智能变电站网络通信状态监测及其故障研究

甘肃省送变电工程公司变电安装分公司 兰州大学信息科学与工程学院 王仕俊

西藏电力有限公司电力科学研究院供电服务中心 刘雪强

兰州大学信息科学与工程学院 张 慧 师广辉

甘肃省送变电工程公司变电安装分公司 王定刚

1.引言

采用智能一次设备和光缆通信的二次回路是智能变电站的特点，智能变电站可以避免因为使用电缆而带来的电磁兼容、传输过电压、交直流误碰等问题。使用光纤进行传输可以简化二次回路，实现监控、保护采样、闭锁等变电站二次系统的分布式功能，另外这种通信技术可以提高二次信号的可靠性。如何实现通信技术的“二次回路”状态实现可视化来辅助运行维护人员对故障进行监测，是智能变电站亟待解决的问题。

2.通信状态的监视分析

影响智能变电站二次系统正常且安全运行的因素有以下几个：智能变电站设备的网络通信过程与系统配置的一致性、网络通信的正常运转情况。鉴于这些因素影响智能变电站的安全运行情况，因此必须对智能变电站网络通信进行保护采样、合闸、启动等环节进行全程监视与分析。GOOSE系统是一种面向通用对象的变电站事件，可以实现控制闭锁、合闸、启动等二次系统的分布式功能。GOOSE是IED装置之间的水平通信方式，为了方便通信二次回路调试及运行值班人员进行日常监视，当前一些后台和监控中心的人机界面是由IED根据发送的GOOSE报文的有效性来判断通信状态的，从而根据GOOSE报文来控制通信状态的中断和恢复状态，然后这些信息再通过MMS送到后台进行监控。

在变电站的后台对信号进行监控和无人值班室中设计GOOSE通信进行在线监控，可以采用光字牌对GOOSE通信状态进行反映，采用此种方式需要很多光字牌画面，对GOOSE通信状态进行全面可视化监控的直观性会受到很大影响。鉴于这种缺陷可以专门设计一种GOOSE通信状态的二维监视图，从而将发送与接收IED装置之间的通信状态表示为不同的颜色进行区分，例如正常可以用绿色、中断可以红色进行识别。

3.GOOSE故障特征模型

智能变电站的后台监控采用的是GOOSE通信状态按2倍报文在有效时间内进行接收来判别，一般情况下都无法识别二次回路的不正常状态，所以会存在保护拒动和误动的可能性。为了避免这种情况的出现，应该对GOOSE通信中初始化、离线、再现模型的一致性进行监视和分析，以达到满足二次系统状态检修对二次回路通信状态进行检测的目的。利用访问介质例如MAC地质划分逻辑路来重点对GOOSE通信进行防止错误操作的动作以及对记录文件的字数节数进行故障诊断。

以上模型可以对GOOSE报文与SCD文件的一致性进行分析。因为GOOSE报文中的应用标识、控制模块、配置版本等核对数据都会在SCD文件中显示出来，一旦出现不相符合的地方，将被给出警示。

以上模型还可以对GOOSE报文的符合性进行判断。根据通信行业的相关标准，状态号和序列号的变化情况可以分为以下几种情况，一旦有不符合的情况出现将给出相应的提示。第一，当装置处于重启状态时，系统显示的值为1，序列号的值也为1。第二，如果系统没有的新的报文时，系统的状态值保持不变，序列值加1；当状态值达到最大时，则序列号为1，如果序列值减1后不等于前一篇报文则可以认为有信息丢失。第三，当有新事件发生时候，状态值为1，序列值为0；如果状态值达到最大时，序列值为1。

这种利用GOOSE故障特征原理设计网络记录的分析方法，能够在很短时间内发现报文发生错误的可能性并对信息的丢失和中断进行检测，从而可以采取综合分析方法对故障进行准确定位。

4.智能变电站网络通信故障的分析方法

下面以某一变电站中监控系统的通信中断故障分析为例。问题中谈论的变电站采用的是双以太星型网，间隔层与站级层之间采用的是MMS协议。变电站投入使用后发生中断故障的概率尤其的高。

4.1 对发生的故障进行测试

在确定故障的原因时，可以采用移动记录分析仪在变电站内进行测试如果端口交换机具有镜像功能，则可以在后台1的A网和后台2的A网、远动网的端口接入交换机的镜像端口，如果不采用这种方式可以将移动记录仪网络监听口接入接口直接与被测试的网络实现连接。一旦发现有中断的情况，利用分析程序对报文记录进行定量分析，如果移动记录分析仪具有在线分析的功能，则可以利用逻辑通信分类对发生错误的逻辑进行二次回路的检测检查传输层和应用层的协议是否有符合性的错误，是否有丢失、中断的问题。

利用移动式报文对此变电站进行在线检测，发现了1号变压器与装置A网之间有符合性的错误丢失了一些数据。同时后台监控报1号主变压器与GOOSE侧网的A网、B网中断。在研究中报文设置的有效时间为10s，20s内1号主变压器就可以接收到GOOSE报文，准确读出通信中断的位置，然后通过MMS协议将此状态发送到后台进行远程监控。实际上，1号主变压器只丢失了一小部分信息，在20s内1号主变压器就受到了心跳报文，因而给对发生中断的地方进行定位提供了便利。

4.2 对所发生的故障进行分析

在1号主变压器发送MMS报告协议后，就发现有2项信息发生了变化，并且在2s内就进行了归位。通过SCD配置工具对接收到的GOOSE数据进行检查，报告中对这项的描述为：描述为：“40:1号主变压器220kV与1号主变压器35kV之间GOOSE通信中断；41:1号主变压器llOkV与1号主变压器35kV之间GOOSE通信中断”，这一报告充分说明后台发布的信息准确无误，从而就可以排除后台监控发生差错的可能性。根据以上信息就可以初步断定发生中断的原因是侧控装置；另一种可能就是测控装置中GOOSE发送的心跳时间为2s，而现场收到的信息为5s。综合这两种情况就可以有针对性对发生故障的原因及位置进行准确的定位。

5.结语

智能变电站网络通信状态监测及其故障研究是一项复杂的工作，因而在实际操作中应该注意应用适当的方式来对故障进行科学合理的检测从而真正发现其中存在的问题并使这些问题得到最合理的解决。

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