智能变电站网络通信异常分析研究

徐丹婷

（国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

与传统综自站不同，智能变电站网络结构大部分使用“三层两网”式结构。“三层两网”由站控层、间隔层、过程层、站控层网络以及间隔层网络构成[1]。该结构不仅实现了站内信息的共享，降低了二次接线的数量，而且调用站内各类信息更加方便，还为一键顺控等新技术提供了平台。

1 智能变电站网络结构

将变电站的自动化系统按照功能进行分层分类，提出了相应的3个层次，如图1所示。按照从上到下的顺序，将整个网络分为站控层、间隔层以及过程层。其中，用连线表示各层之间设备的通信和每层间传递的数据及命令信息。例如，站控层可与间隔层进行保护和控制数据的相互交互，将传输过来的数据进行基础处理和高级应用，并上传给相应调度和后台机监控[2]。间隔层接收到来自站控层发送的各类遥控操作命令，但命令需要能够通过五防逻辑判断才能出口执行。间隔层内的保护装置需要与测控装置完成数据间的相互传递，以便实现相互闭锁和装置间数据交互等功能[3]。

站控层一般使用冗余设计（双网配置Made Message Standard网络）收集全站信息，实现对全站一次设备和二次设备的监控[4]。间隔层接收来自过程层的信息，监视全站设备的运行情况，主要起保护作用。过程层一般由各类数据采集装置组成，主要包括各类一次设备、各间隔的合并单元以及智能终端。过程层与间隔层之间需要使用光纤完成各类数据的交互，并上传各类一次设备的状态。

图1 “三层两网”式结构

2 各层网络典型通信异常原因分析

当前，智能变电站的站控层一般使用双网运行方式。双网指MMS A网和MMS B网。双网中，任何一个网络的数据通信中断都不会对站控层的运行产生很大影响，故而不会波及到位于调控中心内的调自系统[5]。但是，网络数据通信的中断会导致站控层网络通信的可靠性有所下降，在另一个网络也发生故障时可能导致失去全站设备的监控，因此需要及时处理。

站控层网络通信异常的原因主要有以下几种。（1）装置内部物理网卡的MAC地址与其他装置冲突。在调试和运行中，MAC地址冲突会造成Address Resolution Protocol风暴，进而影响网络上的其他装置。（2）IP地址冲突。当有复数装置存在IP地址冲突时，监控后台的Address Resolution Protocol更新后会连接所有具有相同IP地址的装置，从而造成具有相同IP地址的装置通信受限。（3）交换机被环接。当交换机被错误环接时，需要经由交换机传递的报文有可能在交换机内部循环发送而形成网络风暴，导致接收报文装置的网络通信受限。（4）网络内发生网络风暴。一旦形成网络风暴，装置内存会被迅速占用，导致装置无法进行任何处理而失去网络连接。（5）装置本身接口问题或装置间连接的网线存在故障。

遇到上述站控层网络异常情况时，可按照下述步骤进行处理。先进行网络监测，判断是否是网络设置的问题（即排除原因1～原因3），然后检查现场网络是否存在网络风暴（概率较低，排除原因4）。一般情况下，网络通信异常是由线路损坏或网络内交换机故障导致，需要详细监测光缆线路和站内相关交换机的运行状况。发现存在故障的交换机（可通过交换机面板数据交换灯是否闪烁判断）时，需及时联系厂家和自动化检修人员进行处理。故障交换机经过厂家的调试和检修人员的检修后恢复正常通信，同时返回监控后台的相应报警信号。

目前，合并单元、智能终端以及保护装置的数据交互一般采用“直采直跳”，即保护装置直接从合并单元获取SV信号，再经由智能终端获得断路器和隔离开关的状态。故障发生时，可直接通过智能终端完成跳闸。此外，合并单元会将SV信号通过交换机发送至其他需要采集相关数据的装置，如母线保护装置。测控装置由GOOSE、SV A网以及SV B网获取相关采样和开关刀闸的状态信息，利用GOOSE网络传递各种命令信号。

常见的过程层网络异常包括网络内的网络风暴、装置板件损坏、接口位置错误或损坏造成的链路中断、装置由于温度过高导致报文传输速度异常以及各装置间连接光纤的损坏。

当现场发生GOOSE或SV断链时，需要确认断链间隔，检查光纤通道是否存在问题，及时联系检修人员进行检查。如果异常是由装置板件损坏或接口损坏导致，那么应及时更换损坏的器件。变电站新建过程中应强化对光纤及光纤头的有效保护，以免留下隐患。此外，运维人员在日常巡视中应加强对防小动物隔离挡板的维护，防止小动物对光纤造成损坏。

3 运维人员运维质量提升策略

智能变电站的大量普及对运维人员提出了更高要求，因此提出以下相关策略，以提升运维人员的运维质量。

3.1 提高分析、判断问题的能力

运维人员应强化自身对智能变电站的学习，通过现场设备的运行参数和设备状态，发现可能存在的问题和已经发生的问题，迅速响应，判断问题的根本原因。自身能够解决的问题应及时采取相应的解决方案，而自身无法解决时应迅速与专业人员取得联系。

3.2 提高自身对智能变电站的认识水平

运维人员应强化自身对各类专业知识的学习，理解专业术语的内容，熟练掌握新网络结构，对新网络结构下的安措布置融会贯通。运维人员需要进行全面系统的学习，内容包括GOOSE和SV等新术语、智能站的故障报文以及合并单元与智能终端等新增设备。

3.3 提升自身总结归纳的能力

运维人员应对平日内发现的问题进行总结，发现问题的共性，寻找更合理的巡视维护方法，从而提高运维质量，保障设备安全可靠运行。

4 结 论

“三层两网”式结构实现了站内信息的共享，降低了二次接线的数量，为一键顺控等新技术提供了平台，但也增大了运维人员运维的难度。本文分析智能变电站的网络结构，研究两层网络出现的典型通信异常情况，并提出了相应的解决措施，对智能变电站运维人员有一定的借鉴作用。