网络通信记录分析与故障录波装置优化

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：网络通信记录分析及故障录波装置可监视、记录全站的网络报文，实现通信报文的在线分析和记录文件离线分析，为站内调试、运行和维护提供有力的辅助手段。网络报文记录分析及故障录波合一的装置也称为网络报文记录分析系统或变电站通信在线监视系统。记录分析仪按照报文类别分别对报文进行流量统计。通过对 GOOSE 报文以上异常情况进行检查，将异常的GOOSE报文进行记录，可以分析网络的一些异常情况。

智能变电站中，以光纤为主要通信介质的网络取代传统的电缆硬接线简化了二次接线以提高施工效率，但同时也给变电站二次回路调试、试验、故障排查提出新的要求。二次回路调试、试验、故障排查利用传统电工仪表及工具已不能完成作业。网络通信记录分析及故障录波装置可监视、记录全站的网络报文，实现通信报文的在线分析和记录文件离线分析，为站内调试、运行和维护提供有力的辅助手段。

故障录波器用于系统发生故障时，自动准确地记录故障前后过程的各种电气量变化情况，通过对记录下的电气量进行分析和比较，判断保护是否正确动作，辅助分析事故原因，同时采集电力系统的暂态特性和有关参数。

网络报文记录分析及故障录波合一的装置也称为网络报文记录分析系统或变电站通信在线监视系统。该系统用一套装置同时实现网络报文记录和暂态录波功能，两种记录信息共享统一的数据源和时标，不仅可以节省变电站的设备、屏柜，还能更方便地实现原始报文数据和暂态录波数据的对比组合分析。报文记录子系统对每一条异常报文均记录日志，通过日志条目可以直接快速地提取报文数据，这样就可以方便地为暂态录波数据和原始报文数据建立索引关系，实现对比组合分析功能。

网络报文记录分析系统一般由若干通信监听装置（记录单元）和一台通信监视分析终端（分析管理单元）组成。记录单元和分析管理单元单独组网，共同完成变电站通信系统的记录、分析和在线监视功能。

1．网络状态诊断

1）网络端口通信中断报警

当报文采集单元的某个有流量的网络端口在指定时间内没有收到任何流量，则给出网络端口通信中断的告警。

2）网络流量统计和流量异常报警

该报警可以实现网络端口流量统计和报文分类流量统计。当某类恒定流量的报文（如采样值）流量变化超过一定比例（增加或减少）时，系统会报告该分类流量的突增或突减告警。

3）网络流量分类

变电站网络报文主要分为三类，即采样值报文、GOOSE报文和MMS报文。记录分析仪按照报文类别分别对报文进行流量统计。

2．网络报文记录

装置可以记录流经报文采集单元网络端口的所有原始报文，对特定的有逻辑关系的报文（如采样值报文、GOOSE报文、IEEE1588报文等）进行实时解码诊断。

GOOSE报文每发送一次，报文顺序号依次增加，此时将GOOSE报文按照发送顺序号进行依次记录。

采样值报文发送时，每帧报文都带有一个顺序号，记录时按照采样值报文的帧序号进行依次记录。

GOOSE报文或采样值报文帧格式错误等异常报文按照事件顺序进行记录。对于异常报文，在存储时即打上异常类型标记，如报文帧错误、报文错序、报文重复、报文超时等。检索时可以按照异常类型进行快速检索。

3．网络报文检查

1）过程层GOOSE报文序列异常检查

GOOSE报文异常主要包括：

（1）GOOSE报文超时。如超过2倍GOOSE报文心跳时间，则说明该GOOSE报文异常，需要进行记录。

（2）GOOSE报文丢帧。通过GOOSE报文帧序号的连续性可以检查GOOSE报文是否丢帧，如果丢帧，则帧序号是不连续的。

（3）GOOSE报文错序，指由于网络传输时延影响，后发的GOOSE报文比先发的GOOSE报文要先到达装置，此时也需要进行记录，说明GOOSE网络有异常。

（4）GOOSE 报文重复，指连续发送两帧序号相同的 GOOSE 报文，说明 GOOSE报文重复。

通过对 GOOSE 报文以上异常情况进行检查，将异常的GOOSE报文进行记录，可以分析网络的一些异常情况。

2）过程层GOOSE报文内容异常检查

GOOSE 报文内容异常检查是指检查GOOSE报文的APDU和ASDU格式是否符合标准。GOOSE报文中confNo、goRef、datSet、entriesNum等参数在装置的CID文件中已经进行描述，发送GOOSE报文的confNo、goRef、datSet、entriesNum必须与装置CID文件的配置文件相同，如果不一致，说明发送的GOOSE报文内容错误，需要进行记录并给出异常告警信号。

3）过程层采样值报文序列异常检查

（1）检查的异常状态包括超时、丢帧、错序、重复等。

采样值报文如果超过 2 倍发送的时间间隔，则发送异常，此时需要将超过2倍发送时间间隔的采样值报文进行记录。

采样值报文丢帧时，采样值报文的帧序号不连续，通过检查采样值报文的帧序号可以进行采样值报文的丢帧检查。如接收到的采样值报文序号为1、2、3、5、6、7、8，表示采样值报文的第4帧丢失，此时需要进行采样值报文丢失异常告警。

采样值报文错序是指装置接收的采样值报文不是依顺序依次到达，某些采样值报文先到。此时也是通过检查采样值报文的帧序号进行检查采样值报文错序。如接收装置收到的采样值报文的帧序号依次为1、3、4、2、5，表示采样值报文错序，第2帧报文比第4帧报文还要晚到。

（2）采样值报文重复是指连续收到相同帧序号的采样值报文。

过程层采样值报文内容异常检查。检查的内容包括APDU和ASDU格式是否符合标准，confNo、svID、datSet、entriesNum等参数是否与配置文件一致等。

4）站控层MMS报文异常检查

站控层网络的MMS报文异常一般指MMS报文是否符合每种服务定义的报文格式，如果与每种服务定义的报文格式不相符合，则会报错。

4．数据检索和提取

按照时间段、报文类型、报文特征（如异常标记、APPID）等条件检索并提取报文列表，以HEX码、波形、图表等形式显示报文内容。

（1）按照时间段进行检索，如提取某个时间段的所有报文。

（2）按照报文分类进行检索，如只需要检索采样值报文或者GOOSE报文或者MMS报文。

（3）按照报文特征进行检索，比如通过异常标记进行检索。如通过报文超时异常标记，可以检索超时的所有报文。

5．数据转换

原始报文数据可导出形成需要的格式，用于在Ethereal和Wireshark等流行网络报文抓包软件、Excel 电子表格、CAAP2008波形分析软件等软件工具中进行分析。

6．故障波形记录

1）电压、电流波形记录

对过程层网络的采样值报文进行解析，提取瞬时采样点的值，进行傅氏计算以及启动判据计算。当电力系统发生故障时，达到故障启动条件，则以COMTRADE格式对故障发生时的采样值和开关量进行存储记录，用图形分析软件实现系统故障波形的显示和分析。

2）二次设备动作行为记录

对过程层网络的GOOSE报文进行解析，提取GOOSE报文的开关量状态信息。当开关量状态发生改变时，对接入的采样值报文和GOOSE报文进行解析，并以COMTRADE格式对故障发生时的采样值和开关量进行存储记录，用图形分析软件实现系统故障波形的显示和分析。

3）波形分析功能

装置记录的暂态波形数据以 COMTRADE 格式输出，使用波形分析软件，能实现单端测距、双端测距、谐波分析、阻抗分析、功率分析、相量分析、差流分析、变压器过励磁分析、非周期分量分析等高级分析功能。

7．主要性能参数及指标要求

智能变电站的故障录波性能参数及指标要求与常规站基本相同；网络报文记录分析系统的性能参数主要关注报文端口接入能力、报文存储能力和对时精度；除此之外，还有一些通用性能参数及指标要求。

1）报文端口接入能力

（1）以太网报文记录监听端口数：≥8。

（2）非以太网报文监听记录端口数：≥24。

（3）站内以太网通信速率：100/1000 Mb/s。

2）数据记录与存储能力

（1）记录数据的分辨率：＜1 μs。

（2）记录数据的完整率：100%。

（3）本地高速大容量存储：速度 70 MB/s，容量可达 2×500 GB 以上。

（4）数据保存时间：SV 连续记录存储 24 h 以上；GOOSE报文、MMS报文连续记录存储14天以上；异常报文记录存储1000条以上。

3）时钟精度

（1）具有 IRIG-B（DC）码或 IEEE1588（PTP）对时功能。

（2）记录单元对时精度：≤1 μs。

（3）分析管理单元对时精度：≤10 ms。

8．智能变电站配置要求

对于 220 kV 及以上的智能变电站，推荐按电压等级和网络配置故障录波装置和网络报文记录分析装置。当 SV 或 GOOSE 接入量较多时，单个网络可配置多台装置。每台故障录波装置或网络报文记录分析装置不应跨接双重化的两个网络。主变压器一般单独配置主变压器故障录波装置。

故障录波装置和网络报文记录分析装置应能记录所有 MU、过程层GOOSE网络的信息。录波器、网络报文记录分析装置对应 SV 网络、GOOSE网络、MMS 网络的接口，应采用相互独立的数据接口控制器。

采样值传输可采用网络方式或点对点方式，开关量采用IEC61850-8-1通过过程层GOOSE 网络传输，采样值通过 SV 网络传输时采用IEC61850-9-2协议。故障录波装置采用网络方式接收 SV 报文和 GOOSE 报文时，故障录波功能和网络记录分析功能可采用一体化设计。

网络通信记录分析与故障录波装置优化

相关推荐