摘要：无人值守模式下调控机构对电网的监视与控制依赖于变电站监控系统的可靠运行。发生监控数据错误时，现有分析方法效率低，故障定位困难，不利于设备快速恢复正常运行状态。本论文研究一种变电站监控系统网络报文分析定位系统，实现多接口快速网络报文采集与实时在线记录，依据变电站配置实现自动解析故障报文，提高故障诊断定位效率，保证电网安全稳定运行。
关键词：监控系统；网络报文；分析定位；变电站
一、引言
随着无人值守模式的建设推广以及计算机、通信技术的飞速发展，变电站上送至调控机构的监控信息方面由传统SCADA信息增加至全部重要监控信息，数据量增加几十倍；实现功能方面增加了对一次设备的遥控操作。以上要求增对调度自动化设备的运行提出了更高要求。监视与控制的准确性关系到调控机构对电网运行情况的判断与事故处理的效率，因此从变电站测控及保护装置、站控层交换机、调度数据网设备到调控机构主站形成了数据传输的重要通道。当发生监控数据错误、丢失或操作失败时，需要快速分析定位故障点，恢复系统正常运行状态。
二、研究背景
变电站监控系统数据在传输过程中存在的调控主站与变电站不一致的情况，主要体现在监控信息漏报误报、信息上涌、SOE时间错误、遥控失败等。尤其是在事故跳闸后，监控信息短时间内大量上送，数据错误会影响调控机构的快速判断，需要现场核实处理后才能恢复送电，降低了事故处置的效率，对电网的安全稳定运行产生不利影响。
2.1故障定位困难
数据传输环节多，设备分析数据缺乏。一方面测控装置、保护装置可以通过事件记录可以确定是否发出或接收，而作为数据传输中枢的远动系统因不具备数据存储能力无法为故障分析提供依据。另一方面网络故障发生后可能瞬间复归，尤其是网络短时拥堵或设备偶发异常，数据传动往往正常，搭建模拟平台也很难重现故障。因此故障处置周期长，甚至查不到故障原因，成为隐患长期存在。
2.2报文分析效率低
现有的网络报文分析仪记录智能变电站各层间网络通信报文，对于远动系统后的调度数据网接收的数据并不进行记录。实际应用中重点服务于保护装置动作事件记录分析，在调度自动化领域应用较少。报文报文量巨大查找困难，且排查故障时需要结合变电站结构与设备IP地址查看，排查效率较低。
三、系统设计
本系统通过记录变电站内间隔层装置之间IEC103（常规变电站）或IEC61850（智能变电站）报文，站控层IEC104报文，结合变电站配置对记录的通信协议进行解析，重现故障时刻网络报文情况，通过自动对比筛选实现监控信息错误、遥控失败等典型故障的诊断定位。
本系统包括网络报文记录单元、网络报文分析单元。网络报文记录单元布置在变电站，网络报文分析单元布置在变电站及远程运维地点。网络报文记录单元通过交换机镜像口将变电站所有报文按时标顺序存储。网络报文分析单元通过高速以太网读取存储报文进行处理分析。后台分析显示软件基于Java语言与J2EE平台，信息交换使用XML格式。软件系统灵活，易于跨平台移植和扩展。系统结构图如下：
四、关键技术
4.1多接口网络报文采集
系统具备低功耗、运行可靠以及强大运算能力；硬件采用电力专用无风扇嵌入式设备，成功解决了噪音与散热问题；采用CPU与FPGA联合的新型集成电路，保证强数据处理能力，运行稳定可靠性和抗干扰能力;数据收集处理系统采用全嵌入式设计方法，采用源码开放的Linux嵌入式实时操作系统，多CPU协调运算处理系统，极大提高了监测记录单元的数据的吞吐能力、处理实时性动态响应特性。
4.2变电站同步时间管理
报文记录单元接受全站同步对时系统管理，采用IRIG-B码对时。采集口与交换机镜像口相连，能实现镜像口线速流量不丢包记录。装置对接收的每一帧以太网链路数据帧均打上精确的时标，对时精度优于1微秒。采集数据通过总线传输至网络报文记录单元。
图1.系统结构图
4.3无缝导入变电站配置
从变电站监控后台和远动机中导出变电站配置数据，根据各监控厂商配置表中内容信息的共同点进行对应的属性分配，每个属性后面紧跟的是属性的数据类型。将配置信息重新分类，集中定义逻辑设备表，以逻辑设备为数据集，数据集中具备“遥测”“遥信”“遥控”等子数据集，每个数据集中包括了“遥信名称”“遥信点号”“遥信状态”等数据元，以标准形式将存储网络数据。经过重新定义后的配置信息导入网络分析仪中，根据网络规约将其与网络报文中的信息进行映射。解析报文的同时将变电站配置数据与其对应。
4.3报文自动校核功能
系统实现站控层（IEC103/IEC61850）与IEC104报文自动校核功能。在怀疑某个时刻报文存在异常时，将这一时刻的两类报文自动校核，通过对比进行展示，并直接与设备间隔信息、设备信息进行关联，能够快速准确的分析定位网络报文故障。
4.5报文远程读取分析
系统通过调度数据网将变电站网络分析单元延伸至公司自动化机房，实现记录报文本地与远程读取，解决了变电站网络问题必须在变电站现场收集数据进行分析的局限性，提高了故障分析定位效率，有利于与主站配合快速恢复变电站监控。
五、应用效果
本系统基于运维人员实际需求研究开发，用户反馈良好。在多个变电站实际应用，成功解决了事故跳闸监控信息丢失、正常运行一次设备（断路器、隔离开关）状态误报、遥控失败等典型问题，故障恢复时间平均由3天降低至1天。系统设计阶段预留开发扩展接口，除系统管理与配置界面外，所有软件模块均预留扩展和开发接口，专业人员可根据实际需求应用接口完成系统优化升级工作。
随着网络分析仪在智能变电站的普遍应用，在新投运的变电站试验将本系统的各项功能承载到网络分析仪硬件中，经过近一年的观察，数据采集与分析功运行稳定。此做法与智能变电站的集约化要求相符合，减少了重复建设和资金投入，同时扩展了本系统的应用范围和效果。
六、结语
变电站监控系统网络报文分析定位系统对通信过程中存在的问题进行记录分析和故障定位，为调度自动化系统故障分析提供依据，确保各单位、各设备的责任清晰，故障处置安全高效，因此变电站监控系统网络报文分析定位系统是无人值守模式调度自动化系统网络报文方面故障分析不可或缺的工具。现阶段此设备仍是针对变电站网络报文的独立运行的系统，缺少对调控机构主站系统的数据采集，缺少与监控系统的融合与联动，仍需要在实际应用中不端完善相关功能，为调度自动化系统及电网的安全稳定运行保驾护航。
参考文献
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论文作者:孟荣1,褚罡2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：报文论文; 变电站论文; 网络论文; 数据论文; 故障论文; 系统论文; 设备论文; 《电力设备》2019年第2期论文;