智能變電站故障檢修系統運維技術研究

張秋皓 段星爍

摘要：為了全面診斷智能變電站的故障和提高變電站的可靠性，在分析報文協議、網絡拓撲、通信關系、審計數據等基礎上提出了一種綜合的智能變電站故障診斷技術，它集成了變電站協議分析、基于簡單網絡管理協議的故障診斷、主動探測、故障原因分析及定位等技術。仿真試驗表明，該技術可以快速定位變電站的各種故障，幫助運維人員診斷和排除故障。

關鍵詞：智能變電站;故障診斷;協議分析;主動診斷

目前建設的智能變電站實現了信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，也具有一定的故障診斷能力，但局限于單裝置設備的自檢測，因此其故障診斷能力有限，主要表現在以下方面：一是其故障診斷是獨立的局部的，不具系統性;二是單裝置的故障診斷僅能找到故障發生的直接原因，而不是根本原因;三是故障診斷的信息輸出是分散的，無集中的故障診斷平臺和接口，給變電站運行維護帶來不便。鑒于上述問題，有必要研究基于整站信息融合的故障診斷技術和系統，當故障發生時，能快速診斷和定位故障，為智能變電站的可靠運行提供保障，防止不可預期的安全事件發生。

1 故障診斷系統的結構

智能變電站故障診斷系統分為數據采集、數據分析和診斷、故障診斷結果輸出三大部分，如圖1所示。數據采集是智能變電站故障診斷的基礎，采集的數據包括站內網絡協議報文、設備配置信息、網絡設備日志、簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol， SNMP）管理信息庫（ Management InformationBase， MIB）等;數據分析和診斷是智能變電站故障診斷的核心，通過站內網絡協議自動化分析、主動報文探測、SNMP報文分析、網絡故障定位等技術實現站內網絡故障報警;故障診斷結果輸出是人機接口的故障信息展示[1]。

2 智能變電站故障診斷關鍵技術

2.1 數據采集技術

智能變電站故障診斷系統對站內的設備配置信息、網絡協議報文、設備日志等數據進行采集，通過對網絡數據包捕獲和過濾、網絡設備日志統一收集和規范化處理以及SNMP協議分析處理技術，獲取基礎的分析數據。

2.1.1 網絡協議報文采集

網絡協議報文采集就是捕獲和過濾站內網絡上的各種協議報文，如面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event， GOOSE）報文、采樣測量值（ Sampled Measured Value， SMV）報文、SNMP報文、syslog報文等。

2.1.2 網絡設備日志采集

網絡設備日志采集通過接收網絡交換機、電力智能電子設備（Intelligent Electronic Devices.IED）、防火墻等發出的syslog報文，經過規范化處理后，獲取設備的故障信息，如通信鏈路失敗、通信鏈路恢復、CPU占用高、內存可用率低、設備電源故障、設備風扇故障、報文阻斷報警、攻擊告警等信息。

2.1.3 SNMP 信息采集

SNMP分析處理技術包括SNMP輪詢技術、SNMP Trap技術以及基于SNMP的網絡拓撲發現技術。SNMP輪詢就是網絡管理工作站（NetworkManagement Station， NMS）向代理Agent 發出查詢SNMP MIB樹的指令，獲取各種網絡報文流量、通信鏈路狀態、系統資源使用率等有用信息。SNMP Trap技術則是管理工作站接受來自Agent 以Trap方式主動上報的信息，如系統開機、系統重啟、通信鏈路失敗、通信鏈路恢復正常、端口流量等[2]?；赟NMP的網絡拓撲發現技術則是采集Bridge MIB"的連接信息，獲取節點和節點之間的連接關系。

2.2 變電站網絡協議分析技術

根據IEC 61850標準分層的變電站結構，在邏輯層次上，變電站通過過程層網絡（GOOSE網、SMV網）連接過程層、間隔層設備，通過變電站層網絡連接間隔層和變電站層設備。在過程層網絡上傳輸著兩類極其重要的信息：SMV采樣值報文和GOOSE報文。前者實現電流、電壓交流量采樣值的上傳，后者實現開關量的上傳及分合閘控制量的下行。因此，網絡協議分析主要針對GOOSE報文、SMV報文、制造報文規范（Mannfacturing Message Specification，MMS）報文進行分析。

2.2.1報文解碼

在捕獲站內網絡報文后，將數據包逐層拆封，獲取不同層次協議的信息。對數據包進行字段解碼，可識別非正常的協議應用、偽造的數據包、錯誤的參數設置等。因此通過對數據包解碼、分析和歸類，可發現特定的設備故障和協議錯誤等。

2.2.2報文關聯性分析

根據數據包的特征、前后時間戳的關系、不同協議的分布狀況、網絡流量、協議的字節數、每種協議中各種不同類型的幀統計、報文的先后次序關系等信息來發現網絡故障。

2.2.3物理會話分析

網絡協議分析提供詳細的物理連接會話信息，由此可生成站內網絡物理會話的矩陣關系圖，從而可以得出各種保護裝置、智能終端、合并單元等設備的通信關系，從矩陣關系圖中可分析出多余的通信、丟失的通信和異常的信息流等。

2.2.4 網絡流量分析

對采集的網絡協議報文進行分析統計，選取合適的指標對網絡流量進行異常檢測?？蛇x取的分析指標有：廣播流量、組播流量、節點流量、MAC端點的流量、VLAN流量、特定協議流量、網絡接收流量、網絡發送流量、網絡接收數據包、網絡發送數據包。

通過采集智能變電站系統的運行信息，綜合采用變電站協議分析技術、主動探測技術、基于SNMP的網絡故障診斷技術和故障樹分析技術診斷和定位變電站故障，提高了智能變電站的可靠性，同時幫助運維調試人員快速定位和排除故障。

參考文獻：

[1]張可， 田皞， 段曉雪，等. 智能變電站故障檢修系統運維技術研究[J]. 電網與清潔能源， 2019， 035（010）：56-61.

[2]董游. 智能變電站設備運行維護和檢修技術探討[J]. 百科論壇電子雜志， 2019， 000（003）：374.