名，也能填写IP地址；
第六章结构与安装
一、YH-B811小电流接地选线装置的安装
YH-B811小电流接地选线装置可适应两种安装方式：
1、在屏体上安装
2、在开关柜上安装
其安装尺寸如图：
二、以太网交换机的安装
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