智能变电站过程层故障诊断及定位技术研究

李兴美　尹文兆　段兰　王自宏　赵凤　韩斌

摘 要：智能变电站由于结构复杂，设备繁多，出现故障情况时有发生，一旦故障情况得不到及时处理，将会对电力系统以及电力用户造成不良影响。文章针对智能变电站发生故障概率比较高的过程层，开展故障诊断及定位的关键技术研究，设计变电站过程层故障诊断及定位系统，为变电站过程层减少故障发生率，提高变电站整体的安全稳定运行具有重要意义。

关键词：智能变电站；过程层；故障诊断；定位

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0145-02

Abstract： Due to the complex structure and various equipment， intelligent substation failures occur from time to time. Once the fault situation can not be dealt with in time， it will have adverse effects on the power system and power users. Aiming at the process layer with high fault probability of intelligent substation， this paper studies the key technologies of fault diagnosis and location， and designs the fault diagnosis and location system of substation process layer， which can reduce the occurrence of fault in the process layer of substation. It is of great significance to improve the safe and stable operation of the whole substation.

Keywords： intelligent substation； process layer； fault diagnosis； location

1 概述

作为电力系统的“心脏”，智能变电站是电力系统电力流、信息流、业务流“三流”汇聚的焦点，是衔接发、输、配、用电系统的关键环节[1]，对电力系统的安全稳定运行发挥着重要作用。智能变电站由于结构复杂，设备繁多，出现故障情况时有发生，一旦故障情况得不到及时处理，将会对电力系统以及电力用户造成不良影响。因此，研究智能變电站的故障诊断及定位技术，对提高变电站的检修效率，减少变电站故障，提高变电站的安全运行具有重要意义。

2 智能变电站过程层故障诊断研究现状

据统计，目前已经投运的变电站的故障和缺陷有相当部分集中发生在过程层[2]，由于智能化变电站的建设逐渐深化，过程层的故障和缺陷也逐渐暴露出来，目前针对变电站过程层的研究也逐渐受到了重视。

智能变电站过程层主要包括过程层设备（智能终端和合并单元）和过程层网络，起到保护和控制变电站一二次设备的作用。[3]过程层的智能终端与间隔层的二次设备采用光纤连接，为过程层与间隔层的通信提供了便利。过程层相应网络报文经光纤传输，由专门的协议解析技术解析后，提供故障诊断及定位系统进行对故障诊断、分析、定

位。本文研究的变电站过程层在线故障诊断及定位技术，设计过程层故障诊断及定位系统，对实现变电站的运维检修提供参考依据。

3 智能变电站在线式故障快速诊断关键技术

随着智能化变电站的发展，变电站结构及运行日益精细化，任何故障的发生都会对电力系统及用户带来不小的影响。传统变电站二次回路采用电缆连接，设备名称及功能一一对应，变电站的故障，一方面，通过查找二次回路发现故障设备；另一方面，通过相应设备的告警信息予以发现，以上故障诊断方式，均没有达到二次系统信息网络化的目标，还不能有效地的发现变电站的故障并进行准确定位。

因此，本文提出了一种变电站故障快速诊断技术，利用数据采集技术、变电站网络协议分析技术、故障主动探测技术和基于SNMP的网络故障诊断技术，实现对变电站过程层设备及网络的状态信息进行准确采集、解析，对可能出现的故障进行准确探测和诊断。

3.1 数据采集技术

智能变电站过程层内设备及网络信息的采集，是变电站过程层进行故障诊断及定位的基础和前提，收集的信息由相应的通信网络过滤、集成和处理，并转换为统一标准的报文日志文件，为变电站故障诊断及定位系统提供判断的数据支撑。

3.2 网络协议分析技术

主要是针对智能变电站的过程层产生的网络报文信息进行解析和处理的一种技术。智能变电站的过程层，所涉及到的网络为过程层网络，产生的报文信息，为：GOOSE报文信息和SMV采样值报文信息。通过网络协议分析技术对产生的报文信息进行解析，为故障诊断及定位模型运行提供必要数据。

3.3 主动探测技术

对过程层网络报文的分析和处理，除了需要研究变电站的网络协议分析技术外，还需要对智能变电站过程层产生的报文信息进行主动探测。

主动探测包括三个步骤，分别为：以太网控制报文协议包的探测，报文信息探测、网络设备日志分析等。控制协议包探测是通过发送探测信息，分析设备的响应消息，进而判断过程层网络及设备的状态。报文信息探测，是对变电站过程层的报文信息进行模拟，然后使用报文发射器发射至过程层的网络进行测试，并对测试结果进行分析，根据结果判断网络装置及系统的情况。网络设备日志分析主要是网络日志进行采集、过滤、格式转换、解析、判断的过程。

3.4 基于SNMP的网络故障诊断技术

网络故障诊断技术主要由报文解析技术、网络拓扑技术和异常检测技术三大部分构成。报文解析技术，是指对Trap数据包进行接收、解析。网络拓扑发现即是寻找网络节点并发现网络节点之间的连接关系。异常检测技术即对报文信息进行轮询读取，解析和比对，即通过当前采集数据与设定阈值相比较，如果超过阈值范围，则进行异常提示。

4 故障诊断及定位系统设计

智能变电站过程层故障诊断及定位系统通过对过程层的设备（合并单元，智能终端及继电保护装置），和过程层网络（通信的物理链路和逻辑链路）进行监测，对相应的SCD文件及CID文件解析，探测和诊断，实现故障诊断及定位。

系统主要分为三大部分：数据采集、数据分析和诊断数据结果的输出，其网络架构，如图1。

4.1 智能变电站过程层故障快速诊断

首先将智能变电站的SCD文件和间隔层的CID文件导入智能变电站过程层故障诊断及定位系统，解析完成后将获得智能变电站内的二次设备及二次回路信息，以及相应设备间的通信信息，以此为依据作为状态监测的基础数据。

过程层设备抓包故障录波，通过SV/GO

OSE网络传输分析平台，同时，过程层设备还会将通信状态信息上送间隔层设备，間隔层设备则通过MMS网络上送分析平台；系统通过对站控层网络抓包，获取站内通信链路（二次回路）的状态；最终，系统将获取的二次设备和二次回路的状态信息与SCD文件进行比对，验证SCD的数据集配置和过程层通信链路的一致性，进行故障诊断。

4.2 智能变电站故障快速定位

智能变电站过程层的故障诊断结果，是进行变电站故障定位的依据。为实现智能变电站的快速准确定位，将变电站的逻辑接口模型和功能层与变电站的拓扑结构进行有机结合，为智能变电站的故障定位提供链路路径。

同时，将变电站的监控系统与IED信息模型和信息交相服务的模型相结合，为提高智能变电站的故障定位技术提供保障。

5 结束语

变电站作为电力系统的关键枢纽，承载着电力系统安全稳定运行的重要使命，在其运行过程中的任何故障，都需要引起重视。为此，本文选择智能变电站故障率比较高的过程层的设备及网络为研究对象，开展过程层故障诊断及定位的关键技术研究，研发设计智能变电站故障快速诊断及定位系统，对变电站过程层减少故障发生率，提高变电站整体的安全稳定运行具有重要意义。

参考文献：

[1]尹相国.智能变电站故障诊断系统及定位技术的研究[J].电子科学技术，2017.

[2]张道银，张小飞，赵汝英.智能变电站故障诊断技术研究[J].电力信息化，2013.

[3]陈浙.智能变电站过程层故障快速诊断与定位关键技术设计与研究[D].山东大学，2015.