浅析网络报文记录及分析装置在智能变电站中的应用

苏昕

（国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 浙江嘉兴 314033）

浅析网络报文记录及分析装置在智能变电站中的应用

苏昕

（国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 浙江嘉兴 314033）

在对智能变电站进行研究的过程中，网络报文分析至关重要，为事故分析及运行维护提供了依据。对此，本文首先对智能变电站网络报文记录及分析装置相关技术进行了概述，然后介绍了如何运用该装置对报文进行分析从而查找故障点。

智能变电站；网络报文；分析

1 引言

随着智能变电站技术的发展，变电站过程层、间隔层、站控层的通信网络报文已经逐成为变电站智能电子设备之间进行信息交互的主要方式。智能电子设备及通信网络的健康状况将直接影响整个智能变电站的安全运行。因此，对智能变电站网络报文进行有效的监视、记录及分析至关重要。

网络报文分析及记录装置的出现有效地对网络通信进行了在现，通过记录通信报文，还原整个信息处理过程，为运行及维护人员处理异常提供了依据。

2 智能变电站网络报文记录及分析装置概述

智能变电站网络报文分析功能主要应用于智能变电站站控层及过程层网络系统，通过对系统网络内的所有通信报文进行在线分析，对自动化系统的运行状况实时监视，及时对异常情况进行报警，并根据所记录的系统通信报文进行离线分析，可以快速准确的查找出系统存在的隐患和异常，并且对系统异常情况以及错误原因进行分析，从而指导技术人员准确定位故障位置并及时排除安全隐患。

智能网络记录分析系统一般由一套后台管理机和一套或多套记录分析装置构成，后台管理机单元与记录分析装置间通过千兆以太网连接。记录分析装置采用嵌入式实时操作系统，配置大容量的存储单元，将通讯、采集等软件功能硬件化，确保装置具有足够的数据采集精度和数据处理能力，并且系统更加稳定可靠。各侦听端口接收智能变电站内各功能层的通信原始数据，对接入网路通信报文数据无损捕捉、完整记录、存储和实时在线分析，监视整个变电站的通信状态，及时发现各个通信环节中的异常或故障并告警。后台管理机管理多套记录分析装置，主要实现人机交互和数据管理功能，将记录分析装置上送的信息分类，以图形化实时显示，并配合可读性强的文字信息，实时呈现变电站内网络状态和设备运行状态，还提供数据下载功能和强大离线分析功能，提供大量通俗化的友好图形界面，将复杂生涩的网络和规约信息“翻译”成可读性强的图形和文字信息，适用于更多的运行检修人员使用，以便及时处理运行中的问题。

3 智能变电站网络报文记录及分析装置数据侦听方式

3.1 点对点方式

配置网络数据汇集装置，根据变电站MU的数量合理分配使用网络数据汇集装置的端口，对汇集装置进行vlan划分，然后通过光纤接入记录分析装置的数据侦听口。

（1）站控层：通过交换机镜像方式，将监控主机和远动系统与交换机的连接接口信息镜像至网络分析仪与交换机的连接接口，镜像口和被镜像口必须在同一台交换机上。

（2）合并单元和智能终端通过点对点方式接入，既可以直接接入记录装置，也可以通过数据汇集装置汇集后接入。

（3）远动系统信息接入（104、101等），通过镜像、串入、高阻并接等方式侦听信息。

3.2 组网方式

在考虑端口接入流量的情况下，可以接入变电站的各个间隔的子网。或者在过程层流量不是很大的情况下接入变电站过程层主干网。

（1）站控层：通过交换机镜像方式，将监控主机和远动系统与交换机的连接接口信息镜像至网络分析仪与交换机的连接接口，镜像口和被镜像口必须在同一台交换机上。

（2）过程层信息通过各个子网接入网络分析装置，每个端口正常运行时接入6～8个合并单元为宜（流量大约占端口总流量的40～50%），智能终端的数量不受限制。

4 智能变电站网络报文分析的功能

网络报文分析及记录装置应能实现SV采样值报文、GOOSE报文、MMS报文以及1588对时报文的在线监测分析、离线报文分析以及采样值的波形记录分析等。

4.1 网络报文实时记录、监视及分析

实时分析报文，对网络数据进行实时监视和分析，可以及时发现通讯过程中的错误，给出预警信息并启动报文记录。启动报文记录的条件包括：报文格式错误：SV、GOOSE、MMS等报文格式错误；报文不连续：丢帧、重复、超时等；报文不同步；数据属性变化：品质因数变化、同步标志变化等；SV采样异常：频率不稳定、双A/D不一致等；对时服务事件：时钟加入、退出、切换等。

4.2 网络报文离线分析

离线分析报文，可以对任意时段的通信记录进行详细分析，查找系统隐患、定位故障并分析故障原因。

（1）链路分析，解析各个以太报文，分析所有链路通讯过程，对各种异常报文、过程进行详细分析并提交分析结果。

（2）网络分析，对网络结构、网络数据流量、报文统计信息等进行综合分析，对网络状况进行全面评估。

（3）MMS报文分析，包括MMS报文解析、MMS过程分析。

（4）GOOSE报文分析，包裹GOOSE报文解析、GOOSE过程分析，详细解析报文或过程层信息，并快速准确定位故障点和故障原因。

（5）SV报文分析，包括SV报文解析、SV完整性分析、频率分析等。

4.3 波形记录分析

当电力系统发生故障时，通过对记录的网络原始报文进行分析，还原电力系统一次设备故障波形以及二次设备动作行为，便于事故后分析和快速查找故障原因。

4.4 网络流量、网络报文统计、异常报警

实时监视及分析网络状态，实时监视网络中节点的增加和删除、报文流量、帧速、通信状态等，给出预警信息并启动报文记录。启动报文记录的条件包括：流量异常、网络风暴、节点突增、通信超时、通信中断等。

5 智能变电站网络报文记录及分析装置实例分析

以PCR901系列网络分析仪为例，在线监测分析由两个窗口组成，分别是PCR901系统日志、PCR901后台管理机。PCR901系统日志的作用以列表形式把各个接入设备MMS报文、GOOSE报文、SV报文、其他格式报文、网络分析仪系统的常规信息、告警信息、错误信息罗列出来；PCR901后台管理机的作用实时在线分析接入各个设备装置对应报文，展示出设备运行对维护人员最重要的信息以及离线报文搜索、下载。

离线报文分析是通过EtherCA软件直接对网络分析仪记录的报文进行最详细的分析。通过原始报文翻译树形结构，信息列表，图形方式等多种形式，让维护人员在发生事件之后，了解发生事件前，和发生事件后，装置相关信息的变化，使问题一目了然，判定事件的原由。

例如某变电站10kV2#电容器保测装置在2015-04-15 09：49：02到2015-04-15 09：50：09从检修状态到运行状态之间的不断切换，同时从2015-04-15 09：49：06 到 2015-04-15 09：49：59，断路器的位置发生一系列动作。对于10kV 2#电容器保测装置这段时间变换前后的运行状态，以及在变换过程中设备具体运行状态，通过PCR901系统日志里面的事件，即可下载报文同时打开分析报文，实现对10kV 2#电容器保测装置这段时间离线报文分析，从而得知该时间点的设备运行状况（见图1）。

而PCR901后台管理机则记录着每个侦听口接入的设备，流量，设备状态等信息，图2中可以看到10kV分段合并单元失步、2#主变10kV低分支1合智一体装置2与1#主变10kV侧合智一体装置2时钟异常，如需进一步查看异常原因，还可通过离线分析对报文进行解读。

6 智能变电站网络报文分析及记录装置运行及维护

网络报文记录分析现场运行时，需注意指示灯的变化以及出现的告警信息。指示灯一般用来指示装置的运行情况，指示灯有变化时，及时查看设备哪里出了问题，不能处理及时告知厂家。

保证装置正常运行的情况下，如有告警信息，要分清告警的种类，及时找出相关设备。如果发生事故，调出相关保护跳闸报文，分析保护跳闸信号的动作过程，并结合采样值，综合分析整个的故障过程。

图1

图2

7 结语

综上所述，网络报文分析及记录装置主要应用于基于通信网络的智能变电站。通过海量记录SV报文、Goose报文以及MMS报文，能够对网络报文进行选择性过滤，而且还可以统计在线纪录以及流量数据。如果网络流量出现异常，就会及时发出警告，而网络报文分析系统能够对事故进行在线监测和分析，避免出现系统事故。与此同时，还能够提前发现通信网络薄弱环节和故障设备，预防系统事故的发生，直接避免由于通信网络故障或一次设备、二次设备故障导致的系统事故造成的经济损失。

[1]刘华锁.浅析智能变电站网络报文记录分析装置设计[J].科技创新与应用，2016（07）：63～64.

[2]狄传民.智能变电站网络传输技术研究[J].硅谷，2012（13）：79～80.

[3]王晋，夏勇军，宿磊.新一代智能变电站三层一网技术网络流量分析[J].湖北电力，2013（07）：9～11.

[4]肖小兵，王宇恩.基于网络报文数据的电网故障诊断分析[J].华东电力，2014（12）：2572～2575.

TM63

A

1004-7344（2016）25-0104-02

2016-6-29

苏昕（1983-），男，电力工程技术工程师，本科，主要从事继电保护自动化工作。