智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)及其故障研究

甘肅省送變電工程公司變電安裝分公司 蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 王仕俊

西藏電力有限公司電力科學(xué)研究院供電服務(wù)中心 劉雪強(qiáng)

蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張 慧 師廣輝

甘肅省送變電工程公司變電安裝分公司 王定剛

1.引言

采用智能一次設(shè)備和光纜通信的二次回路是智能變電站的特點(diǎn)，智能變電站可以避免因?yàn)槭褂秒娎|而帶來(lái)的電磁兼容、傳輸過電壓、交直流誤碰等問題。使用光纖進(jìn)行傳輸可以簡(jiǎn)化二次回路，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、保護(hù)采樣、閉鎖等變電站二次系統(tǒng)的分布式功能，另外這種通信技術(shù)可以提高二次信號(hào)的可靠性。如何實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的“二次回路”狀態(tài)實(shí)現(xiàn)可視化來(lái)輔助運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是智能變電站亟待解決的問題。

2.通信狀態(tài)的監(jiān)視分析

影響智能變電站二次系統(tǒng)正常且安全運(yùn)行的因素有以下幾個(gè)：智能變電站設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信過程與系統(tǒng)配置的一致性、網(wǎng)絡(luò)通信的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況。鑒于這些因素影響智能變電站的安全運(yùn)行情況，因此必須對(duì)智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行保護(hù)采樣、合閘、啟動(dòng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)視與分析。GOOSE系統(tǒng)是一種面向通用對(duì)象的變電站事件，可以實(shí)現(xiàn)控制閉鎖、合閘、啟動(dòng)等二次系統(tǒng)的分布式功能。GOOSE是IED裝置之間的水平通信方式，為了方便通信二次回路調(diào)試及運(yùn)行值班人員進(jìn)行日常監(jiān)視，當(dāng)前一些后臺(tái)和監(jiān)控中心的人機(jī)界面是由IED根據(jù)發(fā)送的GOOSE報(bào)文的有效性來(lái)判斷通信狀態(tài)的，從而根據(jù)GOOSE報(bào)文來(lái)控制通信狀態(tài)的中斷和恢復(fù)狀態(tài)，然后這些信息再通過MMS送到后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控。

在變電站的后臺(tái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和無(wú)人值班室中設(shè)計(jì)GOOSE通信進(jìn)行在線監(jiān)控，可以采用光字牌對(duì)GOOSE通信狀態(tài)進(jìn)行反映，采用此種方式需要很多光字牌畫面，對(duì)GOOSE通信狀態(tài)進(jìn)行全面可視化監(jiān)控的直觀性會(huì)受到很大影響。鑒于這種缺陷可以專門設(shè)計(jì)一種GOOSE通信狀態(tài)的二維監(jiān)視圖，從而將發(fā)送與接收IED裝置之間的通信狀態(tài)表示為不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，例如正常可以用綠色、中斷可以紅色進(jìn)行識(shí)別。

3.GOOSE故障特征模型

智能變電站的后臺(tái)監(jiān)控采用的是GOOSE通信狀態(tài)按2倍報(bào)文在有效時(shí)間內(nèi)進(jìn)行接收來(lái)判別，一般情況下都無(wú)法識(shí)別二次回路的不正常狀態(tài)，所以會(huì)存在保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的可能性。為了避免這種情況的出現(xiàn)，應(yīng)該對(duì)GOOSE通信中初始化、離線、再現(xiàn)模型的一致性進(jìn)行監(jiān)視和分析，以達(dá)到滿足二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修對(duì)二次回路通信狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的目的。利用訪問介質(zhì)例如MAC地質(zhì)劃分邏輯路來(lái)重點(diǎn)對(duì)GOOSE通信進(jìn)行防止錯(cuò)誤操作的動(dòng)作以及對(duì)記錄文件的字?jǐn)?shù)節(jié)數(shù)進(jìn)行故障診斷。

以上模型可以對(duì)GOOSE報(bào)文與SCD文件的一致性進(jìn)行分析。因?yàn)镚OOSE報(bào)文中的應(yīng)用標(biāo)識(shí)、控制模塊、配置版本等核對(duì)數(shù)據(jù)都會(huì)在SCD文件中顯示出來(lái)，一旦出現(xiàn)不相符合的地方，將被給出警示。

以上模型還可以對(duì)GOOSE報(bào)文的符合性進(jìn)行判斷。根據(jù)通信行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，狀態(tài)號(hào)和序列號(hào)的變化情況可以分為以下幾種情況，一旦有不符合的情況出現(xiàn)將給出相應(yīng)的提示。第一，當(dāng)裝置處于重啟狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)顯示的值為1，序列號(hào)的值也為1。第二，如果系統(tǒng)沒有的新的報(bào)文時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)值保持不變，序列值加1；當(dāng)狀態(tài)值達(dá)到最大時(shí)，則序列號(hào)為1，如果序列值減1后不等于前一篇報(bào)文則可以認(rèn)為有信息丟失。第三，當(dāng)有新事件發(fā)生時(shí)候，狀態(tài)值為1，序列值為0；如果狀態(tài)值達(dá)到最大時(shí)，序列值為1。

這種利用GOOSE故障特征原理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)記錄的分析方法，能夠在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)報(bào)文發(fā)生錯(cuò)誤的可能性并對(duì)信息的丟失和中斷進(jìn)行檢測(cè)，從而可以采取綜合分析方法對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

4.智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信故障的分析方法

下面以某一變電站中監(jiān)控系統(tǒng)的通信中斷故障分析為例。問題中談?wù)摰淖冸娬静捎玫氖请p以太星型網(wǎng)，間隔層與站級(jí)層之間采用的是MMS協(xié)議。變電站投入使用后發(fā)生中斷故障的概率尤其的高。

4.1 對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行測(cè)試

在確定故障的原因時(shí)，可以采用移動(dòng)記錄分析儀在變電站內(nèi)進(jìn)行測(cè)試如果端口交換機(jī)具有鏡像功能，則可以在后臺(tái)1的A網(wǎng)和后臺(tái)2的A網(wǎng)、遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)的端口接入交換機(jī)的鏡像端口，如果不采用這種方式可以將移動(dòng)記錄儀網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽口接入接口直接與被測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。一旦發(fā)現(xiàn)有中斷的情況，利用分析程序?qū)?bào)文記錄進(jìn)行定量分析，如果移動(dòng)記錄分析儀具有在線分析的功能，則可以利用邏輯通信分類對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤的邏輯進(jìn)行二次回路的檢測(cè)檢查傳輸層和應(yīng)用層的協(xié)議是否有符合性的錯(cuò)誤，是否有丟失、中斷的問題。

利用移動(dòng)式報(bào)文對(duì)此變電站進(jìn)行在線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了1號(hào)變壓器與裝置A網(wǎng)之間有符合性的錯(cuò)誤丟失了一些數(shù)據(jù)。同時(shí)后臺(tái)監(jiān)控報(bào)1號(hào)主變壓器與GOOSE側(cè)網(wǎng)的A網(wǎng)、B網(wǎng)中斷。在研究中報(bào)文設(shè)置的有效時(shí)間為10s，20s內(nèi)1號(hào)主變壓器就可以接收到GOOSE報(bào)文，準(zhǔn)確讀出通信中斷的位置，然后通過MMS協(xié)議將此狀態(tài)發(fā)送到后臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)際上，1號(hào)主變壓器只丟失了一小部分信息，在20s內(nèi)1號(hào)主變壓器就受到了心跳報(bào)文，因而給對(duì)發(fā)生中斷的地方進(jìn)行定位提供了便利。

4.2 對(duì)所發(fā)生的故障進(jìn)行分析

在1號(hào)主變壓器發(fā)送MMS報(bào)告協(xié)議后，就發(fā)現(xiàn)有2項(xiàng)信息發(fā)生了變化，并且在2s內(nèi)就進(jìn)行了歸位。通過SCD配置工具對(duì)接收到的GOOSE數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，報(bào)告中對(duì)這項(xiàng)的描述為：描述為：“40:1號(hào)主變壓器220kV與1號(hào)主變壓器35kV之間GOOSE通信中斷；41:1號(hào)主變壓器llOkV與1號(hào)主變壓器35kV之間GOOSE通信中斷”，這一報(bào)告充分說明后臺(tái)發(fā)布的信息準(zhǔn)確無(wú)誤，從而就可以排除后臺(tái)監(jiān)控發(fā)生差錯(cuò)的可能性。根據(jù)以上信息就可以初步斷定發(fā)生中斷的原因是側(cè)控裝置；另一種可能就是測(cè)控裝置中GOOSE發(fā)送的心跳時(shí)間為2s，而現(xiàn)場(chǎng)收到的信息為5s。綜合這兩種情況就可以有針對(duì)性對(duì)發(fā)生故障的原因及位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。

5.結(jié)語(yǔ)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)及其故障研究是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，因而在實(shí)際操作中應(yīng)該注意應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)對(duì)故障進(jìn)行科學(xué)合理的檢測(cè)從而真正發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并使這些問題得到最合理的解決。

[1]徐穎秦,沈艷霞,紀(jì)志成.基于網(wǎng)絡(luò)通信的變電站數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].中國(guó)電力,2005(6).

[2]王治民,陳炯聰,任雁銘.網(wǎng)絡(luò)通信記錄分析系統(tǒng)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010(14).

[3]魏洪,王亮.基于UDP協(xié)議的變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)智能終端[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012(23).