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摘要：智能化变电站中各智能设备(IED)间的数据的传输主要是网络通信，通过网络分析仪可以记录整个通信过程，并对记录的通信协议进行分析，为事故分析及运行维护提供了依据。
关键词:网络分析仪；IEC61850；报文记录
1 网络分析仪简介
网络分析仪主要由报文记录设备及分析主机构成。分析仪能对基于IEC61850通信网络的通信全过程进行报文记录，包括MMS通信网络、GOOSE通信网络和SMV采样值通信网络的报文记录。然后通过分析主机对各网记录的报文进行详细分析，给出相关的结果。
1.1报文记录设备
记录设备主要把各层网络的通信报文无遗漏的记录下来。由于各层网络的流量不一样，特别是采样值网，1s的采样速率一般为5K或10K，因而1s记录文件的量比较大，像主变采样回路，10min的文件达500M左右，而记录仪存储的容量是有限的，因而需要依据所记录的通信流量确定记录文件保存的时间和记录存储介质的容量，一旦当记录文件的记录容量达到最大值后，采用覆盖历史记录的方式进行记录。一般要求能够保证存储最近一周的通信原始报文。所记录的报文都通过分析仪的对时系统打上时标，以方便查询与分析。
1.2分析主机设备
分析主机可以手动地从各记录仪上下载记录文件，并通过安装于主机上的规约分析模块对记录报文按逻辑通道进行报文详细分析，具备对报文各层面进行分析的能力。能够直观显示通信规约整个过程，具备显示分析报文的类型、报文内容，跟随报文给出明确的报文分析结果;具备故障报文定位和应用报文定位与查找功能，能够根据逻辑通道、时间等关键字对报文内容等单个或组合条件进行查询。
2 各网通信协议分析
通信协议分析包括离线分析和在线分析，由于现在的变电站大多数是无人值守的综合自动化站，因而在线分析都不采用，而且网络分析仪所能分析的报文需10 min 以后才能形成下载文件，因而实际运行过程中主要通过离线分析查找出变电站自动化系统中网络通信存在的问题，达到为运行人员分析各种故障提供依据的目的。
2.1采样网协议分析
从合并单元至保护装置现有的3种通信协议: IEC 60044-8、IEC 61850-9-1 及IEC 61850-9-2各有优缺点。由于现在国内在采样值网通信协议这方面比较多的采用IEC 61850-9-1 协议，所以网络分析仪现只对9-1 报文有分析功能。
(1) 对9-1 报文符合标准的判断
根据IEC 61850-9-1 标准，9-1 报文中各字节有严格的规范定义。1)查看合并单元发送至保护装置的报文是否是等间隔发送，如采样率为100点每周波，则前后2个报文的间隔时间为200μs。2)解析发送的每帧报文中电压、电流值是否有异常情况。3)通过查看SMV采样计数器来发现发送的采样值报文是否有漏包现象。如采样速率为100点每周波，则1s之内合并单元共发送5000帧报文，秒脉冲到来时，计数器清零，如果前后2帧报文计数值不连续，就说明有丢帧的现象发生。
(2) 数据同步性的判断
合并单元与保护装置采用报文通信以后，数据的同步性就显得异常重要，特别是如主变差动保护、母差保护等需处理来自不同合并单元数据的装置，对数据的同步性要求非常高，否则容易导致保护的误动作。通过网络分析仪解析出各个时间合并单元计数器的值(记录仪对所记录报文的时标精确到微秒级)，可以判断出保护装置各侧采样值的同步性问题。
2.2 GOOSE网协议分析
对于GOOSE报文的分析，应包括ACSI层面的分析和ETHERNET层面的分析，ACSI和ETHERNET的关系是1←→1，所以在分析时，两者的分析结果同时给出。
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(1)对GOOSE报文符合标准的判断
根据IEC61850-8-1标准:1)有新事件发生时，4个传输时间T0、T1、T2以及T3的时间是否符合标准;2)StNum和SqNumw值变化是否正确:当为心跳报文时，StNum不变，SqNum应连续增加，直至达到最大值后变为1，如果SqNum不连续，则有丢帧;有新事件时，StNum连续增加，SqNum值为0，StNum达到最大值后则变为1，如果StNum不连续，则有丢帧;但如果装置初始化后，StNum变为1和SqNum变为0
(2) 对GOOSE通信中断判断
依据SCD文件中配置的minTime和maxTime的值，当2帧报文的时间间隔＞4倍的maxTime值与minTime值的和值时，则判定为通信中断。
2.3 MMS网协议分析
对MMS网报文的分析应包括ACSI层面的分析，MMS层面的分析和ETHENET层面的分析。ACSI和MMS的关系是1←→1，所以在分析时，两者的分析结果同时给出，MMS和ETHERNET的关系是1←→n，n的取值范围为≥1，所以是通过选择后查看相映的ETHERNET报文信息。对MMS报文的分析主要是3个层面的分析。
(1) MMS层的分析：包括初始化过程分析、读/写过程分析、报告过程分析、日志服务过程分析，以及各过程相关报文解析和分析。
(2) ACSI分析：应用分析，包括控制操作、定值操作、事件上送、文件服务等服务过程与MMS服务过程之间的映射分析，以及各过程相关报文解析的映射分析。
(3) ETHENET层分析：是对报文表示层以下各层次信息进行分析，显示各层的详细信息。
3 网络分析仪在实践应用中发挥的重要作用
网络分析仪不仅实现了对采样值网，GOOSE网及MMS 网通信环节报文的记录与分析功能，而且具备故障功能的分析与统计，这为自动化系统的联调、运行维护带来了极大的方便。结合在实践应用中的经验，分析仪解决了如下一些问题:
(1)查明了由于智能操作箱配置错误而跳闸不出口的原因、合并单元VID号配置错误保护装置收不到报文的原因。
(2)大致分析了GOOSE跳闸报文的传输延时，按标准GOOSE跳闸报文的传输时间小于4ms，由于现在没有测试仪可以测试出此传输时间，因而通过保护及智能操作箱发送的报文时间差可大致计算出报文的传输延时，从而判断网络的延时是否满足要求。
(3)判断出主变高低压侧采样值的延时。主变高压侧的A/D采样是在光纤电流互感器的电气处理单元完成，然后通过光纤传输至主变高压侧合并单元，而主变低压侧A/D转换是在低压侧的合并单元内完成的，因高压侧经过电气处理单元处理并传输，因而相对于低压侧有一定的延时。通过分析仪所记录的采样值报文，分析出高低压侧的采样值大概有2个点的延时。
(4)分析出线路保护装置测量值不显示的原因。一线路保护的测量值没有显示，而保护值是有的，由合并单元发送至电度表，数字故障录波的值都能接受到，但其它回路的测量值接入此保护测量输入口，保护装置能显示，从而造成合并单元与保护厂家都认为自己的装置没有问题。通过分析仪查看，分析仪也没有接受到报文，从而确认是交换机有问题，这是因为保护装置的测量值报文及分析仪接受的报文都是通过交换机后传输的，最后经查是由于交换机设置不对，造成报文没有上传。
4 结语
智能化变电站相对于传统的综合自动化站来讲，网络通信由于涉及到采样及跳闸过程，因而变得越来越重要。通过网络分析仪这样一种新型的设备，可以实时记录所有IED 之间的网络通信报文，对各网通信过程中存在的问题进行分析和准确定位，从而为通信故障进行事后分析提供了依据，也保证了各厂家设备的职责清楚，因此网络分析仪是智能化变电站事故分析不可或缺的设备。但现阶段网络分析仪还缺少对系统各网络的通信进行实时监控分析并给出告警信息的功能，需进一步完善相关的功能。
参考文献
[1]郑新才.IEC61850标准下采样值传输规范的对比和分析[J].电力系统保护与控制,2014,32(18).
[2]陈文升.数字化变电站关键技术研究与工程实现[J].华东电力,2013,37(1)．
作者简介：
苏进顺，男，1989年03月生，青海乐都人，现供职于国网青海省电力公司检修公司，助理工程师，长期从事变电站运行维护及检修工作。
满自锋，男，1990年04月生，甘肃兰州人，现供职于国网青海省电力公司检修公司，助理工程师，长期从事变电站运行维护及检修工作。
论文作者:苏进顺,满自锋
论文发表刊物:《电力技术》2016年第5期
论文发表时间:2016/10/15
标签：报文论文; 分析仪论文; 变电站论文; 单元论文; 网络论文; 通信论文; 过程论文; 《电力技术》2016年第5期论文;