智能變電站SV通信異常分類判定分析

王進虎，王 娜

(1.天津送變電工程有限公司，天津 300000；2.天津市電子信息技師學院，天津 300350)

0 引言

智能變電站的正常運行是以各裝置設備之間的通信正常為基礎的，如果SV通信出現異常，將導致數據無法傳輸，必然引起相關保護裝置不能正確動作，因此SV通信狀態及異常對二次保護系統有著至關重要的作用。

將主要研究分析智能變電站內通信的原理及異常的分類，詳細分析SV通信異常對二次系統的影響，根據故障所引起的后果提出針對性的異常情況分析處理方案，為快速解決智能電子設備(intelligent electronic divice， IED) SV通信狀態異常問題提供依據，快速消除故障，保障電網安全穩定運行。

1 SV通信技術

SV通信的運行方式基于發布/訂閱機制，主要是用來傳輸交流采樣值至保護、測控等裝置。目前在國內的智能變電站建設中一般使用IEC 61850-9-2的標準，該標準不僅確定了通信服務映射中所定義的一種采樣值傳輸方式，還規定了網絡數據通道傳送一次瞬時值等內容。IEC 61850-9-2采樣值采用應用協議數據單元(application protocol data unit，APDU)結構，一個APDU可以由多個應用服務數據單元(application service data unit，ASDU)組成。

IEC 61850-9-2采樣值在數據鏈路層的數據幀結構與ISO/IEC 8802-3標準的以太網數據幀結構是相同的，其結構如表1所示。

表1 ISO/IEC 8802-3以太網數據幀結構

2 SV通信異常分類及影響分析

在新一代智能變電站SV通信中，導致SV異常的原因可分為兩大類：一類是由于智能設備配置文件配置不正確，包括合并單元、智能終端、保護裝置和交換機等裝置的配置文件；另一類是由于光纖物理鏈路異常導致的。SV異常會導致保護拒動或者誤動。

2.1 配置文件異常

SV通信每一幀報文中均含有MAC目標地址、MAC原地址、VLAN和優先級信息、APPID、SVID、采樣計數器、配置版本、同步標識以及各通道數據的具體值和數據品質的好壞等信息。智能變電站中智能設備的上述配置文件中相應參數是否正確會直接影響SV通信的狀態。其實現方式主要是通過在數據傳輸的過程中，接收方會嚴格地檢查相關的參數是否一致，來判斷通信狀態是否正常。針對不同參數錯誤情況下的異常狀態，接收方的智能設備會根據不同的情況發出相應的告警。SV通信的報警功能在鏈路層實現，包括雙網的鏈路出錯，SV采樣值數據出錯、合并單元數據無效等。

2.2 數據品質及物理鏈路異常

SV數據品質異常主要包含了通道數據的、溢出、超量程、壞基準值、檢修位等。在實際的使用過程中品質位使用Validity，Test屬性，00000001為無效，這個無效位由MU置無效，00000800即為檢修狀態。

SV物理鏈路異常的情形可以分為以下兩類。

(1) 當SV鏈路沒有足夠的數據或者數據間隔有問題，該鏈路數據置無效會報出SV數據出錯。SV檢修不一致報警是在SV接收軟壓板投入情況下，此時認為該鏈路數據置無效。當鏈路數據出錯時，所有告警會瞬時閉鎖保護，延時告警，正常后告警會自動復歸。

(2) 通信鏈路中硬件設備損壞導致物理通信鏈路中斷。其原因在于：智能設備裝置的光模塊端口損壞、光模塊端口衰耗過大、光纖衰耗過大、彎折損壞等。此時由于物理鏈路已經中斷，接收方的裝置將會發出SV告警信息，同時裝置會閉鎖相關的裝置功能。

3 SV通信異常判定方法分析與處理

SV通信異常時，根據SV通信異常現象，通過SV通信異常故障定位表，快速定位故障大概區段，采用分段隔離排除法準確定位故障位置，實現快速準確發現故障位置，再根據故障應急處理方案快速選取相應的應急處理方案。

SV通信過程涉及過程層、間隔層、站控層的設備，主要有電流電壓互感器、二次電纜或者光纜、合并單元、交換機、保護裝置、測控裝置等。根據SV通信異常對各裝置的影響情況，可分為影響單一裝置和影響多個裝置的兩類情況。

3.1 SV通信異常判定分析

目前國內應用的SV通信服務在以太網的數據鏈路層傳輸采用VLAN技術和優先級標記，傳輸方式是組播方式。根據上述對各參數的作用及具體分析結果，接收方裝置收到SV報文后會按照如上的規則進行各項檢查，保證SV數據的正確。SV異常告警校驗的具體算法邏輯流程如圖1所示。

圖1 SV告警判定邏輯流程

3.2 處理

3.2.1 單一裝置SV異常告警

單一裝置出現SV異常告警的情況通常發生在站控層或者間隔層的裝置，如各類保護裝置、測控裝置等。主要可分為以下三類情況。

(1) 保護裝置本身的故障或告警，包括軟件程序運行異常、裝置某個相關插件異常等情況。單一裝置本身故障或告警原因定位分析如表2所示。

表2 單一裝置本身故障或告警原因定位分析

(2) 當接收方收到的數據品質發生異常，處理方法是：采用手持式數字萬用表來獲取發送端的數據報文，通過查看相應報文的狀態及其品質位的值來初步確定數據品質異常的原因。通過對照SV報文品質異常的詳細分析來準確地確定數據異常的具體原因。數據品質異常原因分析如表3所示。

表3 單一裝置數據品質異常原因定位分析

(3) SV通信鏈路出現中斷。SV通信中斷原因如表4所示。

表4 單一裝置SV通信中斷原因定位分析

對于單一裝置SV異常告警的情況，處理流程是：使用手持式數字萬用表抓取報文來獲得相應配置文件的各參數具體值，通過與SCD文件中正確的參數對比確定MAC目標地址、MAC原地址、VLAN和優先級信息、APPID等相關的參數是否正確。如果通過對比發現手持式數字萬用表接收到的報文的參數配置一致，則確定是接收方裝置的光口出現異常。若手持式數字萬用表無法收到相應的報文信息，則確定是發送方未發出數據報文或者是由于物理鏈路的某個環節出現異常而導致SV斷鏈。此時需要分段隔離，從接收端向發送端逐步排查發現問題。

3.3.2 多裝置SV異常告警

多個裝置同時出現SV通信異常的情況，通常不考慮多個裝置同時出現了裝置本身的故障的情形，主要考慮多裝置同一原因造成的SV異常告警。多個裝置出現告警的情況由電子式互感器異常、合并單元裝置異常、交換機異常、光纖物理鏈路異常等問題引起。

電子式互感器異常具體原因分析如表5所示。處理該種情況時具體方法是：通過查看各異常裝置的具體告警信息，找出其共同點即可定位到出現故障的具體設備，再根據表5分析造成故障的具體原因，待確定具體問題后可根據相應的規定更換設備、光纖，重新設置參數等操作使之恢復正常。

表5 電子式互感器異常原因定位分析表

合并單元裝置異常原因定位分析如表6所示。

表6 合并單元裝置異常原因定位分析表

合并單元異常的具體處理方法是：通過手持式數字萬用表抓取合并單元發出的數據報文，確定合并單元的數據發送是否正常。若無數據發出可能是由于光口、插件、配置文件參數等原因造成，此時可通過更換光口模塊、故障插件、修改參數等操作使之恢復正常。若數據發送正常但品質存在異常，則可詳細查看該合并單元的自檢信息確定合并單元數據品質異常的具體原因，再根據具體情況來處理。

當交換機整體出現故障或異常時，交換機無法正常工作，經過該交換機傳輸的信息均會受到影響，導致接收方的裝置出現SV通信鏈路告警。如果是某間隔過程層交換機出現故障，一般只會影響該間隔相關的設備。相關的設備告警信息只涉及到本間隔的SV通信告警信息，與其他間隔無關。交換機異常原因定位分析如表7所示。

表7 交換機異常原因定位分析表

4 實際案例分析及處理

2019-03-29，范莊村220 kV新一代智能變電站運行維護人員發現后臺監控系統發出告警信息。告警信息如下：

2019-03-29T12:42:14:635，同時出現220 kV甲母線保護B PCS915裝置SV總告警信號、220 kV甲母線保護B PCS915裝置收2215合并單元B SV中斷信號、220 kV甲母線保護B PCS915裝置9號板SV報警信號。

2019-03-29T12:42:19:628，220 kV甲 母 線保護B PCS915裝置發出SV采樣數據異常信號。

2019-03-29T12:42:49:702—2019-03-29T12:44:50:664，上述各信號分別復歸。說明SV通信恢復正常，相應的告警信息自動復歸。

隨后間隔幾秒鐘又多次重復發出上述的告警信息。查看監控主機相應的220 kV鏈路監控界面發現2215合并單元B至220 kV甲母線保護B的SV鏈路出現中斷，檢查其他界面相應的SV鏈路均正常。

檢查監控主機的告警信息及現場核驗，其他裝置均正常無SV通信相關的告警信息，只有220 kV甲母線保護裝置出現了裝置告警等信息。

經過對以上信息進行匯總分析，首先該異常情況為單一裝置SV告警即220 kV甲母線保護B裝置，其他裝置均正常。其次該告警為2215間隔的SV鏈路出現了中斷，其他間隔均正常。根據前文的分析可確認故障位置為2215合并單元B至220 kV甲母線保護B裝置的SV直采鏈路出現了異常。

在做好安全措施后，采取分段測試的方法來排查故障的具體位置。在220 kV甲母線保護B屏內，首先將220 kV甲母線保護B裝置接收2215合并單元B套SV直采的光纖拔下，使用手持式數字萬用表抓取2215合并單元B套發送的SV數據是否正常，檢查發現該光纖無數據傳輸。再將220 kV甲母線保護B裝置至光纖配線架的端口光纖拔下，再次使用手持式數字萬用表測試，仍無法接收到相關的數據，因此可基本判定是從220 kV甲母線保護B屏光纖配線架至2215合并單元B套之間出現了故障。

將2215智能匯控柜中2215合并單元B的發送端口至光纖配線架的端口光纖拔下，再次使用手持式數字萬用表測試，顯示SV數據正常。

通過以上的測試，確定故障為2215智能匯控柜光纖配線架至220 kV甲母線保護B屏光纖配線架的光纜出現異常。使用光功率計進行相關測試發現該光纖衰耗過大出現中斷，再測量相應的備用光纖，衰耗正常。通過上述檢查確定故障位置為2215智能匯控柜光纖配線架至220 kV甲母線保護B屏光纖配線架的光纖電纜熔接出現問題。根據測試的結果備用光纖正常，故障處理方法是將該直采鏈路轉移到備用光纖芯，待具備條件后再處理光纖中斷的故障，進行重新熔接。技術人員隨后更換相關光纖位置并確認無誤后進行測試和查看，SV鏈路恢復正常，各裝置均恢復正常運行狀態。

通過該現場實例處理的過程發現，依據前文所述的分析過程和處理方法與現場的實際情況緊密結合，能夠快速地指導現場對問題進行相應的處理，具備安全、實用、高效、快速的特點。

5 結論

在智能變電站SV通信技術原理研究的基礎上，以范莊村220 kV新一代智能變電站為例，分析了配置文件異常和物理鏈路異常對SV通信的影響，以及檢修機制對通信狀態的影響，并根據工程實際驗證了方法的可行性，具有較高的工程實用價值。