智能變電站網絡通信狀態監測及其故障研究

甘肅省送變電工程公司變電安裝分公司 蘭州大學信息科學與工程學院 王仕俊

西藏電力有限公司電力科學研究院供電服務中心 劉雪強

蘭州大學信息科學與工程學院 張 慧 師廣輝

甘肅省送變電工程公司變電安裝分公司 王定剛

1.引言

采用智能一次設備和光纜通信的二次回路是智能變電站的特點，智能變電站可以避免因為使用電纜而帶來的電磁兼容、傳輸過電壓、交直流誤碰等問題。使用光纖進行傳輸可以簡化二次回路，實現監控、保護采樣、閉鎖等變電站二次系統的分布式功能，另外這種通信技術可以提高二次信號的可靠性。如何實現通信技術的“二次回路”狀態實現可視化來輔助運行維護人員對故障進行監測，是智能變電站亟待解決的問題。

2.通信狀態的監視分析

影響智能變電站二次系統正常且安全運行的因素有以下幾個：智能變電站設備的網絡通信過程與系統配置的一致性、網絡通信的正常運轉情況。鑒于這些因素影響智能變電站的安全運行情況，因此必須對智能變電站網絡通信進行保護采樣、合閘、啟動等環節進行全程監視與分析。GOOSE系統是一種面向通用對象的變電站事件，可以實現控制閉鎖、合閘、啟動等二次系統的分布式功能。GOOSE是IED裝置之間的水平通信方式，為了方便通信二次回路調試及運行值班人員進行日常監視，當前一些后臺和監控中心的人機界面是由IED根據發送的GOOSE報文的有效性來判斷通信狀態的，從而根據GOOSE報文來控制通信狀態的中斷和恢復狀態，然后這些信息再通過MMS送到后臺進行監控。

在變電站的后臺對信號進行監控和無人值班室中設計GOOSE通信進行在線監控，可以采用光字牌對GOOSE通信狀態進行反映，采用此種方式需要很多光字牌畫面，對GOOSE通信狀態進行全面可視化監控的直觀性會受到很大影響。鑒于這種缺陷可以專門設計一種GOOSE通信狀態的二維監視圖，從而將發送與接收IED裝置之間的通信狀態表示為不同的顏色進行區分，例如正?？梢杂镁G色、中斷可以紅色進行識別。

3.GOOSE故障特征模型

智能變電站的后臺監控采用的是GOOSE通信狀態按2倍報文在有效時間內進行接收來判別，一般情況下都無法識別二次回路的不正常狀態，所以會存在保護拒動和誤動的可能性。為了避免這種情況的出現，應該對GOOSE通信中初始化、離線、再現模型的一致性進行監視和分析，以達到滿足二次系統狀態檢修對二次回路通信狀態進行檢測的目的。利用訪問介質例如MAC地質劃分邏輯路來重點對GOOSE通信進行防止錯誤操作的動作以及對記錄文件的字數節數進行故障診斷。

以上模型可以對GOOSE報文與SCD文件的一致性進行分析。因為GOOSE報文中的應用標識、控制模塊、配置版本等核對數據都會在SCD文件中顯示出來，一旦出現不相符合的地方，將被給出警示。

以上模型還可以對GOOSE報文的符合性進行判斷。根據通信行業的相關標準，狀態號和序列號的變化情況可以分為以下幾種情況，一旦有不符合的情況出現將給出相應的提示。第一，當裝置處于重啟狀態時，系統顯示的值為1，序列號的值也為1。第二，如果系統沒有的新的報文時，系統的狀態值保持不變，序列值加1；當狀態值達到最大時，則序列號為1，如果序列值減1后不等于前一篇報文則可以認為有信息丟失。第三，當有新事件發生時候，狀態值為1，序列值為0；如果狀態值達到最大時，序列值為1。

這種利用GOOSE故障特征原理設計網絡記錄的分析方法，能夠在很短時間內發現報文發生錯誤的可能性并對信息的丟失和中斷進行檢測，從而可以采取綜合分析方法對故障進行準確定位。

4.智能變電站網絡通信故障的分析方法

下面以某一變電站中監控系統的通信中斷故障分析為例。問題中談論的變電站采用的是雙以太星型網，間隔層與站級層之間采用的是MMS協議。變電站投入使用后發生中斷故障的概率尤其的高。

4.1 對發生的故障進行測試

在確定故障的原因時，可以采用移動記錄分析儀在變電站內進行測試如果端口交換機具有鏡像功能，則可以在后臺1的A網和后臺2的A網、遠動網的端口接入交換機的鏡像端口，如果不采用這種方式可以將移動記錄儀網絡監聽口接入接口直接與被測試的網絡實現連接。一旦發現有中斷的情況，利用分析程序對報文記錄進行定量分析，如果移動記錄分析儀具有在線分析的功能，則可以利用邏輯通信分類對發生錯誤的邏輯進行二次回路的檢測檢查傳輸層和應用層的協議是否有符合性的錯誤，是否有丟失、中斷的問題。

利用移動式報文對此變電站進行在線檢測，發現了1號變壓器與裝置A網之間有符合性的錯誤丟失了一些數據。同時后臺監控報1號主變壓器與GOOSE側網的A網、B網中斷。在研究中報文設置的有效時間為10s，20s內1號主變壓器就可以接收到GOOSE報文，準確讀出通信中斷的位置，然后通過MMS協議將此狀態發送到后臺進行遠程監控。實際上，1號主變壓器只丟失了一小部分信息，在20s內1號主變壓器就受到了心跳報文，因而給對發生中斷的地方進行定位提供了便利。

4.2 對所發生的故障進行分析

在1號主變壓器發送MMS報告協議后，就發現有2項信息發生了變化，并且在2s內就進行了歸位。通過SCD配置工具對接收到的GOOSE數據進行檢查，報告中對這項的描述為：描述為：“40:1號主變壓器220kV與1號主變壓器35kV之間GOOSE通信中斷；41:1號主變壓器llOkV與1號主變壓器35kV之間GOOSE通信中斷”，這一報告充分說明后臺發布的信息準確無誤，從而就可以排除后臺監控發生差錯的可能性。根據以上信息就可以初步斷定發生中斷的原因是側控裝置；另一種可能就是測控裝置中GOOSE發送的心跳時間為2s，而現場收到的信息為5s。綜合這兩種情況就可以有針對性對發生故障的原因及位置進行準確的定位。

5.結語

智能變電站網絡通信狀態監測及其故障研究是一項復雜的工作，因而在實際操作中應該注意應用適當的方式來對故障進行科學合理的檢測從而真正發現其中存在的問題并使這些問題得到最合理的解決。

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