智能變電站過程層故障診斷及定位技術(shù)研究

李興美　尹文兆　段蘭　王自宏　趙鳳　韓斌

摘 要：智能變電站由于結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)備繁多，出現(xiàn)故障情況時有發(fā)生，一旦故障情況得不到及時處理，將會對電力系統(tǒng)以及電力用戶造成不良影響。文章針對智能變電站發(fā)生故障概率比較高的過程層，開展故障診斷及定位的關(guān)鍵技術(shù)研究，設(shè)計變電站過程層故障診斷及定位系統(tǒng)，為變電站過程層減少故障發(fā)生率，提高變電站整體的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站；過程層；故障診斷；定位

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0145-02

Abstract： Due to the complex structure and various equipment， intelligent substation failures occur from time to time. Once the fault situation can not be dealt with in time， it will have adverse effects on the power system and power users. Aiming at the process layer with high fault probability of intelligent substation， this paper studies the key technologies of fault diagnosis and location， and designs the fault diagnosis and location system of substation process layer， which can reduce the occurrence of fault in the process layer of substation. It is of great significance to improve the safe and stable operation of the whole substation.

Keywords： intelligent substation； process layer； fault diagnosis； location

1 概述

作為電力系統(tǒng)的“心臟”，智能變電站是電力系統(tǒng)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流“三流”匯聚的焦點，是銜接發(fā)、輸、配、用電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮著重要作用。智能變電站由于結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)備繁多，出現(xiàn)故障情況時有發(fā)生，一旦故障情況得不到及時處理，將會對電力系統(tǒng)以及電力用戶造成不良影響。因此，研究智能變電站的故障診斷及定位技術(shù)，對提高變電站的檢修效率，減少變電站故障，提高變電站的安全運行具有重要意義。

2 智能變電站過程層故障診斷研究現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，目前已經(jīng)投運的變電站的故障和缺陷有相當部分集中發(fā)生在過程層[2]，由于智能化變電站的建設(shè)逐漸深化，過程層的故障和缺陷也逐漸暴露出來，目前針對變電站過程層的研究也逐漸受到了重視。

智能變電站過程層主要包括過程層設(shè)備（智能終端和合并單元）和過程層網(wǎng)絡(luò)，起到保護和控制變電站一二次設(shè)備的作用。[3]過程層的智能終端與間隔層的二次設(shè)備采用光纖連接，為過程層與間隔層的通信提供了便利。過程層相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)報文經(jīng)光纖傳輸，由專門的協(xié)議解析技術(shù)解析后，提供故障診斷及定位系統(tǒng)進行對故障診斷、分析、定

位。本文研究的變電站過程層在線故障診斷及定位技術(shù)，設(shè)計過程層故障診斷及定位系統(tǒng)，對實現(xiàn)變電站的運維檢修提供參考依據(jù)。

3 智能變電站在線式故障快速診斷關(guān)鍵技術(shù)

隨著智能化變電站的發(fā)展，變電站結(jié)構(gòu)及運行日益精細化，任何故障的發(fā)生都會對電力系統(tǒng)及用戶帶來不小的影響。傳統(tǒng)變電站二次回路采用電纜連接，設(shè)備名稱及功能一一對應(yīng)，變電站的故障，一方面，通過查找二次回路發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備；另一方面，通過相應(yīng)設(shè)備的告警信息予以發(fā)現(xiàn)，以上故障診斷方式，均沒有達到二次系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)化的目標，還不能有效地的發(fā)現(xiàn)變電站的故障并進行準確定位。

因此，本文提出了一種變電站故障快速診斷技術(shù)，利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、變電站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析技術(shù)、故障主動探測技術(shù)和基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)，實現(xiàn)對變電站過程層設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息進行準確采集、解析，對可能出現(xiàn)的故障進行準確探測和診斷。

3.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

智能變電站過程層內(nèi)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)信息的采集，是變電站過程層進行故障診斷及定位的基礎(chǔ)和前提，收集的信息由相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)過濾、集成和處理，并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的報文日志文件，為變電站故障診斷及定位系統(tǒng)提供判斷的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析技術(shù)

主要是針對智能變電站的過程層產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)報文信息進行解析和處理的一種技術(shù)。智能變電站的過程層，所涉及到的網(wǎng)絡(luò)為過程層網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生的報文信息，為：GOOSE報文信息和SMV采樣值報文信息。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析技術(shù)對產(chǎn)生的報文信息進行解析，為故障診斷及定位模型運行提供必要數(shù)據(jù)。

3.3 主動探測技術(shù)

對過程層網(wǎng)絡(luò)報文的分析和處理，除了需要研究變電站的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析技術(shù)外，還需要對智能變電站過程層產(chǎn)生的報文信息進行主動探測。

主動探測包括三個步驟，分別為：以太網(wǎng)控制報文協(xié)議包的探測，報文信息探測、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志分析等。控制協(xié)議包探測是通過發(fā)送探測信息，分析設(shè)備的響應(yīng)消息，進而判斷過程層網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的狀態(tài)。報文信息探測，是對變電站過程層的報文信息進行模擬，然后使用報文發(fā)射器發(fā)射至過程層的網(wǎng)絡(luò)進行測試，并對測試結(jié)果進行分析，根據(jù)結(jié)果判斷網(wǎng)絡(luò)裝置及系統(tǒng)的情況。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志分析主要是網(wǎng)絡(luò)日志進行采集、過濾、格式轉(zhuǎn)換、解析、判斷的過程。

3.4 基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)主要由報文解析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲技術(shù)和異常檢測技術(shù)三大部分構(gòu)成。報文解析技術(shù)，是指對Trap數(shù)據(jù)包進行接收、解析。網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn)即是尋找網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的連接關(guān)系。異常檢測技術(shù)即對報文信息進行輪詢讀取，解析和比對，即通過當前采集數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值相比較，如果超過閾值范圍，則進行異常提示。

4 故障診斷及定位系統(tǒng)設(shè)計

智能變電站過程層故障診斷及定位系統(tǒng)通過對過程層的設(shè)備（合并單元，智能終端及繼電保護裝置），和過程層網(wǎng)絡(luò)（通信的物理鏈路和邏輯鏈路）進行監(jiān)測，對相應(yīng)的SCD文件及CID文件解析，探測和診斷，實現(xiàn)故障診斷及定位。

系統(tǒng)主要分為三大部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和診斷數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1。

4.1 智能變電站過程層故障快速診斷

首先將智能變電站的SCD文件和間隔層的CID文件導入智能變電站過程層故障診斷及定位系統(tǒng)，解析完成后將獲得智能變電站內(nèi)的二次設(shè)備及二次回路信息，以及相應(yīng)設(shè)備間的通信信息，以此為依據(jù)作為狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

過程層設(shè)備抓包故障錄波，通過SV/GO

OSE網(wǎng)絡(luò)傳輸分析平臺，同時，過程層設(shè)備還會將通信狀態(tài)信息上送間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備則通過MMS網(wǎng)絡(luò)上送分析平臺；系統(tǒng)通過對站控層網(wǎng)絡(luò)抓包，獲取站內(nèi)通信鏈路（二次回路）的狀態(tài)；最終，系統(tǒng)將獲取的二次設(shè)備和二次回路的狀態(tài)信息與SCD文件進行比對，驗證SCD的數(shù)據(jù)集配置和過程層通信鏈路的一致性，進行故障診斷。

4.2 智能變電站故障快速定位

智能變電站過程層的故障診斷結(jié)果，是進行變電站故障定位的依據(jù)。為實現(xiàn)智能變電站的快速準確定位，將變電站的邏輯接口模型和功能層與變電站的拓撲結(jié)構(gòu)進行有機結(jié)合，為智能變電站的故障定位提供鏈路路徑。

同時，將變電站的監(jiān)控系統(tǒng)與IED信息模型和信息交相服務(wù)的模型相結(jié)合，為提高智能變電站的故障定位技術(shù)提供保障。

5 結(jié)束語

變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐，承載著電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要使命，在其運行過程中的任何故障，都需要引起重視。為此，本文選擇智能變電站故障率比較高的過程層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)為研究對象，開展過程層故障診斷及定位的關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)設(shè)計智能變電站故障快速診斷及定位系統(tǒng)，對變電站過程層減少故障發(fā)生率，提高變電站整體的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

參考文獻：

[1]尹相國.智能變電站故障診斷系統(tǒng)及定位技術(shù)的研究[J].電子科學技術(shù)，2017.

[2]張道銀，張小飛，趙汝英.智能變電站故障診斷技術(shù)研究[J].電力信息化，2013.

[3]陳浙.智能變電站過程層故障快速診斷與定位關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與研究[D].山東大學，2015.