智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信異常分析研究

徐丹婷

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

與傳統(tǒng)綜自站不同，智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大部分使用“三層兩網(wǎng)”式結(jié)構(gòu)?！叭龑觾删W(wǎng)”由站控層、間隔層、過程層、站控層網(wǎng)絡(luò)以及間隔層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成[1]。該結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)信息的共享，降低了二次接線的數(shù)量，而且調(diào)用站內(nèi)各類信息更加方便，還為一鍵順控等新技術(shù)提供了平臺(tái)。

1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

將變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)按照功能進(jìn)行分層分類，提出了相應(yīng)的3個(gè)層次，如圖1所示。按照從上到下的順序，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為站控層、間隔層以及過程層。其中，用連線表示各層之間設(shè)備的通信和每層間傳遞的數(shù)據(jù)及命令信息。例如，站控層可與間隔層進(jìn)行保護(hù)和控制數(shù)據(jù)的相互交互，將傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)處理和高級(jí)應(yīng)用，并上傳給相應(yīng)調(diào)度和后臺(tái)機(jī)監(jiān)控[2]。間隔層接收到來自站控層發(fā)送的各類遙控操作命令，但命令需要能夠通過五防邏輯判斷才能出口執(zhí)行。間隔層內(nèi)的保護(hù)裝置需要與測(cè)控裝置完成數(shù)據(jù)間的相互傳遞，以便實(shí)現(xiàn)相互閉鎖和裝置間數(shù)據(jù)交互等功能[3]。

站控層一般使用冗余設(shè)計(jì)（雙網(wǎng)配置Made Message Standard網(wǎng)絡(luò)）收集全站信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站一次設(shè)備和二次設(shè)備的監(jiān)控[4]。間隔層接收來自過程層的信息，監(jiān)視全站設(shè)備的運(yùn)行情況，主要起保護(hù)作用。過程層一般由各類數(shù)據(jù)采集裝置組成，主要包括各類一次設(shè)備、各間隔的合并單元以及智能終端。過程層與間隔層之間需要使用光纖完成各類數(shù)據(jù)的交互，并上傳各類一次設(shè)備的狀態(tài)。

圖1 “三層兩網(wǎng)”式結(jié)構(gòu)

2 各層網(wǎng)絡(luò)典型通信異常原因分析

當(dāng)前，智能變電站的站控層一般使用雙網(wǎng)運(yùn)行方式。雙網(wǎng)指MMS A網(wǎng)和MMS B網(wǎng)。雙網(wǎng)中，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信中斷都不會(huì)對(duì)站控層的運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，故而不會(huì)波及到位于調(diào)控中心內(nèi)的調(diào)自系統(tǒng)[5]。但是，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的中斷會(huì)導(dǎo)致站控層網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性有所下降，在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生故障時(shí)可能導(dǎo)致失去全站設(shè)備的監(jiān)控，因此需要及時(shí)處理。

站控層網(wǎng)絡(luò)通信異常的原因主要有以下幾種。（1）裝置內(nèi)部物理網(wǎng)卡的MAC地址與其他裝置沖突。在調(diào)試和運(yùn)行中，MAC地址沖突會(huì)造成Address Resolution Protocol風(fēng)暴，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)上的其他裝置。（2）IP地址沖突。當(dāng)有復(fù)數(shù)裝置存在IP地址沖突時(shí)，監(jiān)控后臺(tái)的Address Resolution Protocol更新后會(huì)連接所有具有相同IP地址的裝置，從而造成具有相同IP地址的裝置通信受限。（3）交換機(jī)被環(huán)接。當(dāng)交換機(jī)被錯(cuò)誤環(huán)接時(shí)，需要經(jīng)由交換機(jī)傳遞的報(bào)文有可能在交換機(jī)內(nèi)部循環(huán)發(fā)送而形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，導(dǎo)致接收?qǐng)?bào)文裝置的網(wǎng)絡(luò)通信受限。（4）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。一旦形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，裝置內(nèi)存會(huì)被迅速占用，導(dǎo)致裝置無法進(jìn)行任何處理而失去網(wǎng)絡(luò)連接。（5）裝置本身接口問題或裝置間連接的網(wǎng)線存在故障。

遇到上述站控層網(wǎng)絡(luò)異常情況時(shí)，可按照下述步驟進(jìn)行處理。先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，判斷是否是網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的問題（即排除原因1～原因3），然后檢查現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)是否存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴（概率較低，排除原因4）。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)通信異常是由線路損壞或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換機(jī)故障導(dǎo)致，需要詳細(xì)監(jiān)測(cè)光纜線路和站內(nèi)相關(guān)交換機(jī)的運(yùn)行狀況。發(fā)現(xiàn)存在故障的交換機(jī)（可通過交換機(jī)面板數(shù)據(jù)交換燈是否閃爍判斷）時(shí)，需及時(shí)聯(lián)系廠家和自動(dòng)化檢修人員進(jìn)行處理。故障交換機(jī)經(jīng)過廠家的調(diào)試和檢修人員的檢修后恢復(fù)正常通信，同時(shí)返回監(jiān)控后臺(tái)的相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。

目前，合并單元、智能終端以及保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)交互一般采用“直采直跳”，即保護(hù)裝置直接從合并單元獲取SV信號(hào)，再經(jīng)由智能終端獲得斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)。故障發(fā)生時(shí)，可直接通過智能終端完成跳閘。此外，合并單元會(huì)將SV信號(hào)通過交換機(jī)發(fā)送至其他需要采集相關(guān)數(shù)據(jù)的裝置，如母線保護(hù)裝置。測(cè)控裝置由GOOSE、SV A網(wǎng)以及SV B網(wǎng)獲取相關(guān)采樣和開關(guān)刀閘的狀態(tài)信息，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳遞各種命令信號(hào)。

常見的過程層網(wǎng)絡(luò)異常包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、裝置板件損壞、接口位置錯(cuò)誤或損壞造成的鏈路中斷、裝置由于溫度過高導(dǎo)致報(bào)文傳輸速度異常以及各裝置間連接光纖的損壞。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生GOOSE或SV斷鏈時(shí)，需要確認(rèn)斷鏈間隔，檢查光纖通道是否存在問題，及時(shí)聯(lián)系檢修人員進(jìn)行檢查。如果異常是由裝置板件損壞或接口損壞導(dǎo)致，那么應(yīng)及時(shí)更換損壞的器件。變電站新建過程中應(yīng)強(qiáng)化對(duì)光纖及光纖頭的有效保護(hù)，以免留下隱患。此外，運(yùn)維人員在日常巡視中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防小動(dòng)物隔離擋板的維護(hù)，防止小動(dòng)物對(duì)光纖造成損壞。

3 運(yùn)維人員運(yùn)維質(zhì)量提升策略

智能變電站的大量普及對(duì)運(yùn)維人員提出了更高要求，因此提出以下相關(guān)策略，以提升運(yùn)維人員的運(yùn)維質(zhì)量。

3.1 提高分析、判斷問題的能力

運(yùn)維人員應(yīng)強(qiáng)化自身對(duì)智能變電站的學(xué)習(xí)，通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題和已經(jīng)發(fā)生的問題，迅速響應(yīng)，判斷問題的根本原因。自身能夠解決的問題應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的解決方案，而自身無法解決時(shí)應(yīng)迅速與專業(yè)人員取得聯(lián)系。

3.2 提高自身對(duì)智能變電站的認(rèn)識(shí)水平

運(yùn)維人員應(yīng)強(qiáng)化自身對(duì)各類專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，理解專業(yè)術(shù)語的內(nèi)容，熟練掌握新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的安措布置融會(huì)貫通。運(yùn)維人員需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括GOOSE和SV等新術(shù)語、智能站的故障報(bào)文以及合并單元與智能終端等新增設(shè)備。

3.3 提升自身總結(jié)歸納的能力

運(yùn)維人員應(yīng)對(duì)平日內(nèi)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題的共性，尋找更合理的巡視維護(hù)方法，從而提高運(yùn)維質(zhì)量，保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

4 結(jié) 論

“三層兩網(wǎng)”式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)信息的共享，降低了二次接線的數(shù)量，為一鍵順控等新技術(shù)提供了平臺(tái)，但也增大了運(yùn)維人員運(yùn)維的難度。本文分析智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究?jī)蓪泳W(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的典型通信異常情況，并提出了相應(yīng)的解決措施，對(duì)智能變電站運(yùn)維人員有一定的借鑒作用。