输电线路在线监测装置规约设计

引言

南方电网覆冰预警监测系统经过多年的建设和运行后目前已经进入成熟发展期。通过对多年的应用和改进之后形成了一套成熟的适用于GPRS通信方式的监测装置通信报文规约。

一、规约设计要求

输电线路在线监测装置大部分安装在野外，与主站之间的通讯主要采用GPRS方式。GPRS网络传输速度较低、稳定性较差，因此在规约的设计中充分考虑了通讯容错功能。

由于输电线路在线监测装置的功能还在不断创新研发中因此未来规约需要不断的进行更新以适应输电线路在线监测技术发展的要求，为了新旧装置能在同一个网络环境中共存，通讯规约需要具备版本自动识别的能力。

在实际应用中为了降低数据接收服务器资源消耗装置与主站之间应尽量采用UDP方式进行通讯，规约需要满足UDP无连接的应用环境。

二、 规约的主要内容

针对安装在野外的监测装置，通信规约的设计中必须要考虑装置与后台主站之间的数据交互、控制交互，其中数据接收功能需要考虑能够接收现场照片等大容量的数据，为了便于分析装置的运行状态规约设计中还需要包含装置的工作状态以及装置自检数据。

1.报文组织形式

规约中报文的组织形式采用数据帧格式进行组织，如表1所示：

表1：帧格式

报文采用起始码加数据长度的方式来区分每一帧报文，采用校验码和结束码双重方式来对帧数据的合法性进行校验。

2.握手报文设计

在一般的输电线路在线监测系统运行模式下由于主站端无法判断终端装置所采用的规约版本，主站端在一个特定的端口上只能与特定版本的终端进行通讯，每次通讯规约发生变化就需要新开端口进行数据接收，带来了系统运行维护上的不方便。

输电线路在线监测装置通讯规约的设计上采用握手机制，装置在首次与主站端交互时就向主站发送装置所采用的规约版本信息。主站端在接收到报文后为该装置分配相应版本的规约解析模块，并在后续的通讯中持续采用该模块与装置进行通讯。

3. 数据报文设计

在数据报文的设计中考虑到野外的输电线路在线监测装置如果由于信号原因导致监测数据无法及时传输到监测主站，在后续的补传中如果采用实时数据的传输方式按条进行传输，每条数据都需要与监测主站有一个确认的过程，势必会降低数据补传的效率。因此在数据报文的设计中采用了一帧中封装多个数据包的方式进行传输。封装形式见表2。

表2：监测数据域

在每包的时间戳设计上采用压缩的方法进行，除了首包采用6字节以外，后续所有包的时间戳都采用两字节来表示与前一包的时间差，以降低每条数据所占用的字节数，使数据包传输更有效率。

4.图像及曲线类报文设计

对于输电线路在线监测中的图像和曲线类数据由于数据量比较大，数据长度会超过每个包的最大允许字节数1000字节。在规约中专门针对这类数据设计了报文交互流程以确保监测数据采用高效、可靠的方式传输到监测主站。报文交互流程见图1。

图1：大数据发送流程

在数据量较大的情况下规约中设计了请求开始传输和请求结束传输两个应答过程，这两个过程都由监测终端发起，由监测主站确认完成。而在中间数据的传输过程中则省略了数据包的应答过程，从而使数据的传输时间因为不需要主站确认而得到压缩。

三、应用情况

本通讯规约从08年设计并在贵州电网输电线路覆冰在线监测系统中投入应用，目前已经在南方电网全网进行了推广，应用范围也从初期的覆冰监测终端推广到了气象监测、舞动监测、山火监测、危险点监测等多种监测系统的应用。经过实践检验本规约的设计能够适应野外较恶劣的网络环境，保证输电线路在线监测终端与监测主站之间数据可靠、稳定的传输，达到了设计的要求。

四、 结束语

本文讲述了一种输电线路在线监测装置与监测主站之间通讯规约的设计，重点描述了规约可靠性和扩展性方面的实现原理。