10kV保護測控裝置通信中斷故障分析及處理

摘要：通過分析110 kV某變電站10 kV保護測控裝置頻繁出現通信中斷故障的情況，探討了交換機延時和丟包的原因，并提出了相應的整改建議，為防范類似事故的發生提供了參考。

關鍵詞：變電站;通信中斷;交換機

0 引言

目前我國仍有許多變電站的10 kV保護測控裝置采用單網架構與后臺機、遠動裝置進行通信，存在架構薄弱、抗風險能力差等問題，容易出現通信中斷的情況。通信中斷屬緊急缺陷，一旦發生調度將失去對該設備的監視和控制，需立即處理。

1 事故概況

110 kV某變電站2019年4月—9月，10 kV I段母線上的間隔包括：#1接地變兼站用變、分段500、嘉大線F9、康居甲線F4、農村線F8、市委線F6、下市線F10，均出現了5次以上的通信中斷故障，用電所線F7、鋼廠甲線F1出現了1次通信中斷故障。該通信中斷信號均可以通過重啟保護測控裝置復歸，且裝置沒有其他異常信號。現場10 kV線路及分段間隔保護測控裝置均為國電南自的PSL 641，10 kV接地變兼站用變的裝置為國電南自的PST 646。10 kV I段間隔的交換機是在2018年7月更換的華為S5500交換機。

2 事故分析

2.1? ? 初步分析處理

所有出現通信中斷故障的保護測控裝置均為10 kV I段間隔裝置，且10 kV II段間隔的裝置為同期投運的設備，并未出現類似情況，故初步判斷為連接10 kV I段間隔裝置的交換機出現了問題。該站網絡拓撲如圖1所示。

該華為S5500交換機更換不久，運行8個月即出現硬件損壞的可能性不大，懷疑是軟件配置不正確或與其他交換機通信存在異常。在2019年8月將該交換機更換為之前型號的寶訊科技BX-5024交換機，仍會發生通信中斷的故障。

再次檢查站內網絡架構狀況、裝置狀況，并咨詢廠家該類裝置發送通信中斷信號的原理后，考慮是站內網絡架構不合理，10 kV I段間隔裝置的通信報文經多級交換機后未能傳輸至遠動機及后臺機。

2.2? ? 交換機轉發延時分析

目前變電站的網絡傳輸協議采用TCP/IP網絡協議，同時使用《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》（DL/T 667—1999），間隔層設備通過交換機與站控層以太網連接。在這樣的情況下，交換機傳輸的延時主要來自于隊列延時、交換延時、存儲轉發延時，站內通信線路延時可以忽略。其中存儲轉發延時為交換機接收一幀完整報文后再將其發送出去所需要的時間，所以這個延時與被發送幀的長度成正比，與交換機的端口速率成反比。理論上，單臺百兆交換機輕載運行時，1 518 B為最大的數據幀長度，取較大的交換延時7 μs計算，其轉發延時為：L1 518 Byte=（12 208 bit/100 Mbps）+7 μs=129 μs。

重載運行時，可能存在所有裝置都在同一時刻向同一交換機發送1個最大長度數據幀的情況，此時需要考慮隊列延時。隊列延時是當以太網中出現數據幀沖突時，交換機通過隊列和存儲轉發的機制解決沖突。未配置數據優先級時，數據幀需要在隊列中依次排隊等待發送，同時以太網要求發送幀間隔最小為96 bit。在該110 kV站中，10 kV I段間隔的交換機連接了11個保護測控裝置，則延時為：

L1max=（12 208 bit×11/100 Mbps）+96 bit×10+7 μs=2.31 ms

在該110 kV站中，10 kV I段間隔的數據需要經過5個交換機才能發送至后臺機和遠動機，此處不考慮在10 kV II段間隔交換機和110 kV間隔交換機處其他來源數據造成的隊列延時，由于交換機在收到第一個報文后就可以直接開始轉發數據，所以第一臺交換機之后也不需要考慮隊列延時，即經過5臺交換機的延時為：

L5max=（12 208 bit×11/100 Mbps）+96 bit×10+7 μs+

[（12 208 bit/100 Mbps）+7 μs]×4=2.83 ms

毫秒級的延時對于其他信號的傳輸會造成一定影響，但是由于國電南自PSL 641裝置為不間斷發送通信報文，后臺Eyewin2.0軟件90 s收不到通信報文則發通信中斷報警，遠動PSX600U裝置180 s收不到通信報文則發通信中斷報警，如果只是交換延時問題不會導致頻繁的通信中斷告警，故考慮在該110 kV站的網絡架構下交換機可能還存在大量丟包的情況。

2.3? ? 交換機丟包分析

2.3.1? ? 強電磁干擾

由于10 kV I段間隔交換機和10 kV II段間隔交換機直接放置于10 kV高壓室的開關柜內，在高壓電氣設備運行的情況下，交換機會受到較強的電磁干擾[1]。特別是分合斷路器時產生變化的電壓電流、電氣設備發生故障而產生的極大短時電流以及高壓電氣設備本身存在的電磁場，都會對交換機發送的數據幀產生影響，導致報文中的一些字段出錯，在校驗時認為整幀報文錯誤，從而出現丟包情況。

2.3.2? ? 網絡堵塞

110 kV間隔交換機和遠動后臺交換機由于其需要承擔站內所有數據的傳輸任務，當大量裝置同時發送數據時，容易在該處形成網絡堵塞。TCP協議下的數據傳輸采用隊列管理的方式，即數據幀需要在隊列中依次排隊等待發送，此時數據被儲存于交換機的內存中，如果用于緩存的內存被使用完，之后傳輸的數據包將不再被接收，即出現丟包情況。

2.3.3? ? 交換機雙工不匹配

交換機具備的自適應能力是通過檢測從對端收到信號的時間間隔來計算對端的傳輸速率，從而與對端傳輸速率保持一致[2]。但是自適應能力無法協商雙工狀態，也就是在未使用自動協商功能時，無法保證兩端雙工狀態一致，容易出現兩端雙工不匹配導致丟包的情況。

3 整改措施

（1）檢查該110 kV站內交換機的配置情況，發現10 kV I段間隔交換機級聯口未進行自動協商配置。更改交換機的配置，使得站內交換機配置一致。（2）將10 kV I段間隔交換機采用光纜直連至主控室交換機，主控室交換機用網線直連至遠動后臺交換機，更改后的網絡拓撲如圖2所示。改動后，10 kV保護測控裝置的數據經過3層交換機即可以發送至后臺機和遠動機，可以避免10 kV II段間隔交換機和110 kV間隔交換機出現網絡堵塞的情況，并改善可能存在的網絡延時問題。

4 結語

隨著自動化技術不斷發展，保障站內設備的正常通信越來越重要，在常規變電站中，自動化設備維護配置的相關技術規范不夠細致。通過本次事故的分析處理，筆者認為站內自動化設備的配置應有完整的記錄;變電站內交換機層級應當在4級以內;交換機應當統一放置在屏柜內，并在日常巡視時做好維護工作，這樣能使設備運行更穩定，確保電網穩定運行。

[參考文獻]

[1] 劉筱萍，楊貴，彭安，等.配網自動化交換機研制[J].計算技術與自動化，2018，37（1）：60-64.

[2] 張宜愛，王輝，劉曉良.自協商問題導致局域網電路丟包故障分析[J].科技創新導報，2012（29）：54.

收稿日期：2020-03-05

作者簡介：張奕昭（1994—），男，廣東人，助理工程師，從事電網繼電保護及變電站綜合自動化工作。