湯曉暉

（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東 中山 528400）

變電站站控層、間隔層以及過程層的通信網(wǎng)絡(luò)報文是數(shù)字化變電站智能設(shè)備間信息交互和共享的主要載體。智能設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)的健康狀況將直接影響整個數(shù)字化變電站的通信，網(wǎng)絡(luò)報文的發(fā)送端、接收端及通信網(wǎng)絡(luò)異?；蚬收暇赡軐?dǎo)致電力系統(tǒng)重大事故[1]，而數(shù)字式故障錄波裝置只能記錄電壓電流發(fā)生突變而引起的保護動作，不能分析由于某個智能單元出現(xiàn)故障，或者報文有誤導(dǎo)致保護的誤動或拒動，也不記錄間隔層與站控層之間的事件，因此需要對網(wǎng)絡(luò)報文進行有效的監(jiān)視、記錄和診斷，提前發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)和故障設(shè)備，預(yù)防電力系統(tǒng)事故的發(fā)生。IEC61850 網(wǎng)絡(luò)報文記錄與分析系統(tǒng)（以下簡稱“報文分析系統(tǒng)”）就是一種能滿足數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與分析的系統(tǒng)。它記錄整個變電站內(nèi)智能單元間的通信報文，并對記錄的通信報文進行分析，以重現(xiàn)當(dāng)時設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)通信的全過程，為運行維護人員進行故障分析提供了有效的分析手段。

1 報文分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.1 報文分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

報文分析系統(tǒng)由報文記錄儀與報文分析儀組成，各個記錄儀與分析儀通過以太網(wǎng)相連。分析儀自動或手動從記錄儀下載記錄文件，并自動或手動進行報文分析，通過MMI 給出直觀的分析結(jié)果，同時它還提供高效的查詢手段和統(tǒng)計功能，幫助用戶檢索故障信息和對網(wǎng)絡(luò)進行評估。在數(shù)字化變電站中，報文分析系統(tǒng)接入及運行不會對原系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、實時性與穩(wěn)定性造成任何影響。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)報文分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1）分析儀

分析儀由分析主機和顯示器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)MMS、GOOSE、SMV 網(wǎng)絡(luò)在線通信狀態(tài)監(jiān)視，并通過各種畫面報表、記錄、曲線和文件顯示出來?？蓪MS 報文、GOOSE 報文、SMV(IEC 60044-8)報文開展離線分析。

2）記錄儀

主要用于站控層網(wǎng)絡(luò)（包括MMS A、B 雙網(wǎng)，以及保護信息系統(tǒng)的MMS C 網(wǎng)）、間隔層網(wǎng)絡(luò)（包括110 kV GOOSE A、B 雙網(wǎng)；220 kV GOOSE A、B 雙網(wǎng)）以及過程層網(wǎng)絡(luò)的通信報文數(shù)據(jù)進行記錄與分析。

1.2 報文分析系統(tǒng)主要功能

1）報文記錄與數(shù)據(jù)存儲

報文分析系統(tǒng)能對IEC61850 通信網(wǎng)絡(luò)通信全過程進行報文記錄（帶絕對時標(biāo)的完整網(wǎng)絡(luò)通信報文）與數(shù)據(jù)存儲，包括MMS 報文、GOOSE 報文以及SMV 采樣值報文的記錄存儲。記錄過程對原有通信網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生任何影響，不產(chǎn)生任何附加報文。同時，即使在記錄儀出現(xiàn)故障、死機或斷電的情況下，對原有通信網(wǎng)絡(luò)也不產(chǎn)生任何影響[2]。記錄儀能夠在變電站現(xiàn)場環(huán)境下連續(xù)循環(huán)存儲通信網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)，即在達到最大存儲容量時進行循環(huán)存儲，能夠保證存儲最近一周的通信原始報文。連續(xù)存儲的最長時間根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的不同而不同，與系統(tǒng)配置的硬盤容量大小有關(guān)。

2）報文分析

報文分析系統(tǒng)可以手動（或自動）從記錄儀下載歷史報文，并通過規(guī)約分析模塊對歷史報文按邏輯通道進行離線式報文分析，能夠直觀顯示通信規(guī)約詳細信息，如報文類型、報文內(nèi)容等，如圖2所示。功能 1 區(qū)能夠?qū)?shù)字化變電站內(nèi)的 MMS、GOOSE 和SMV 報文進行點對點的歸類篩選；功能2 區(qū)能夠根據(jù)裝置IP 信息給出簡單的分析結(jié)果，同時具備對網(wǎng)絡(luò)地址（MAC 和IP 地址）、TCP 連接、TCP 報文重發(fā)等進行統(tǒng)計的能力；功能3 區(qū)能對MMS 報文、GOOSE 報文內(nèi)容進行解析，顯示報文包含的數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)量具體參數(shù)值，如GOOSE StNum 與GOOSE SqNum 變化數(shù)據(jù)、SMV 報文結(jié)構(gòu)、SMV 連續(xù)性分析、SMV 采樣點間隔分析等。

3）在線監(jiān)視

報文分析系統(tǒng)一方面實時監(jiān)視變電站網(wǎng)絡(luò)通訊，主要對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量變化、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址變化、節(jié)點連接關(guān)系變化進行監(jiān)視；另一方面實時監(jiān)視采樣值（SMV），分析采樣值完整性、頻率穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)同步性等信息。

2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與接入

2.1 220kV 三鄉(xiāng)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2 報文分析系統(tǒng)MMI 界面功能圖

中山220kV 三鄉(xiāng)變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由過程層、間隔層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)（包括110kV 和220kV GOOSE 網(wǎng)絡(luò)）、站控層監(jiān)控MMS 網(wǎng)絡(luò)以及站控層保護信息系統(tǒng)MMS 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中站控層監(jiān)控MMS 網(wǎng)絡(luò)和間隔層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)均采用雙星型結(jié)構(gòu)，站控層保護信息系統(tǒng)MMS 網(wǎng)絡(luò)采用單星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

其各網(wǎng)絡(luò)功能如表1所示。

2.2 分析系統(tǒng)在三鄉(xiāng)數(shù)字化變電站中的應(yīng)用設(shè)計

根據(jù)中山220kV 三鄉(xiāng)變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要從站控層MMS 通信、保護MMS C 網(wǎng)、220kV 過程層GOOSE 網(wǎng)、110kV 過程層GOOSE 網(wǎng)、采樣值網(wǎng)絡(luò)這5 個方面進行接入監(jiān)視和記錄，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示，其對應(yīng)功能設(shè)計如表2所示。

圖3 三鄉(xiāng)變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)體系示意圖

表1 各網(wǎng)絡(luò)功能分析對照表

表2 各網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽功能設(shè)計

1）站控層（MMS 網(wǎng)絡(luò)和保信MMS 網(wǎng)）監(jiān)聽方案

圖4 整體應(yīng)用方案設(shè)計圖

通過對變電站站控層匯聚交換機進行監(jiān)聽記錄，即可對整個變電站的站控層監(jiān)控MMS 信息進 行全部記錄[4]，因此選取站控層匯聚交換機的2 個接口進行監(jiān)聽記錄。保信MMS 網(wǎng)方面，選取保護信息子站與匯聚交換機的連接口進行監(jiān)聽記錄，可直接對保信子站與各保護裝置之間的通信信息進行監(jiān)聽記錄。

三鄉(xiāng)站MMS 網(wǎng)絡(luò)均采用PCS9882 交換機組網(wǎng)，可直接配置端口映射功能，實現(xiàn)對匯聚交換機其余端口的監(jiān)聽功能[5]?？紤]到網(wǎng)口容量的限制，以及A、B 網(wǎng)相互獨立，保護信息系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，因此將所有A 網(wǎng)數(shù)據(jù)映射到一個端口上，所有B 網(wǎng)數(shù)據(jù)映射的一個端口上，保信網(wǎng)絡(luò)信息單獨映射到一個端口，所以共需要3 個端口來完成網(wǎng)絡(luò)報文記錄功能，因此要求站控層匯聚交換機預(yù)留2 個網(wǎng)絡(luò)端口（R1、R2）供NSAR512 通信記錄儀接入，保信子站交換機柜中匯聚交換機則需預(yù)留1 個網(wǎng)絡(luò)端口（R3）供NSAR512 通信記錄儀接入，如圖5所示。

2）過程層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽方案

三鄉(xiāng)數(shù)字化變電站 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)由 110kV GOOSE 網(wǎng)絡(luò)和220kV GOOSE 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，兩個網(wǎng)絡(luò)均為A、B 雙網(wǎng)設(shè)計，采用羅杰康RCS-2100 交換機組成雙星型網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。

圖5 站控層監(jiān)控MMS 網(wǎng)絡(luò)和 保信MMS 網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)聽方案

圖6 220kV GOOSE A 網(wǎng)交換機布置圖

監(jiān)聽方案設(shè)計對GOOSE A 網(wǎng)信息（包含220kV和110kV）使用NSAR512 通信記錄儀#2 完成記錄功能，對GOOSE B 網(wǎng)信息（包含220kV 和220kV）使用NSAR512 通信記錄儀#3 完成記錄功能。具體功能布置如表3所示。

表3 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽功能分配設(shè)計

由于 GOOSE 信息采用組播傳送，因此可對GOOSE 的A 網(wǎng)和B 網(wǎng)分別各指定一個交換機接口即可進行監(jiān)聽記錄，如果GOOSE 信息進行了VLAN劃分，需對交換機進行設(shè)置，將監(jiān)聽端口劃入各個VLAN。

由配置圖5可知，220kV 的GOOSE 交換機均與1 號匯聚交換機相連，因此通過匯聚交換機的一個端口即可對GOOSE 網(wǎng)信息進行監(jiān)聽記錄。結(jié)合現(xiàn)場考察后，可用交換機的12 口作為監(jiān)聽記錄端口。用NSAR512 通信記錄儀#2 的記錄口4 記錄A網(wǎng)GOOSE 信息，使用NSAR512 通信記錄儀#3 的記錄口4 記錄B 網(wǎng)GOOSE 信息，如圖7所示。

3）采樣值網(wǎng)絡(luò)

由于采樣值采用IEC 60850-9-1 標(biāo)準點對點傳送，若進行全過程全記錄，則需要配置大量的NSAR512 通信記錄儀，因此可對采樣值的記錄采用針對性的記錄，配置NSAR512 通信記錄儀#4，以記錄口1-3 進行記錄，將需要監(jiān)視的合并單元（MU）通過光電轉(zhuǎn)換器直接連至上述記錄端口。記錄端口4 則記錄保護MMS C 網(wǎng)的通信信息，如圖8所示。

圖7 220kV 過程層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)聽端口布置圖

圖8 采樣值網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽方案

3 報文分析系統(tǒng)應(yīng)用問題分析

3.1 記錄儀與分析儀時標(biāo)不一致

因為報文分析系統(tǒng)中記錄儀記錄的各類報文數(shù)據(jù)需要打上時標(biāo)進行存盤，而歷史數(shù)據(jù)時間檢索條件則是基于分析儀的時間進行篩選，當(dāng)記錄儀時間與分析儀時間不一致時，按照某個時間段檢索出來的內(nèi)容將會是另一個時間段的內(nèi)容，即檢索結(jié)果與檢索條件不對應(yīng)，如果根據(jù)保護裝置實際跳閘時間進行數(shù)據(jù)檢索，將檢索不到該時刻的動作信息，導(dǎo)致動作信息難以查找，給運行維護分析人員帶來極大的不便。針對此問題，可在報文分析系統(tǒng)中考慮增加GPS 對時接收模塊，由變電站GPS 時鐘源統(tǒng)一對時，確保報文分析系統(tǒng)中各個裝置時間一致，從而避免上述情況發(fā)生。

3.2 GOOSE 跳閘信息收集與分析

當(dāng)保護裝置動作，發(fā)出GOOSE 跳閘命令時，應(yīng)開展GOOSE 跳閘信息的收集工作，并通過報文分析系統(tǒng)對其跳閘GOOSE 數(shù)據(jù)包進行分析，判斷其數(shù)據(jù)準確性與網(wǎng)絡(luò)傳輸延時等數(shù)據(jù)是否正常，確保數(shù)字化變電站的MMS、GOOSE、SMV 網(wǎng)絡(luò)能夠繼續(xù)正常運行，時刻掌握網(wǎng)絡(luò)健康水平，確保裝置、網(wǎng)絡(luò)的運行可靠性與穩(wěn)定性。

3.3 與綜自系統(tǒng)廠商的配合問題

由于報文分析系統(tǒng)的廠商往往與變電站綜自系統(tǒng)廠商不同，兩者在對一些規(guī)約細節(jié)的理解上存在差異，且報文分析系一定程度上依賴于綜自系統(tǒng)廠商實際使用的SCD 文件與規(guī)約文本代碼。因此，如果綜自系統(tǒng)廠商的SCD 文件以及規(guī)約源代碼不完全對報文分析系統(tǒng)廠商開放，將會大大影響分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)聽功能。

3.4 日常維護與巡視

報文分析系統(tǒng)作為數(shù)字化變電站運維的一種輔助系統(tǒng)，對站內(nèi)智能設(shè)備、數(shù)字化保護裝置、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等存有詳細的分析數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)實現(xiàn)某種程度上的設(shè)備狀態(tài)評價，以達到檢測裝置、網(wǎng)絡(luò)健康水平的目的，所以其日常巡視與維護工作不可忽視，應(yīng)當(dāng)加強巡視時候的維護工作，確保網(wǎng)絡(luò)報文分析系統(tǒng)在任何時刻都能詳細記錄數(shù)字化保護設(shè)備的各種動作信息，以實現(xiàn)對動作信息、傳輸數(shù)據(jù)完整性的分析目的。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的綜合自動化變電站不同，數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)通信涉及到采樣及跳閘過程，變得越來越重要[6]。報文分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄所有智能設(shè)備之間的報文，實現(xiàn)MMS、GOOSE、SMV 報文的監(jiān)聽，為分析通信故障提供了依據(jù)，同時為檢驗智能設(shè)備是否正確可靠的動作提供了依據(jù)。但是，現(xiàn)階段報文分析系統(tǒng)與變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)還未實現(xiàn)互聯(lián)，報文分析系統(tǒng)產(chǎn)生的告警信息無法接入變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。今后需進一步完善相關(guān)功能，使報文分析系統(tǒng)成為數(shù)字化變電站中一種必不可少的輔助決策系統(tǒng)。

[1] 李兆祺,張旗,徐紹會.網(wǎng)絡(luò)報文分析系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用[J].2011年電力行業(yè)信息化年會論文集,2011.

[2] 譚文恕.變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)約[J].電網(wǎng)技術(shù),1998,22(8):1-4.

[3] 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)第7-2 部分:變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)-抽象通信服務(wù)接口(ACSI).

[4] 胡春潮,蔡澤祥,竹之.提高數(shù)字化變電站關(guān)鍵報文傳輸可靠性方法研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2011,39(9).

[5] 夏勇軍,蘇昊,胡剛,董永德.數(shù)字化變電站研究現(xiàn)狀與應(yīng)用展望[J].湖北電力,2007,31(3):9-12.

[6] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2008.