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智能变电站二次系统故障诊断方法探究
【摘 要】文章介绍智能变电站过程层二次回路通信过程中面临的问题。对二次回路中的交换机、装置、链路等通信单元进行抽象、建模，并构建通信网络的拓扑结构。通过系统配置描述文件（system configuration description，SCD）静态分析出过程层信息的收发关系，并结合拓扑结构搜寻出信息的传输路径。最后结合接收装置的断链告警信息，综合诊断推导出通信单元的故障概率。该方法简单、可靠、有效，将有助于快速定位通信故障点，保障二次回路的可靠运行。
【关键词】智能变电站；二次系统；故障诊断；方法
前言
本文介绍一种概率统计的方法，在故障发生时，监控后台利用系统配置描述文件（systemconfiguration description，SCD）、过程层网络拓扑、链路告警等信息给出通信过程中所有设备发生问题的概率。运维人员依据统计的结果，按照概率的高低，对设备进行有序地排查，可极大缩减故障定位、恢复的时间。
1 故障诊断原理
1.1 过程层二次回路的物理通信设备
智能变电站过程层二次回路中光纤交换机承担着智能终端、合并单元与保护、测控等设备间的信息交换工作，是通信网络的核心设备。过程层有多种组网方式，图 1 是实际中使用较多的一种组网方式，其中除了保护装置点对点直接获取GOOSE、SV 数据外，测控、录波等设备采用组网方式通信。
图1 过程层组网结构
过程层装置间通过GOOSE、SV报文进行通信，报文接收方根据报文有效时间的 2 倍时长判断通信状态，并将状态通过制造报文规范送监控后台。若某个发送装置通信异常，多个接收装置都会向监控后台发送断链告警，监控后台就可根据多个断链告警综合诊断出故障的通信单元。
1.3 故障诊断的流程
图 2 描述了后台收到断链告警后故障诊断的流程。首先通过分析 SCD 文件建立信息发送端和接收端的虚拟连接关系；然后根据过程层智能终端、保护测控、交换机之间的组网信息，构建出物理网络拓扑，并将信息间虚拟连接关系映射到物理网络；最后结合实时的断链告警信息给出所有通信单元故障的概率。
图2 故障诊断流程
2 构建过程层信息虚回路技术
在IEC 61850标准SCD文件中没有规定装置的板卡、端口以及此端口上接收哪些信息。在国内最新的工程实施规范中，丰富了装置访问点多物理端口 PhysConn 的描述，规定
中端口的描述应为“端口号C板卡号”。另外规定在Inputs/Extref 元素的 InAddr 中端口号与虚端子之间采用“：”符号分离。如需要多端
口输入同一信号，可增加多端口描述，之间采用“/”符号分离。过程层装置间通过 GOOSE、SV 报文交互的应用信息可以用[组播地址 MAC，应用标识 APPID]来唯一标识，交互关系在 SCD 文件中进行详细描述，SCD 文件中定义了如下信息：
（1）发送端 GOOSE、SV 报告控制块，以及报告控制块对应的数据集 DataSet；
（2）接收端 Inputs 关联了发送端数据的详细信息；
（3）GOOSE、SV 发送时对应的组播地址 MAC和应用标识 APPID 等信息。通过上述 3 组信息，可以构建过程层信息的收发装置以及信息虚回路表。构建过程如下：
1）导入 SCD 文件；
2）读取信息发送装置的 GSE、SMV、DataSet以及 FCDA，并构建 FCDA 与 GSE、SMV 的关联关系；
3）检索，构建 GSE、SMV 对应的网络配置信息；
4）检索 GOIN、SVIN 为前缀的 LN 中的 Inputs信息，得到发送者的 FCDA 以及接收者的板卡、端口信息；
5）根据步骤 1）―3）获取的相关信息，建立收发装置间的信息虚回路。
表 1 是信息虚回路表的一个示例，其中端口信息的表示方法参见第 3 节。
3 构建过程层网络拓扑技术
3.1 通信单元建模
通信过程中涉及的设备包括 5 个方面，即保护（测控）装置、智能终端、合并单元、光纤交换机、光纤。除了光纤是单纯的信息传输设备外，其他都是信息的处理或转发设备，它们可以抽象成2类模型：
（1）端口模型 PORT
过程层通信中除了光纤链路外，信息处理（转发）设备都可以用端口模型来表示，PORT 包含 3 个属性：[device_id， slot_id， fiber_id]。device_id 用来表示此端口所在的设备编号或设备标识，例如装置的IEDName；slot_id 用来表示此端口所在的板卡插件编号或标识；fiber_id用来表示板卡上具体的光纤口编号。
（2）光纤链路模型 LINKER
3.2 二次回路的物理拓扑
根据 3.1 节的模型，将 PORT 抽象为节点，光纤链路抽象为路径，则可通过无向图来描述设备的连接关系。由于交换机内部端口之间是联通的，可以将交换机整体抽象成一个端口模型。
图 4 的无向图抽象地表达了图 1 所描述的过程层 GOOSE 网络拓扑关系。
3.3 虚回路到物理通信路径的映射
4 故障点的概率统计算法
对于保护、智能终端等装置故障导致的通信异常，有如下 3 种可能性：
（1）装置故障。例如装置电源出现异常时，装置所有对外的通信都将出现异常。
（2）板卡故障。当通信板卡出现异常时，此板卡上所有光纤口通信都会出现异常。
（3）光纤口故障。单个光纤网口出现异常时，该光纤
口上所有的通信出现异常。可归纳出如下 2 类集合，这 2 类集合将有助于准确的定位故障点：
在以上集合基础上，图 2 中的故障诊断分析算法如下：
1）获取所有的 GOOSE 断链、SV 断链的告警事件，假设有 m 条。
2）解析告警事件，找到事件所属的信息 MAC、APPID、源端口 PORT、目标端口 PORT。
3）查询表 2，得到路径集合、途径的端口集合。
4）循环处理其他的断链告警事件。
5）统计集合中路径、端口出现的次数 n。根据出现的次数，计算某个端口、路径出现故障的概率p=n/m。
6）运行人员根据故障发生概率的大小依次对相应的设备进行排查。若交换机对应的端口故障概率最高，则还需通过简单网络管理协议（simple network managementprotocol，SNMP）具体定位是交换机的哪个光纤网口故障还是交换机故障。
5 结论
本文将过程层二次回路中通信单元进行了抽象、建模，构建了过程层的物理拓扑结构，并将设备间通信的 GOOSE、SV 信息流映射到了实际的物理路径；最后通过所有的断链告警信息综合统计推断各个通信单元发生故障的概率。该方法简单、可靠，不需要额外的设备投资；过程层的网络架构越复杂，优势就越明显。
参考文献：
[2]许伟国，张亮.数字化变电站网络通信在线故障诊断系统的设计与应用[J].电力自动化设备，2010（6）.