孔令飞
（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）
0 引 言
随着电力通信系统在电力系统中的应用日益广泛，其可靠性和稳定性越来越受到关注，需要对电力通信系统的可靠性设计方面进行研究，探索影响电力通信系统可靠性的因素、可靠性评估方法和技术、组件选型和配置设计、可靠性试验和验证等方面的内容，以期为电力通信系统的可靠性设计和维护提供一些有益的参考与指导。
1 电力通信系统的可靠性分析
1.1 可靠性概念和指标
可靠性是指系统或组件在规定的使用环境和使用时间内，能够保持正常运行状态的能力。在电力通信系统中，可靠性是衡量系统能够在运行过程中保持正常工作状态的指标[1]。
可靠性指标中，故障率指在单位时间内出现故障的概率，是衡量系统可靠性的指标，也是预测系统故障的关键参数。可用性是指系统在规定时间内正常运行的时间占总时间的比例，为衡量系统正常运行时间的指标。平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure，MTBF）为系统或设备平均无故障运行的时间，是衡量系统稳定性的指标。平均修复时间（Mean Time To Repair，MTTR）是指系统或设备在故障后修复的平均时间，为衡量系统可维护性的重要指标之一。可恢复性是指系统或设备在出现故障后，能够在规定时间内恢复到正常运行状态的能力。容错性为系统在出现故障时，能够继续正常运行的能力，也称为故障容忍度[2]。
在研究电力通信系统可靠性设计和维护时，需要对这些指标进行详细的分析和研究，从而提高系统的可靠性，保障系统的正常运行。
1.2 电力通信系统的可靠性影响因素分析
电力通信系统可靠性会受到多种因素的影响，其经常运行在高温、低温、高湿度、强电磁干扰等恶劣环境中，上述环境因素可能导致系统元器件老化、损坏或失效。电力通信系统的设计质量也是影响其可靠性的关键因素，不合理的设计可能导致系统结构不稳定、部件选型不当、散热不良等问题，直接影响着系统的可靠性。同时，运行时的操作、维护、检修等也可能会影响系统的可靠性。维护因素也会对电力通信系统可靠性带来影响，若维护不当则会导致系统出现问题，影响系统的可靠性[3]。技术因素对电力通信系统可靠性的影响比较大，选用的可靠性技术和器件会进一步提升系统的可靠性，避免由于技术缺陷和元器件故障产生通信中断。
1.3 可靠性评估方法与技术
电力通信系统的可靠性评估是对系统可靠性进行定量和定性分析，旨在为系统设计、运营和维护提供可靠性保障。故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）是一种分析系统故障的方法，通过对故障发生的可能性、概率以及影响进行分析，找出故障产生的根本原因，从而提高系统的可靠性。事件树分析（Event Tree Analysis，ETA）为一种分析系统可靠性的方法，通过对系统故障和失效的可能性、概率以及影响进行分析，确定系统运行中可能发生的事件和故障模式，从而提高系统的可靠性。可靠性试验是通过对系统或部件进行实际的测试和观察，评估系统或部件的可靠性水平，这种方法能够直接反映系统的可靠性水平，是一种可靠性评估的重要手段。失效模式和影响分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）是一种通过对系统或部件进行分析和评估，确定故障产生的原因和可能的影响，从而提高系统可靠性与安全性的方法。可靠性增长分析（Reliability Growth Analysis，RGA）是一种通过对系统故障和失效进行分析，确定系统故障率的变化趋势，从而预测系统未来可靠性水平的方法。
2 电力通信系统的可靠性设计
2.1 系统结构设计
在进行电力通信系统结构设计时要先进行功能模块划分，根据电力通信系统的功能，将其划分为若干个功能模块，每个模块负责一个或多个特定的功能。可以将电力通信系统划分为数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块以及数据传输模块等，这种模块化设计能够提高系统的可维护性和可扩展性。在确定了功能模块后对系统进行分层设计，根据系统的功能和数据流向，将系统分为若干层次，如物理层、数据链路层、网络层以及应用层[4]。分层设计能够降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。
冗余设计是确保电力通信系统安全运行的重要保障，要能应对主要元素失效的情况，对此可以设计双机热备、多机冷备、双电源供电等冗余方案，以提高系统的可靠性和可用性。一方面，电力通信系统需要具备良好的可扩展性，以满足未来的需求，可以采用分布式设计、异构系统设计等方案，提高系统的可扩展性和可升级性。另一方面，电力通信系统要具备高度的安全性，在系统设计时采取安全性设计方案，如采用加密传输、身份验证、访问控制等技术，以提高系统的安全性。
2.2 组件选型和配置设计
在对电力通信系统进行组件选型和配置设计时，要根据系统的功能与性能要求选择适合的硬件组件，可以选择高速处理器、大容量存储器、高速网络接口卡等组件，以提高系统的性能和可靠性。在软件选型方面，要根据系统的功能和性能要求，选择适合的软件组件，可以选择高效的数据库管理系统、优秀的通信协议、高度可靠的操作系统等，以提高系统的性能和可靠性。开展配置设计时，需要根据系统的功能和性能要求，合理配置系统组件，可以根据系统负载情况，调整服务器集群的数量和配置；针对数据库的读写比例，调整存储系统的存储结构等，以提高系统的性能和可靠性。对系统进行兼容性设计，要确保电力通信系统需要具备较好的兼容性，可以选择通用的数据格式，遵循标准的通信协议，以提高系统的兼容性和互操作性。维护性设计需要考虑到系统的维护成本和难度，可以选择易于维护的硬件和软件组件，设计易于维护的系统架构等，以提高系统的可维护性和可靠性[5]。
2.3 系统可靠性试验与验证
电力通信系统的可靠性试验和验证是评估系统可靠性的关键环节，可以对系统的性能、可靠性、稳定性以及安全性进行全面的评估，为系统的稳定运行提供有力的保障。测试方案设计是可靠性试验和验证的第一步，需要制定详细的测试方案，包括测试的目标、测试的内容、测试的方法、测试的步骤等，以确保测试的全面性和准确性。测试环境的搭建是可靠性试验和验证的关键环节，搭建逼近实际运行环境的测试环境，并对环境进行充分的测试和验证，以确保测试结果的真实性和可靠性。测试数据的收集和分析是可靠性试验与验证的必要条件，需要对测试过程中产生的大量数据进行收集、存储以及分析，以得出有意义的测试结果和结论。此外，根据测试结果对系统进行优化和调整，以提高系统的可靠性、稳定性以及安全性。
3 案例分析
3.1 案例简介
某供电公司通信系统负责监测电力系统的运行状态，并及时反馈给操作人员以确保电力系统的正常运行和安全性。但系统存在多种故障和问题，导致其可靠性和稳定性较差，无法满足实际运行需求。对此，需要针对系统的可靠性问题进行全面的分析和研究，并提出相应的解决方案。
3.2 系统可靠性分析
对该电力通信系统进行了为期半年的故障统计和分析，结果如表1 所示。
表1 电力通信系统半年的故障统计
通过故障分析和故障率统计，发现系统软件故障与电源故障是影响该电力通信系统可靠性的主要因素。因此对系统软件进行了升级和优化，增强了其稳定性和可靠性，增加了备用电源，以保证系统在主电源故障时能够正常运行，加强对线路的维护和保养，及时排除故障。经过实际应用和测试，上述措施取得了明显的效果。半年时间内，该电力通信系统未出现任何重大故障，稳定性和可靠性得到了大幅提升。
对电力通信系统在不同环境条件下的运行情况进行数据统计和分析，以进一步验证系统设计的可靠性与适用性。在不同温度、湿度以及电磁干扰条件下对系统进行了测试，并记录了系统的故障率和故障持续时间等指标，结果如表2 所示。
表2 运行环境及故障情况
由表2 中数据可知，在高温高湿和存在干扰的情况下，系统的故障率明显升高，故障持续时间也相应延长。通过优化系统的散热设计，增加系统的通风口和散热片数量，提高系统的散热能力，以降低系统温度。同时，在环境湿度较高的情况下，可以增加防潮措施，如在组件表面涂覆防潮漆或使用防潮剂等。采取合适的屏蔽措施，如使用屏蔽材料或屏蔽结构，减少电磁干扰对系统的影响。在选用电子元器件时，可以优先选择抗干扰性能较好的元器件，提高系统的抗干扰能力。优化组件选型，选择更加适合系统环境和工作条件的组件，如选择更高品质的电子元器件，选择更加稳定可靠的通信设备等，从而提高系统的可靠性和适用性。通过以上措施，可以不断优化系统设计和组件选型，提高系统的可靠性与适用性，保证系统的正常运行，从而满足电力通信系统高可靠性的要求。
3.3 改进后效果分析
改进前后的系统可靠性指标对比统计数据如表3所示。
表3 改进前后的可靠性评价
通过对比分析可以看出，改进后的系统可用性得到了显著提高，故障频次得到了大幅降低，平均修复时间也明显缩短。表明改进方案具有很好的效果，成功提高了系统的可靠性水平。同时，还进行了系统的运行环境测试，测试结果表明系统在不同环境下均能正常运行，并且在高温、低温和电磁干扰等恶劣环境下仍然保持了较高的可靠性水平。这说明了设计的实现方案不仅具有较高的可靠性水平，而且在不同环境下均能适用。
4 结 论
可靠性是电力通信系统设计和运行的重要指标，直接关系到系统的安全性和稳定性。通过深入分析影响系统可靠性的各种因素，包括组件可靠性、运行环境等，在实际案例分析中，对系统的故障率、故障模式、故障持续时间等指标进行分析，可以确定系统故障的原因和规律，进而优化系统设计和改进组件选型。对系统运行环境的分析也可以确定系统的适用范围和环境条件，从而为系统的可靠性提供保障。综上所述，电力通信系统的可靠性设计和维护是一个复杂的工作，需要全面考虑各种因素。只有在系统设计和运行的各个方面都考虑到可靠性，才能保证系统的安全稳定运行。
