（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，杭州 311232）

0 引言

現(xiàn)代電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，已從智能電網(wǎng)時(shí)代步入泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)和通信技術(shù)，為建設(shè)狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的智慧服務(wù)系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在這一背景下，開展電力監(jiān)控設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷變得切實(shí)可行。

已有的技術(shù)實(shí)踐和積累為遠(yuǎn)程診斷的實(shí)現(xiàn)提供了有益參考。文獻(xiàn)[1]提供一種基于粗糙集理論的電力設(shè)備故障診斷方法，將故障診斷看作模式分類問題，每種故障對(duì)應(yīng)一組特征集，根據(jù)已有故障案例和檢測(cè)參數(shù)建立故障診斷決策表，采用粗糙集理論方法從故障集中導(dǎo)出診斷規(guī)則。該文重點(diǎn)研究對(duì)象是電力變壓器等一次設(shè)備，未對(duì)電力監(jiān)控設(shè)備開展研究。文獻(xiàn)[2]中，謝善益等研究提出了輸變電設(shè)備統(tǒng)一狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型范圍和建模方法，并用于輸變電設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷實(shí)踐。其缺點(diǎn)與文獻(xiàn)[1]相同，缺少對(duì)電力監(jiān)控設(shè)備的研究。文獻(xiàn)[3]利用OPNET 軟件仿真研究了基于VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的變電站綜合數(shù)據(jù)流，以一個(gè)典型變電站為例，呈現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)流及其流量大小。文獻(xiàn)[4]介紹了智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文與流量分布的計(jì)算方法，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和流量的定量計(jì)算思路值得參考。

目前市場(chǎng)上關(guān)于電力設(shè)備遠(yuǎn)程診斷的成熟技術(shù)方案為： 變電站現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備對(duì)接收的信息進(jìn)行處理，再將處理結(jié)果上送至遠(yuǎn)方主站，并且只解析應(yīng)用層信息，對(duì)帶寬要求低，10 M 即可。本文提供的技術(shù)方案，不僅包括應(yīng)用層信息，還包括傳輸層信息，帶寬大大增加，實(shí)際使用100 M帶寬。

本文設(shè)計(jì)并建設(shè)了遠(yuǎn)程專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文經(jīng)由專網(wǎng)上送至遠(yuǎn)方診斷平臺(tái)，通過解析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文來分析數(shù)據(jù)流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力監(jiān)控設(shè)備的診斷和評(píng)估，給出基于IEC 61850 通信的IED（智能電子設(shè)備）鏈路狀態(tài)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的評(píng)估模型。

1 遠(yuǎn)程專網(wǎng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷，需要在遠(yuǎn)方診斷平臺(tái)看到設(shè)備的狀態(tài)信息和網(wǎng)絡(luò)報(bào)文。為此，先設(shè)計(jì)建設(shè)遠(yuǎn)程專網(wǎng)。

遠(yuǎn)程專網(wǎng)的架構(gòu)為： 報(bào)文采集與轉(zhuǎn)發(fā)裝置將變電站站控層交換機(jī)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)時(shí)交換機(jī)的鏡像報(bào)文，經(jīng)由安全隔離裝置和路由器傳送至遠(yuǎn)程專網(wǎng)，并由遠(yuǎn)方診斷平臺(tái)接收。遠(yuǎn)程專網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)程專網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 基于網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的遠(yuǎn)程診斷

電力監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)上送遙信、遙測(cè)報(bào)文，同時(shí)部分設(shè)備還有心跳報(bào)文。一方面，可以通過上送的設(shè)備異常、故障等告警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的初步診斷；另一方面，根據(jù)遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)文實(shí)時(shí)上送速度和速率，并結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)，對(duì)裝置的劣化過程進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的精確診斷。

以ABB 測(cè)控裝置REC561 為例，“測(cè)控單元自檢故障”“裝置GPS 對(duì)時(shí)出錯(cuò)”“水平通信中斷”“與前置機(jī)通信中斷”等信號(hào)可向監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)上送，通過解析報(bào)文可獲取這些異常信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)控裝置的診斷。

3 鏈路狀態(tài)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的評(píng)估方案

通信鏈路狀態(tài)的監(jiān)視在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中具有重要意義。通信鏈路可以實(shí)時(shí)監(jiān)視傳輸層、應(yīng)用層鏈路狀態(tài)，通過分析網(wǎng)絡(luò)TCP（傳輸控制協(xié)議）、應(yīng)用層（104 或者M(jìn)MS）數(shù)據(jù)流特征和報(bào)文信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)通信鏈路的精確診斷分析，并輔助分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

本文設(shè)計(jì)了一套鏈路狀態(tài)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的評(píng)估方案，根據(jù)具體積分規(guī)則評(píng)估其健康水平。

積分規(guī)則的編制原則如下：

（1）重要狀態(tài)信息“GOOSE 通信狀態(tài)”“MMS通信狀態(tài)”為“FALSE”時(shí)，直接積0 分。

（2）TCP 層相關(guān)參數(shù)的積分占比高，IP 層、應(yīng)用層次之，分別為7 分、5 分、3 分。

（3）針對(duì)過去15 min 內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

此套方案將鏈路健康水平劃分為4 個(gè)等級(jí)：優(yōu)良，90 分以上；一般，70-89 分；較差，50-69分；異常，50 分以下。

通信鏈路狀態(tài)的積分規(guī)則見表1。變電站二次設(shè)備（裝置）節(jié)點(diǎn)狀態(tài)積分規(guī)則見表2。凡與表中所述情況不符的，均計(jì)0 分。

4 案例

某500 kV 變電站自投運(yùn)以來，一體化電源與監(jiān)控系統(tǒng)站控層和遠(yuǎn)動(dòng)裝置之間多次發(fā)生通信異常，具體表現(xiàn)為站控層和調(diào)度主站經(jīng)常不定時(shí)收到監(jiān)控系統(tǒng)與一體化電源通信中斷的告警信息。在2016-02-16—03-17 的一個(gè)月時(shí)間內(nèi)，遠(yuǎn)動(dòng)裝置上送“一體化電源裝置MMS 通信中斷”信號(hào)180余次。表3 所示為監(jiān)控后臺(tái)顯示的告警信息。

經(jīng)鏈路狀態(tài)和報(bào)文遠(yuǎn)程診斷發(fā)現(xiàn)，一體化電源不定期出現(xiàn)的對(duì)MMS 心跳報(bào)文響應(yīng)速度較慢，是造成“一體化電源裝置MMS 通信中斷”信號(hào)頻繁動(dòng)作和復(fù)歸的直接原因。表4 所示為抓取的幾幀心跳報(bào)文的時(shí)間戳。一體化電源回復(fù)心跳報(bào)文的延遲時(shí)間已經(jīng)超過5 s，正常應(yīng)為毫秒級(jí)。

通過對(duì)報(bào)文進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，一體化電源遙測(cè)變化死區(qū)參數(shù)值設(shè)置不合理（過小），是“一體化電源裝置MMS 通信中斷”信號(hào)頻發(fā)的深層次誘發(fā)原因。

表1 鏈路狀態(tài)評(píng)估評(píng)分

表2 設(shè)備（裝置）節(jié)點(diǎn)評(píng)估評(píng)分

表3 監(jiān)控后臺(tái)告警信息

表4 心跳報(bào)文的時(shí)間戳

現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)量變化死區(qū)參數(shù)如下：

一體化電源所有201 個(gè)遙測(cè)量的遙測(cè)變化上送死區(qū)都是0.01%，這個(gè)死區(qū)值設(shè)得過小，導(dǎo)致遙測(cè)變化上送過于頻繁，一體化電源CPU 的運(yùn)算和通信負(fù)荷太重。

由于不涉及遙控等變電站事件，此處主要根據(jù)表1 對(duì)案例進(jìn)行分析。

在一定的時(shí)間內(nèi)，通信過程無(wú)報(bào)文結(jié)構(gòu)性錯(cuò)誤，TCP 連接數(shù)正常，但有“MMS 通信狀態(tài)”“規(guī)約符合性錯(cuò)誤次數(shù)”“本端TCP 連接中斷次數(shù)”“對(duì)端TCP 連接中斷次數(shù)”“通信響應(yīng)超時(shí)次數(shù)”“報(bào)告控制塊初始化次數(shù)”等指標(biāo)不符合要求，評(píng)分在50—69 區(qū)間內(nèi)。因此，將鏈路狀態(tài)的健康水平判為“較差”。

可見，根據(jù)前文所述評(píng)估模型得出的鏈路狀態(tài)水平與實(shí)際一致，表明所設(shè)計(jì)的評(píng)估模型具有可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷，首先設(shè)計(jì)并建設(shè)了遠(yuǎn)程專網(wǎng)。在遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)，通過解析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，可得到鏈路和設(shè)備的某些狀態(tài)信息。為評(píng)估鏈路狀態(tài)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的健康水平，設(shè)計(jì)了一套評(píng)估積分規(guī)則，將鏈路健康水平分為優(yōu)良、一般、異常和故障4 個(gè)等級(jí)。結(jié)合實(shí)際案例，利用所設(shè)計(jì)的積分規(guī)則對(duì)鏈路狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際狀態(tài)相符，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)評(píng)估模型的可行性和實(shí)用性。

本文所設(shè)計(jì)的評(píng)估模型是基于IEC 61850 規(guī)約的，后續(xù)還將完善基于西門子SINAUT8-FW規(guī)約、IEC 60870—5—103/104 規(guī)約的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和鏈路狀態(tài)評(píng)估模型。結(jié)合云技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)，將變電站二次設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和評(píng)估功能移植到移動(dòng)終端或云端上實(shí)現(xiàn)將是新的研究課題。