淺析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置在智能變電站中的應(yīng)用

蘇昕

（國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司 浙江嘉興 314033）

淺析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置在智能變電站中的應(yīng)用

蘇昕

（國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司 浙江嘉興 314033）

在對(duì)智能變電站進(jìn)行研究的過程中，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析至關(guān)重要，為事故分析及運(yùn)行維護(hù)提供了依據(jù)。對(duì)此，本文首先對(duì)智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了概述，然后介紹了如何運(yùn)用該裝置對(duì)報(bào)文進(jìn)行分析從而查找故障點(diǎn)。

智能變電站；網(wǎng)絡(luò)報(bào)文；分析

1 引言

隨著智能變電站技術(shù)的發(fā)展，變電站過程層、間隔層、站控層的通信網(wǎng)絡(luò)報(bào)文已經(jīng)逐成為變電站智能電子設(shè)備之間進(jìn)行信息交互的主要方式。智能電子設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)的健康狀況將直接影響整個(gè)智能變電站的安全運(yùn)行。因此，對(duì)智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行有效的監(jiān)視、記錄及分析至關(guān)重要。

網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析及記錄裝置的出現(xiàn)有效地對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行了在現(xiàn)，通過記錄通信報(bào)文，還原整個(gè)信息處理過程，為運(yùn)行及維護(hù)人員處理異常提供了依據(jù)。

2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置概述

智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析功能主要應(yīng)用于智能變電站站控層及過程層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有通信報(bào)文進(jìn)行在線分析，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)視，及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，并根據(jù)所記錄的系統(tǒng)通信報(bào)文進(jìn)行離線分析，可以快速準(zhǔn)確的查找出系統(tǒng)存在的隱患和異常，并且對(duì)系統(tǒng)異常情況以及錯(cuò)誤原因進(jìn)行分析，從而指導(dǎo)技術(shù)人員準(zhǔn)確定位故障位置并及時(shí)排除安全隱患。

智能網(wǎng)絡(luò)記錄分析系統(tǒng)一般由一套后臺(tái)管理機(jī)和一套或多套記錄分析裝置構(gòu)成，后臺(tái)管理機(jī)單元與記錄分析裝置間通過千兆以太網(wǎng)連接。記錄分析裝置采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配置大容量的存儲(chǔ)單元，將通訊、采集等軟件功能硬件化，確保裝置具有足夠的數(shù)據(jù)采集精度和數(shù)據(jù)處理能力，并且系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。各偵聽端口接收智能變電站內(nèi)各功能層的通信原始數(shù)據(jù)，對(duì)接入網(wǎng)路通信報(bào)文數(shù)據(jù)無損捕捉、完整記錄、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)在線分析，監(jiān)視整個(gè)變電站的通信狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)通信環(huán)節(jié)中的異常或故障并告警。后臺(tái)管理機(jī)管理多套記錄分析裝置，主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和數(shù)據(jù)管理功能，將記錄分析裝置上送的信息分類，以圖形化實(shí)時(shí)顯示，并配合可讀性強(qiáng)的文字信息，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，還提供數(shù)據(jù)下載功能和強(qiáng)大離線分析功能，提供大量通俗化的友好圖形界面，將復(fù)雜生澀的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)約信息“翻譯”成可讀性強(qiáng)的圖形和文字信息，適用于更多的運(yùn)行檢修人員使用，以便及時(shí)處理運(yùn)行中的問題。

3 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置數(shù)據(jù)偵聽方式

3.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式

配置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯集裝置，根據(jù)變電站MU的數(shù)量合理分配使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯集裝置的端口，對(duì)匯集裝置進(jìn)行vlan劃分，然后通過光纖接入記錄分析裝置的數(shù)據(jù)偵聽口。

（1）站控層：通過交換機(jī)鏡像方式，將監(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與交換機(jī)的連接接口信息鏡像至網(wǎng)絡(luò)分析儀與交換機(jī)的連接接口，鏡像口和被鏡像口必須在同一臺(tái)交換機(jī)上。

（2）合并單元和智能終端通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式接入，既可以直接接入記錄裝置，也可以通過數(shù)據(jù)匯集裝置匯集后接入。

（3）遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)信息接入（104、101等），通過鏡像、串入、高阻并接等方式偵聽信息。

3.2 組網(wǎng)方式

在考慮端口接入流量的情況下，可以接入變電站的各個(gè)間隔的子網(wǎng)。或者在過程層流量不是很大的情況下接入變電站過程層主干網(wǎng)。

（1）站控層：通過交換機(jī)鏡像方式，將監(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與交換機(jī)的連接接口信息鏡像至網(wǎng)絡(luò)分析儀與交換機(jī)的連接接口，鏡像口和被鏡像口必須在同一臺(tái)交換機(jī)上。

（2）過程層信息通過各個(gè)子網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)分析裝置，每個(gè)端口正常運(yùn)行時(shí)接入6～8個(gè)合并單元為宜（流量大約占端口總流量的40～50%），智能終端的數(shù)量不受限制。

4 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析的功能

網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析及記錄裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)SV采樣值報(bào)文、GOOSE報(bào)文、MMS報(bào)文以及1588對(duì)時(shí)報(bào)文的在線監(jiān)測分析、離線報(bào)文分析以及采樣值的波形記錄分析等。

4.1 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文實(shí)時(shí)記錄、監(jiān)視及分析

實(shí)時(shí)分析報(bào)文，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通訊過程中的錯(cuò)誤，給出預(yù)警信息并啟動(dòng)報(bào)文記錄。啟動(dòng)報(bào)文記錄的條件包括：報(bào)文格式錯(cuò)誤：SV、GOOSE、MMS等報(bào)文格式錯(cuò)誤；報(bào)文不連續(xù)：丟幀、重復(fù)、超時(shí)等；報(bào)文不同步；數(shù)據(jù)屬性變化：品質(zhì)因數(shù)變化、同步標(biāo)志變化等；SV采樣異常：頻率不穩(wěn)定、雙A/D不一致等；對(duì)時(shí)服務(wù)事件：時(shí)鐘加入、退出、切換等。

4.2 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文離線分析

離線分析報(bào)文，可以對(duì)任意時(shí)段的通信記錄進(jìn)行詳細(xì)分析，查找系統(tǒng)隱患、定位故障并分析故障原因。

（1）鏈路分析，解析各個(gè)以太報(bào)文，分析所有鏈路通訊過程，對(duì)各種異常報(bào)文、過程進(jìn)行詳細(xì)分析并提交分析結(jié)果。

（2）網(wǎng)絡(luò)分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量、報(bào)文統(tǒng)計(jì)信息等進(jìn)行綜合分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行全面評(píng)估。

（3）MMS報(bào)文分析，包括MMS報(bào)文解析、MMS過程分析。

（4）GOOSE報(bào)文分析，包裹GOOSE報(bào)文解析、GOOSE過程分析，詳細(xì)解析報(bào)文或過程層信息，并快速準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)和故障原因。

（5）SV報(bào)文分析，包括SV報(bào)文解析、SV完整性分析、頻率分析等。

4.3 波形記錄分析

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過對(duì)記錄的網(wǎng)絡(luò)原始報(bào)文進(jìn)行分析，還原電力系統(tǒng)一次設(shè)備故障波形以及二次設(shè)備動(dòng)作行為，便于事故后分析和快速查找故障原因。

4.4 網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文統(tǒng)計(jì)、異常報(bào)警

實(shí)時(shí)監(jiān)視及分析網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的增加和刪除、報(bào)文流量、幀速、通信狀態(tài)等，給出預(yù)警信息并啟動(dòng)報(bào)文記錄。啟動(dòng)報(bào)文記錄的條件包括：流量異常、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、節(jié)點(diǎn)突增、通信超時(shí)、通信中斷等。

5 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析裝置實(shí)例分析

以PCR901系列網(wǎng)絡(luò)分析儀為例，在線監(jiān)測分析由兩個(gè)窗口組成，分別是PCR901系統(tǒng)日志、PCR901后臺(tái)管理機(jī)。PCR901系統(tǒng)日志的作用以列表形式把各個(gè)接入設(shè)備MMS報(bào)文、GOOSE報(bào)文、SV報(bào)文、其他格式報(bào)文、網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)的常規(guī)信息、告警信息、錯(cuò)誤信息羅列出來；PCR901后臺(tái)管理機(jī)的作用實(shí)時(shí)在線分析接入各個(gè)設(shè)備裝置對(duì)應(yīng)報(bào)文，展示出設(shè)備運(yùn)行對(duì)維護(hù)人員最重要的信息以及離線報(bào)文搜索、下載。

離線報(bào)文分析是通過EtherCA軟件直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀記錄的報(bào)文進(jìn)行最詳細(xì)的分析。通過原始報(bào)文翻譯樹形結(jié)構(gòu)，信息列表，圖形方式等多種形式，讓維護(hù)人員在發(fā)生事件之后，了解發(fā)生事件前，和發(fā)生事件后，裝置相關(guān)信息的變化，使問題一目了然，判定事件的原由。

例如某變電站10kV2#電容器保測裝置在2015-04-15 09：49：02到2015-04-15 09：50：09從檢修狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)之間的不斷切換，同時(shí)從2015-04-15 09：49：06 到 2015-04-15 09：49：59，斷路器的位置發(fā)生一系列動(dòng)作。對(duì)于10kV 2#電容器保測裝置這段時(shí)間變換前后的運(yùn)行狀態(tài)，以及在變換過程中設(shè)備具體運(yùn)行狀態(tài)，通過PCR901系統(tǒng)日志里面的事件，即可下載報(bào)文同時(shí)打開分析報(bào)文，實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV 2#電容器保測裝置這段時(shí)間離線報(bào)文分析，從而得知該時(shí)間點(diǎn)的設(shè)備運(yùn)行狀況（見圖1）。

而PCR901后臺(tái)管理機(jī)則記錄著每個(gè)偵聽口接入的設(shè)備，流量，設(shè)備狀態(tài)等信息，圖2中可以看到10kV分段合并單元失步、2#主變10kV低分支1合智一體裝置2與1#主變10kV側(cè)合智一體裝置2時(shí)鐘異常，如需進(jìn)一步查看異常原因，還可通過離線分析對(duì)報(bào)文進(jìn)行解讀。

6 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析及記錄裝置運(yùn)行及維護(hù)

網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)，需注意指示燈的變化以及出現(xiàn)的告警信息。指示燈一般用來指示裝置的運(yùn)行情況，指示燈有變化時(shí)，及時(shí)查看設(shè)備哪里出了問題，不能處理及時(shí)告知廠家。

保證裝置正常運(yùn)行的情況下，如有告警信息，要分清告警的種類，及時(shí)找出相關(guān)設(shè)備。如果發(fā)生事故，調(diào)出相關(guān)保護(hù)跳閘報(bào)文，分析保護(hù)跳閘信號(hào)的動(dòng)作過程，并結(jié)合采樣值，綜合分析整個(gè)的故障過程。

圖1

圖2

7 結(jié)語

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析及記錄裝置主要應(yīng)用于基于通信網(wǎng)絡(luò)的智能變電站。通過海量記錄SV報(bào)文、Goose報(bào)文以及MMS報(bào)文，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行選擇性過濾，而且還可以統(tǒng)計(jì)在線紀(jì)錄以及流量數(shù)據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)流量出現(xiàn)異常，就會(huì)及時(shí)發(fā)出警告，而網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析系統(tǒng)能夠?qū)κ鹿蔬M(jìn)行在線監(jiān)測和分析，避免出現(xiàn)系統(tǒng)事故。與此同時(shí)，還能夠提前發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)和故障設(shè)備，預(yù)防系統(tǒng)事故的發(fā)生，直接避免由于通信網(wǎng)絡(luò)故障或一次設(shè)備、二次設(shè)備故障導(dǎo)致的系統(tǒng)事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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TM63

A

1004-7344（2016）25-0104-02

2016-6-29

蘇昕（1983-），男，電力工程技術(shù)工程師，本科，主要從事繼電保護(hù)自動(dòng)化工作。