繼電保護信息遠傳可靠性提升系統的設計與應用

黃樂++戎春園++姜健琳+宋亮

摘 要：系統針對電網繼電保護故障信息處理系統（以下簡稱保信系統）主子站之間報文傳輸過程中出現的問題進行研究。為保證用戶能直觀觀察到報文傳輸過程中出現的問題而能及時采取預防和糾正措施，系統提供圖形化的報文動態展示界面，同時自動對傳輸過程中出現的各種異常進行識別、記錄以及統計，并以圖表的方式展示給用戶。協助用戶對保信系統的傳輸環節進行改進和預防。

關鍵詞：保信系統；報文傳輸；可靠性

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0143-04

1 前言

保信系統從投運以后，接入的各保信子站繼電保護報文上傳可能會出現數據失真問題，對上級機構根據保信信息進行電網監視、故障分析等高級應用功能造成影響，嚴重制約了上級機構依托繼電保護報文開展業務的能力。針對此種情況，有必要對保護信息系統繼電保護報文傳輸可靠性開展研究，按照變電站、設備生產廠家、故障原因等多種統計口徑開展分析統計。

借助本系統統計出的通信問題以及問題趨勢，用戶可針對性的優化繼電保護數據傳輸網絡，確保在電網發生故障時，能夠及時準確地獲取繼電保護報文信息，提高上級機構依托繼電保護報文開展業務的能力；同時也實現了對不同生產廠家的保信子站運行情況進行量化評估，對進一步保障保護信息系統的安全可靠運行及提高自動化管理水平具有切實意義。

2 保信系統報文傳輸的特性分析

2.1 報文概述

保信系統主子站間報文可概括為兩層。

鏈路層：保信系統基于TCP協議進行點對點的數據傳輸，主站作為連接的客戶端，子站作為連接的服務器端。圖1是保信系統的拓撲結構。

應用層：應用層是故障信息系統中主站與子站之間數據通信的核心，主要是遵循《遠動設備及系統 第5部分 傳輸規約 第103篇 繼電保護設備信息接口配套標準》和《遠動設備及系統 第5部分 傳輸規約 第104篇 使用標準傳送文件的IEC 60870-5-101網絡訪向》。

2.2 傳輸特性

站間規約規范且統一：保信系統經過多年的運行，站間通信協議日趨規范和統一。使得單獨根據報文進行統一的分析處理成為可能，并進而形成一套可推廣應用的系統。目前站間通信規約日漸形成南網范圍內以《南網103規約》，國網范圍內以《國網103規約》為主的格局。

通信總線模式易于轉發：保信系統的通信模式是總線方式，所有站間報文均以網絡通信方式的匯聚到主站的通信總線上，這便可以使得其他系統在總線上做接口，在不影響保信系統功能的前提下，分發總線上的通信報文，并進行后續的分析應用等。如圖2所示。

2.3 報文傳輸過程中存在的問題

傳輸過程不透明：站間報文傳輸是實時的，是按協議格式化后的字符流。而目前系統只側重報文轉成信息后的處理，很少對報文層做出處理，使得過程不透明，用戶無法識別，只有保信系統的廠家的專業人員才能識別和判斷。

問題反應不實時：在報文的傳輸過程中，保信系統對于傳輸層的問題無法實時反映到用戶界面，像上送時標錯誤這種情況，保信系統也無法自動將其作為異常來展示，只能靠人工去事后識別。

缺乏對應的統計分析：最為關鍵一點是保信系統的側重是信息的處理和應用，沒有對信息傳輸層的問題進行統計和分析，也就無法對問題的解決提供有效分析和解決支撐。

3 系統設計

3.1 概述

繼電保護遠傳報文可靠性提升系統應包括以下功能： 傳輸報文信息采集、變電站繼電保護傳輸報文智能分析、子站配置標準化分析、繼電保護遠傳后臺圖形化展示和統計。

3.2 系統結構（圖3）

接口層：第一是與保信主站的消息總線接口，以組播的方式將總線上消息轉發出來到本系統進行判斷和分析。第二是與保信主站的數據庫接口，讀取保信主子站的基本配置信息，用以后續的統計和展示。

后臺層：自動的報文判斷和分析。針對各種類型報文解析識別和判斷，分析出其中的異常，無需人工干預。

界面層：第一是可展示實時報文及對應解析內容展示，用戶可以實時觀察到當前總線的狀態以及業務處理過程。第二是可展示各種分析出的異常結果，統計結果。第三是可展示出連續時間坐標下的趨勢結果。

4 數據統計

鏈路類數據統計：針對所有報文中的鏈路消息進行解析，識別其中的異常和錯誤。如：識別主子站之間TCP/IP的鏈路錯誤、主子站之間的規約錯誤。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖4所示。

參數召喚類數據統計：針對參數的召喚和結果報文進行解析，識別出設備信息，召喚類型，結果回復情況等。計算召喚結果總幀數，總耗時。分析失敗的原因，記錄召喚過程中出現的異常。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖5所示。

文件召喚類數據統計：針對錄波文件的召喚和結果報文進行解析，識別出設備信息，召喚文件名，結果回復情況等。計算召喚結果總幀數，總耗時。分析失敗的原因，記錄召喚過程中出現的異常。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖6所示。

自動上送類數據統計：針對子站主動上送給主站的報文進行解析，識別其中的異常和錯誤。如：類型錯誤、時鐘錯誤等。識別信息點上送頻率，甄別頻繁上送信息。將識別出的異常和錯誤做成用戶可識別告警，推送給界面展示并存儲。如圖7所示。

模型標準化比對：針對子站初始化過程報文進行解析。對比初始化數據和標準模型數據，識別出差異部分。將識別出的差異部分做成用戶可識別內容，推送給界面展示并存儲。如圖8所示。

5 數據存儲

后臺進行分析，統計的數據全部做成xml文件存放。鑒于保信系統主子站間報文的龐大，分析統計結果將每天做成一個xml結果文件存放，最終，界面可根據指定周期進行匯總展示和輸出。如圖9所示。

6 數據分析和展示

實時鏈路消息：可展示主子站之間實時的報文內容以及分析出的內容。使得用戶可直觀觀察到當前總線的報文動態及相關業務處理情況。如圖10所示。

統計分析：圖形界面顯示后臺自動統計出的按廠家分類的各種報文傳輸信息和異常數據。每一種統計圖表均關聯各自明細數據展示，并提供導出和查詢功能。如圖11所示。

7 結語

通過本系統對保信系統站間報文傳輸過程進行實時的監視和分析，并對發現的問題進行統計和匯總，能夠使得用戶及時發現傳輸過程中的問題，為用戶優化保信系統的傳輸網絡，解決傳輸中出現的問題提供直觀的、量化的數據依據，從而提升保信系統傳輸的可靠性。并且，根據匯總分析的數據，也實現了對不同生產廠家的保信子站運行情況量化評估。對進一步保障保信息系統的安全可靠運行及提高自動化管理水平具有切實意義。

參考文獻

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