智能变电站SV通信异常分类判定分析

王进虎，王 娜

(1.天津送变电工程有限公司，天津 300000；2.天津市电子信息技师学院，天津 300350)

0 引言

智能变电站的正常运行是以各装置设备之间的通信正常为基础的，如果SV通信出现异常，将导致数据无法传输，必然引起相关保护装置不能正确动作，因此SV通信状态及异常对二次保护系统有着至关重要的作用。

将主要研究分析智能变电站内通信的原理及异常的分类，详细分析SV通信异常对二次系统的影响，根据故障所引起的后果提出针对性的异常情况分析处理方案，为快速解决智能电子设备(intelligent electronic divice， IED) SV通信状态异常问题提供依据，快速消除故障，保障电网安全稳定运行。

1 SV通信技术

SV通信的运行方式基于发布/订阅机制，主要是用来传输交流采样值至保护、测控等装置。目前在国内的智能变电站建设中一般使用IEC 61850-9-2的标准，该标准不仅确定了通信服务映射中所定义的一种采样值传输方式，还规定了网络数据通道传送一次瞬时值等内容。IEC 61850-9-2采样值采用应用协议数据单元(application protocol data unit，APDU)结构，一个APDU可以由多个应用服务数据单元(application service data unit，ASDU)组成。

IEC 61850-9-2采样值在数据链路层的数据帧结构与ISO/IEC 8802-3标准的以太网数据帧结构是相同的，其结构如表1所示。

表1 ISO/IEC 8802-3以太网数据帧结构

2 SV通信异常分类及影响分析

在新一代智能变电站SV通信中，导致SV异常的原因可分为两大类：一类是由于智能设备配置文件配置不正确，包括合并单元、智能终端、保护装置和交换机等装置的配置文件；另一类是由于光纤物理链路异常导致的。SV异常会导致保护拒动或者误动。

2.1 配置文件异常

SV通信每一帧报文中均含有MAC目标地址、MAC原地址、VLAN和优先级信息、APPID、SVID、采样计数器、配置版本、同步标识以及各通道数据的具体值和数据品质的好坏等信息。智能变电站中智能设备的上述配置文件中相应参数是否正确会直接影响SV通信的状态。其实现方式主要是通过在数据传输的过程中，接收方会严格地检查相关的参数是否一致，来判断通信状态是否正常。针对不同参数错误情况下的异常状态，接收方的智能设备会根据不同的情况发出相应的告警。SV通信的报警功能在链路层实现，包括双网的链路出错，SV采样值数据出错、合并单元数据无效等。

2.2 数据品质及物理链路异常

SV数据品质异常主要包含了通道数据的、溢出、超量程、坏基准值、检修位等。在实际的使用过程中品质位使用Validity，Test属性，00000001为无效，这个无效位由MU置无效，00000800即为检修状态。

SV物理链路异常的情形可以分为以下两类。

(1) 当SV链路没有足够的数据或者数据间隔有问题，该链路数据置无效会报出SV数据出错。SV检修不一致报警是在SV接收软压板投入情况下，此时认为该链路数据置无效。当链路数据出错时，所有告警会瞬时闭锁保护，延时告警，正常后告警会自动复归。

(2) 通信链路中硬件设备损坏导致物理通信链路中断。其原因在于：智能设备装置的光模块端口损坏、光模块端口衰耗过大、光纤衰耗过大、弯折损坏等。此时由于物理链路已经中断，接收方的装置将会发出SV告警信息，同时装置会闭锁相关的装置功能。

3 SV通信异常判定方法分析与处理

SV通信异常时，根据SV通信异常现象，通过SV通信异常故障定位表，快速定位故障大概区段，采用分段隔离排除法准确定位故障位置，实现快速准确发现故障位置，再根据故障应急处理方案快速选取相应的应急处理方案。

SV通信过程涉及过程层、间隔层、站控层的设备，主要有电流电压互感器、二次电缆或者光缆、合并单元、交换机、保护装置、测控装置等。根据SV通信异常对各装置的影响情况，可分为影响单一装置和影响多个装置的两类情况。

3.1 SV通信异常判定分析

目前国内应用的SV通信服务在以太网的数据链路层传输采用VLAN技术和优先级标记，传输方式是组播方式。根据上述对各参数的作用及具体分析结果，接收方装置收到SV报文后会按照如上的规则进行各项检查，保证SV数据的正确。SV异常告警校验的具体算法逻辑流程如图1所示。

图1 SV告警判定逻辑流程

3.2 处理

3.2.1 单一装置SV异常告警

单一装置出现SV异常告警的情况通常发生在站控层或者间隔层的装置，如各类保护装置、测控装置等。主要可分为以下三类情况。

(1) 保护装置本身的故障或告警，包括软件程序运行异常、装置某个相关插件异常等情况。单一装置本身故障或告警原因定位分析如表2所示。

表2 单一装置本身故障或告警原因定位分析

(2) 当接收方收到的数据品质发生异常，处理方法是：采用手持式数字万用表来获取发送端的数据报文，通过查看相应报文的状态及其品质位的值来初步确定数据品质异常的原因。通过对照SV报文品质异常的详细分析来准确地确定数据异常的具体原因。数据品质异常原因分析如表3所示。

表3 单一装置数据品质异常原因定位分析

(3) SV通信链路出现中断。SV通信中断原因如表4所示。

表4 单一装置SV通信中断原因定位分析

对于单一装置SV异常告警的情况，处理流程是：使用手持式数字万用表抓取报文来获得相应配置文件的各参数具体值，通过与SCD文件中正确的参数对比确定MAC目标地址、MAC原地址、VLAN和优先级信息、APPID等相关的参数是否正确。如果通过对比发现手持式数字万用表接收到的报文的参数配置一致，则确定是接收方装置的光口出现异常。若手持式数字万用表无法收到相应的报文信息，则确定是发送方未发出数据报文或者是由于物理链路的某个环节出现异常而导致SV断链。此时需要分段隔离，从接收端向发送端逐步排查发现问题。

3.3.2 多装置SV异常告警

多个装置同时出现SV通信异常的情况，通常不考虑多个装置同时出现了装置本身的故障的情形，主要考虑多装置同一原因造成的SV异常告警。多个装置出现告警的情况由电子式互感器异常、合并单元装置异常、交换机异常、光纤物理链路异常等问题引起。

电子式互感器异常具体原因分析如表5所示。处理该种情况时具体方法是：通过查看各异常装置的具体告警信息，找出其共同点即可定位到出现故障的具体设备，再根据表5分析造成故障的具体原因，待确定具体问题后可根据相应的规定更换设备、光纤，重新设置参数等操作使之恢复正常。

表5 电子式互感器异常原因定位分析表

合并单元装置异常原因定位分析如表6所示。

表6 合并单元装置异常原因定位分析表

合并单元异常的具体处理方法是：通过手持式数字万用表抓取合并单元发出的数据报文，确定合并单元的数据发送是否正常。若无数据发出可能是由于光口、插件、配置文件参数等原因造成，此时可通过更换光口模块、故障插件、修改参数等操作使之恢复正常。若数据发送正常但品质存在异常，则可详细查看该合并单元的自检信息确定合并单元数据品质异常的具体原因，再根据具体情况来处理。

当交换机整体出现故障或异常时，交换机无法正常工作，经过该交换机传输的信息均会受到影响，导致接收方的装置出现SV通信链路告警。如果是某间隔过程层交换机出现故障，一般只会影响该间隔相关的设备。相关的设备告警信息只涉及到本间隔的SV通信告警信息，与其他间隔无关。交换机异常原因定位分析如表7所示。

表7 交换机异常原因定位分析表

4 实际案例分析及处理

2019-03-29，范庄村220 kV新一代智能变电站运行维护人员发现后台监控系统发出告警信息。告警信息如下：

2019-03-29T12:42:14:635，同时出现220 kV甲母线保护B PCS915装置SV总告警信号、220 kV甲母线保护B PCS915装置收2215合并单元B SV中断信号、220 kV甲母线保护B PCS915装置9号板SV报警信号。

2019-03-29T12:42:19:628，220 kV甲 母 线保护B PCS915装置发出SV采样数据异常信号。

2019-03-29T12:42:49:702—2019-03-29T12:44:50:664，上述各信号分别复归。说明SV通信恢复正常，相应的告警信息自动复归。

随后间隔几秒钟又多次重复发出上述的告警信息。查看监控主机相应的220 kV链路监控界面发现2215合并单元B至220 kV甲母线保护B的SV链路出现中断，检查其他界面相应的SV链路均正常。

检查监控主机的告警信息及现场核验，其他装置均正常无SV通信相关的告警信息，只有220 kV甲母线保护装置出现了装置告警等信息。

经过对以上信息进行汇总分析，首先该异常情况为单一装置SV告警即220 kV甲母线保护B装置，其他装置均正常。其次该告警为2215间隔的SV链路出现了中断，其他间隔均正常。根据前文的分析可确认故障位置为2215合并单元B至220 kV甲母线保护B装置的SV直采链路出现了异常。

在做好安全措施后，采取分段测试的方法来排查故障的具体位置。在220 kV甲母线保护B屏内，首先将220 kV甲母线保护B装置接收2215合并单元B套SV直采的光纤拔下，使用手持式数字万用表抓取2215合并单元B套发送的SV数据是否正常，检查发现该光纤无数据传输。再将220 kV甲母线保护B装置至光纤配线架的端口光纤拔下，再次使用手持式数字万用表测试，仍无法接收到相关的数据，因此可基本判定是从220 kV甲母线保护B屏光纤配线架至2215合并单元B套之间出现了故障。

将2215智能汇控柜中2215合并单元B的发送端口至光纤配线架的端口光纤拔下，再次使用手持式数字万用表测试，显示SV数据正常。

通过以上的测试，确定故障为2215智能汇控柜光纤配线架至220 kV甲母线保护B屏光纤配线架的光缆出现异常。使用光功率计进行相关测试发现该光纤衰耗过大出现中断，再测量相应的备用光纤，衰耗正常。通过上述检查确定故障位置为2215智能汇控柜光纤配线架至220 kV甲母线保护B屏光纤配线架的光纤电缆熔接出现问题。根据测试的结果备用光纤正常，故障处理方法是将该直采链路转移到备用光纤芯，待具备条件后再处理光纤中断的故障，进行重新熔接。技术人员随后更换相关光纤位置并确认无误后进行测试和查看，SV链路恢复正常，各装置均恢复正常运行状态。

通过该现场实例处理的过程发现，依据前文所述的分析过程和处理方法与现场的实际情况紧密结合，能够快速地指导现场对问题进行相应的处理，具备安全、实用、高效、快速的特点。

5 结论

在智能变电站SV通信技术原理研究的基础上，以范庄村220 kV新一代智能变电站为例，分析了配置文件异常和物理链路异常对SV通信的影响，以及检修机制对通信状态的影响，并根据工程实际验证了方法的可行性，具有较高的工程实用价值。