智能變電站網絡通信異常分析研究

徐丹婷

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

與傳統綜自站不同，智能變電站網絡結構大部分使用“三層兩網”式結構?！叭龑觾删W”由站控層、間隔層、過程層、站控層網絡以及間隔層網絡構成[1]。該結構不僅實現了站內信息的共享，降低了二次接線的數量，而且調用站內各類信息更加方便，還為一鍵順控等新技術提供了平臺。

1 智能變電站網絡結構

將變電站的自動化系統按照功能進行分層分類，提出了相應的3個層次，如圖1所示。按照從上到下的順序，將整個網絡分為站控層、間隔層以及過程層。其中，用連線表示各層之間設備的通信和每層間傳遞的數據及命令信息。例如，站控層可與間隔層進行保護和控制數據的相互交互，將傳輸過來的數據進行基礎處理和高級應用，并上傳給相應調度和后臺機監控[2]。間隔層接收到來自站控層發送的各類遙控操作命令，但命令需要能夠通過五防邏輯判斷才能出口執行。間隔層內的保護裝置需要與測控裝置完成數據間的相互傳遞，以便實現相互閉鎖和裝置間數據交互等功能[3]。

站控層一般使用冗余設計（雙網配置Made Message Standard網絡）收集全站信息，實現對全站一次設備和二次設備的監控[4]。間隔層接收來自過程層的信息，監視全站設備的運行情況，主要起保護作用。過程層一般由各類數據采集裝置組成，主要包括各類一次設備、各間隔的合并單元以及智能終端。過程層與間隔層之間需要使用光纖完成各類數據的交互，并上傳各類一次設備的狀態。

圖1 “三層兩網”式結構

2 各層網絡典型通信異常原因分析

當前，智能變電站的站控層一般使用雙網運行方式。雙網指MMS A網和MMS B網。雙網中，任何一個網絡的數據通信中斷都不會對站控層的運行產生很大影響，故而不會波及到位于調控中心內的調自系統[5]。但是，網絡數據通信的中斷會導致站控層網絡通信的可靠性有所下降，在另一個網絡也發生故障時可能導致失去全站設備的監控，因此需要及時處理。

站控層網絡通信異常的原因主要有以下幾種。（1）裝置內部物理網卡的MAC地址與其他裝置沖突。在調試和運行中，MAC地址沖突會造成Address Resolution Protocol風暴，進而影響網絡上的其他裝置。（2）IP地址沖突。當有復數裝置存在IP地址沖突時，監控后臺的Address Resolution Protocol更新后會連接所有具有相同IP地址的裝置，從而造成具有相同IP地址的裝置通信受限。（3）交換機被環接。當交換機被錯誤環接時，需要經由交換機傳遞的報文有可能在交換機內部循環發送而形成網絡風暴，導致接收報文裝置的網絡通信受限。（4）網絡內發生網絡風暴。一旦形成網絡風暴，裝置內存會被迅速占用，導致裝置無法進行任何處理而失去網絡連接。（5）裝置本身接口問題或裝置間連接的網線存在故障。

遇到上述站控層網絡異常情況時，可按照下述步驟進行處理。先進行網絡監測，判斷是否是網絡設置的問題（即排除原因1～原因3），然后檢查現場網絡是否存在網絡風暴（概率較低，排除原因4）。一般情況下，網絡通信異常是由線路損壞或網絡內交換機故障導致，需要詳細監測光纜線路和站內相關交換機的運行狀況。發現存在故障的交換機（可通過交換機面板數據交換燈是否閃爍判斷）時，需及時聯系廠家和自動化檢修人員進行處理。故障交換機經過廠家的調試和檢修人員的檢修后恢復正常通信，同時返回監控后臺的相應報警信號。

目前，合并單元、智能終端以及保護裝置的數據交互一般采用“直采直跳”，即保護裝置直接從合并單元獲取SV信號，再經由智能終端獲得斷路器和隔離開關的狀態。故障發生時，可直接通過智能終端完成跳閘。此外，合并單元會將SV信號通過交換機發送至其他需要采集相關數據的裝置，如母線保護裝置。測控裝置由GOOSE、SV A網以及SV B網獲取相關采樣和開關刀閘的狀態信息，利用GOOSE網絡傳遞各種命令信號。

常見的過程層網絡異常包括網絡內的網絡風暴、裝置板件損壞、接口位置錯誤或損壞造成的鏈路中斷、裝置由于溫度過高導致報文傳輸速度異常以及各裝置間連接光纖的損壞。

當現場發生GOOSE或SV斷鏈時，需要確認斷鏈間隔，檢查光纖通道是否存在問題，及時聯系檢修人員進行檢查。如果異常是由裝置板件損壞或接口損壞導致，那么應及時更換損壞的器件。變電站新建過程中應強化對光纖及光纖頭的有效保護，以免留下隱患。此外，運維人員在日常巡視中應加強對防小動物隔離擋板的維護，防止小動物對光纖造成損壞。

3 運維人員運維質量提升策略

智能變電站的大量普及對運維人員提出了更高要求，因此提出以下相關策略，以提升運維人員的運維質量。

3.1 提高分析、判斷問題的能力

運維人員應強化自身對智能變電站的學習，通過現場設備的運行參數和設備狀態，發現可能存在的問題和已經發生的問題，迅速響應，判斷問題的根本原因。自身能夠解決的問題應及時采取相應的解決方案，而自身無法解決時應迅速與專業人員取得聯系。

3.2 提高自身對智能變電站的認識水平

運維人員應強化自身對各類專業知識的學習，理解專業術語的內容，熟練掌握新網絡結構，對新網絡結構下的安措布置融會貫通。運維人員需要進行全面系統的學習，內容包括GOOSE和SV等新術語、智能站的故障報文以及合并單元與智能終端等新增設備。

3.3 提升自身總結歸納的能力

運維人員應對平日內發現的問題進行總結，發現問題的共性，尋找更合理的巡視維護方法，從而提高運維質量，保障設備安全可靠運行。

4 結 論

“三層兩網”式結構實現了站內信息的共享，降低了二次接線的數量，為一鍵順控等新技術提供了平臺，但也增大了運維人員運維的難度。本文分析智能變電站的網絡結構，研究兩層網絡出現的典型通信異常情況，并提出了相應的解決措施，對智能變電站運維人員有一定的借鑒作用。