智能變電站故障檢修系統(tǒng)運維技術(shù)研究

張秋皓 段星爍

摘要：為了全面診斷智能變電站的故障和提高變電站的可靠性，在分析報文協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、通信關(guān)系、審計數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上提出了一種綜合的智能變電站故障診斷技術(shù)，它集成了變電站協(xié)議分析、基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的故障診斷、主動探測、故障原因分析及定位等技術(shù)。仿真試驗表明，該技術(shù)可以快速定位變電站的各種故障，幫助運維人員診斷和排除故障。

關(guān)鍵詞：智能變電站;故障診斷;協(xié)議分析;主動診斷

目前建設(shè)的智能變電站實現(xiàn)了信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，也具有一定的故障診斷能力，但局限于單裝置設(shè)備的自檢測，因此其故障診斷能力有限，主要表現(xiàn)在以下方面：一是其故障診斷是獨立的局部的，不具系統(tǒng)性;二是單裝置的故障診斷僅能找到故障發(fā)生的直接原因，而不是根本原因;三是故障診斷的信息輸出是分散的，無集中的故障診斷平臺和接口，給變電站運行維護(hù)帶來不便。鑒于上述問題，有必要研究基于整站信息融合的故障診斷技術(shù)和系統(tǒng)，當(dāng)故障發(fā)生時，能快速診斷和定位故障，為智能變電站的可靠運行提供保障，防止不可預(yù)期的安全事件發(fā)生。

1 故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能變電站故障診斷系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和診斷、故障診斷結(jié)果輸出三大部分，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集是智能變電站故障診斷的基礎(chǔ)，采集的數(shù)據(jù)包括站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文、設(shè)備配置信息、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol， SNMP）管理信息庫（ Management InformationBase， MIB）等;數(shù)據(jù)分析和診斷是智能變電站故障診斷的核心，通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動化分析、主動報文探測、SNMP報文分析、網(wǎng)絡(luò)故障定位等技術(shù)實現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)故障報警;故障診斷結(jié)果輸出是人機接口的故障信息展示[1]。

2 智能變電站故障診斷關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

智能變電站故障診斷系統(tǒng)對站內(nèi)的設(shè)備配置信息、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文、設(shè)備日志等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲和過濾、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志統(tǒng)一收集和規(guī)范化處理以及SNMP協(xié)議分析處理技術(shù)，獲取基礎(chǔ)的分析數(shù)據(jù)。

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文采集

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文采集就是捕獲和過濾站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上的各種協(xié)議報文，如面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event， GOOSE）報文、采樣測量值（ Sampled Measured Value， SMV）報文、SNMP報文、syslog報文等。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志采集

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志采集通過接收網(wǎng)絡(luò)交換機、電力智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Devices.IED）、防火墻等發(fā)出的syslog報文，經(jīng)過規(guī)范化處理后，獲取設(shè)備的故障信息，如通信鏈路失敗、通信鏈路恢復(fù)、CPU占用高、內(nèi)存可用率低、設(shè)備電源故障、設(shè)備風(fēng)扇故障、報文阻斷報警、攻擊告警等信息。

2.1.3 SNMP 信息采集

SNMP分析處理技術(shù)包括SNMP輪詢技術(shù)、SNMP Trap技術(shù)以及基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)技術(shù)。SNMP輪詢就是網(wǎng)絡(luò)管理工作站（NetworkManagement Station， NMS）向代理Agent 發(fā)出查詢SNMP MIB樹的指令，獲取各種網(wǎng)絡(luò)報文流量、通信鏈路狀態(tài)、系統(tǒng)資源使用率等有用信息。SNMP Trap技術(shù)則是管理工作站接受來自Agent 以Trap方式主動上報的信息，如系統(tǒng)開機、系統(tǒng)重啟、通信鏈路失敗、通信鏈路恢復(fù)正常、端口流量等[2]?；赟NMP的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)技術(shù)則是采集Bridge MIB"的連接信息，獲取節(jié)點和節(jié)點之間的連接關(guān)系。

2.2 變電站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析技術(shù)

根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)分層的變電站結(jié)構(gòu)，在邏輯層次上，變電站通過過程層網(wǎng)絡(luò)（GOOSE網(wǎng)、SMV網(wǎng)）連接過程層、間隔層設(shè)備，通過變電站層網(wǎng)絡(luò)連接間隔層和變電站層設(shè)備。在過程層網(wǎng)絡(luò)上傳輸著兩類極其重要的信息：SMV采樣值報文和GOOSE報文。前者實現(xiàn)電流、電壓交流量采樣值的上傳，后者實現(xiàn)開關(guān)量的上傳及分合閘控制量的下行。因此，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析主要針對GOOSE報文、SMV報文、制造報文規(guī)范（Mannfacturing Message Specification，MMS）報文進(jìn)行分析。

2.2.1報文解碼

在捕獲站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)報文后，將數(shù)據(jù)包逐層拆封，獲取不同層次協(xié)議的信息。對數(shù)據(jù)包進(jìn)行字段解碼，可識別非正常的協(xié)議應(yīng)用、偽造的數(shù)據(jù)包、錯誤的參數(shù)設(shè)置等。因此通過對數(shù)據(jù)包解碼、分析和歸類，可發(fā)現(xiàn)特定的設(shè)備故障和協(xié)議錯誤等。

2.2.2報文關(guān)聯(lián)性分析

根據(jù)數(shù)據(jù)包的特征、前后時間戳的關(guān)系、不同協(xié)議的分布狀況、網(wǎng)絡(luò)流量、協(xié)議的字節(jié)數(shù)、每種協(xié)議中各種不同類型的幀統(tǒng)計、報文的先后次序關(guān)系等信息來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。

2.2.3物理會話分析

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析提供詳細(xì)的物理連接會話信息，由此可生成站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)物理會話的矩陣關(guān)系圖，從而可以得出各種保護(hù)裝置、智能終端、合并單元等設(shè)備的通信關(guān)系，從矩陣關(guān)系圖中可分析出多余的通信、丟失的通信和異常的信息流等。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)流量分析

對采集的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報文進(jìn)行分析統(tǒng)計，選取合適的指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行異常檢測?？蛇x取的分析指標(biāo)有：廣播流量、組播流量、節(jié)點流量、MAC端點的流量、VLAN流量、特定協(xié)議流量、網(wǎng)絡(luò)接收流量、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送流量、網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)包、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

通過采集智能變電站系統(tǒng)的運行信息，綜合采用變電站協(xié)議分析技術(shù)、主動探測技術(shù)、基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)和故障樹分析技術(shù)診斷和定位變電站故障，提高了智能變電站的可靠性，同時幫助運維調(diào)試人員快速定位和排除故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張可， 田皞， 段曉雪，等. 智能變電站故障檢修系統(tǒng)運維技術(shù)研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源， 2019， 035（010）：56-61.

[2]董游. 智能變電站設(shè)備運行維護(hù)和檢修技術(shù)探討[J]. 百科論壇電子雜志， 2019， 000（003）：374.