GOOSE通信異常判定方法分析與處理

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

在智能變電站中采樣值(sampled value，SV)或面向通用對象的變電站事件(generic object oriented substation events，GOOSE)通信異常的原因多種多樣，運維人員存在思路不清晰、耗時長、故障定位不準確等問題，難以快速定位處理故障。范莊村220 kV智能變電站作為新一代智能變電站試點工程，實現了通信異常等故障的快速準確定位及處理。文中結合智能變電站內實際的運行經驗及相關的設備特點，研究GOOSE通信異常出現時故障位置的判定方法及相應的恢復處理方法。

新一代智能變電站內的GOOSE通信鏈路，與第一代智能變電站一樣，其主要傳輸的數據是開關量信息、間隔層的聯閉鎖信息等。而跳合閘、遙信信號等命令屬于直接跳閘，采用點對點的傳輸方式，與SV采樣值的直接采樣一致。各種裝置間的信息如啟動母差失靈、聯閉鎖等信息采用的是網絡傳輸方式[1]。GOOSE通信異常時，為快速準確定位故障位置，根據智能變電站智能電子設備分層結構及具體通信鏈路編制形成GOOSE通信異常故障定位表和故障應急處理方案表。當GOOSE通信異常時，根據GOOSE通信異常故障定位表快速定位故障大概區段，再采用分段隔離排除法來準確定位故障位置，實現快速準確發現故障位置。根據故障應急處理方案表快速選取相應的應急處理方案及時處理相關的問題。

1 GOOSE通信技術

GOOSE通信可靠性依賴于GOOSE報文傳輸的穩定性，GOOSE報文的接收邏輯和告警邏輯是GOOSE通信異常判定的重要方面。通過GOOSE報文傳輸的重要參數(如：StNum，SqNum，GOID，APPID等)來 判 斷GOOSE報 文 接 收 的正確性。通過解析GOOSE報文配置參數與配置文件中所設置數據的差異性，判別正常和異常的GOOSE報文事件，并根據異常的GOOSE報文事件發出告警信息進行處理[2-3]。

一幀完整的GOOSE報文源代碼，其結構與SV結構基本相同，主要有MAC目標地址、MAC原地址、VLAN和優先級信息、APPID等信息。

在智能變電站實施過程中，GOOSE報文要求在ICD文件中預先定義GOOSE控制塊，系統配置工具應確保 GOID，APPID參數的唯一性。

在GOOSE報文中，設置有StNum和SqNum兩個參數變量，其中：StNum稱為狀態序號，SqNum稱為順序號。StNum的增加表示傳輸數據的更新，每當有數據成員的狀態發生變化時，StNum的狀態序號就會增加1。StNum范圍(1～4294967295)，狀態改變一次+1，溢出后從1開始，即能夠記錄下GOOSE報文數據變化總的次數。SqNum的增加表示重傳報文的遞增，用來記錄發送方在穩態情況下發出GOOSE報文的幀數。裝置每發出一幀報文，SqNum就增加1，SqNum范圍(0～4294967295)，狀態不變時，每發送一次+1，溢出后從1開始。當GOOSE數據集成員數據發生變化時，SqNum值會置零，重新開始計數；當裝置重啟StNum，SqNum都從1開始。因此，StNum狀態序號和SqNum順序號的賦值有一定規律性且有一整套嚴格規定。保護裝置通過對兩個參數的變化情況進行綜合判斷，從而決定對報文是否進行接收處理[4-5]。GOOSE報文接收邏輯流程如圖1。

圖1 GOOSE報文接收邏輯流程

裝置的接收方在接收到新報文后，對前后兩幀報文中的StNum值進行比較：

(1) 若新接收GOOSE報文的StNum值大于上一幀報文的StNum值，則判斷為該幀報文為新數據，且存在數據成員狀態變化，接收方則會更新老數據。

(2) 若新接收GOOSE報文的StNum值等于上一幀報文StNum值，接收方會再將新接收GOOSE報文的SqNum與上一幀GOOSE報文的SqNum值進行比較，若前者大于等于后者，則判斷是重傳報文而棄之；若前者小于后者，則判斷發送方是否重啟裝置，“是”則更新接收方的數據，“否”則丟棄數據。

(3) 若新接收GOOSE報文的StNum值小于上一幀報文StNum值，則判斷發送方是否重啟裝置。若接收方在2倍心跳報文時間內沒有收到下一幀GOOSE報文，接收方裝置會發出該GOOSE通信鏈路中斷的告警。

2 GOOSE通信異常判定流程

接收方在收到GOOSE報文后會根據報文結構進行解析，依據報文中GOID，APPID數據集條目數StNum，SqNum參數值與接收方預先配置的參數進行比較，從而用來判定GOOSE報文異常與否。GOOSE報文告警制定邏輯流程如圖2所示。

圖2 GOOSE報文告警判定邏輯流程

判定為GOOSE報文異常后即發出相應告警信息，不同的判定的結果會發出不同的告警信息。

3 GOOSE通信異常分類分析及恢復處理

GOOSE通信與SV通信均涉及過程層、間隔層、站控層的設備，主要包括光纜、智能終端、交換機、保護裝置、測控裝置、故障錄波器、網絡分析儀、監控后臺等。根據GOOSE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情況兩大類，兩種分類需要遵循不同的分析和處理流程。需要指出的是部分GOOSE通信異常情況與SV通信異常情況分析處理的流程基本一致。

3.1 單一裝置GOOSE異常告警

單一裝置出現GOOSE異常告警情況與單一裝置出現SV異常告警類似，主要是站控層或者間隔層的裝置，例如：各類保護裝置、測控裝置、故障錄波器、網絡分析儀、監控后臺、電能采集裝置等發出告警。當接收方的裝置出現故障或者是數據發送方裝置至接收方的裝置之間的光纖連接存在異常以及交換機等出現異常時，都將引起GOOSE異常告警。

接收方的數據接收方式分為點對點直接采樣方式和網絡傳輸方式，采用點對點方式直接連接的設備通常是各類保護裝置與智能終端等。若只有單個保護裝置或者智能終端出現GOOSE通信告警信息，需要查看異常裝置的具體告警信息。可分為兩類情況：一是接收方裝置或發送方的裝置本身是否出現故障，包括軟件程序運行異常、裝置某個相關插件異常等情況；二是判斷GOOSE通信鏈路是否出現中斷[6]。

(1) 接發裝置故障。當接收方或者發送方裝置本身發生故障時，保護裝置或智能終端裝置均會發出裝置閉鎖、運行異常等告警信號。因此，可通過裝置本身的自檢功能來查看具體的告警內容以確定接收方裝置的具體問題。裝置本身的故障或異常主要分為軟件問題和硬件問題兩類：

① 軟件問題：保護程序運行出現異常或死機、裝置的配置文件的參數配置出現錯誤等。針對此類問題的具體處理方法是：首先要保證裝置程序版本與運行管理部門下發的版本一致，若版本不一致應當更換相應的程序版本；其次要認真核查核實裝置的配置文件內容、參數、版本、校驗碼，要符合現場實際。配置文件根據最終SCD文件所生成，確認無誤后方可重新下裝相應的配置文件來解決該類問題。

② 硬件問題：插件、光口異常。針對插件異常問題，可根據告警信息定位到問題插件并進行更換；若是某個光口出現異常，可通過裝置的光口功率檢測功能界面，查看各光口的接收數據流量是否正常。若某個光口接收出現異常，可將該光口連接的光纖拔下，檢測該光纖的數據發送是否正常；若正常，則可確定為保護裝置的接收光口出現問題，此時可根據實際情況通過更換光模塊或者更換整個插件來解決這一問題。

(2) GOOSE通信鏈路故障。GOOSE通信鏈路出現中斷的情況，主要是接收方與發送方的MAC目標地址、MAC原地址、APPID等相關的參數不一致和物理鏈路出現中斷造成的。這種情況下，可根據報文來獲得相應配置文件的各個參數，通過與SCD文件以及正確參數的對比，確定是否因MAC目標地址、MAC原地址、APPID等相關的參數不一致所引起。若通過對比發現接收到的報文參數配置均正確，則確定是由于接收方裝置的光口出現異常；若無法收到相應的報文信息，則確定是發送方未發出報文或者是由于物理鏈路的某個環節出現問題而導致GOOSE斷鏈，此時需要分段隔離，從接收端向發送端逐步排查問題。

而故障錄波器、網絡分析儀、監控后臺、電能采集裝置等位于間隔層或者站控層，其數據的獲取采用網絡傳輸方式。這類裝置出現GOOSE通信告警時的分析方法和處理措施基本與SV通信異常時一致，在此不再贅述。

3.2 多裝置GOOSE異常告警

多個裝置同時出現GOOSE通信異常的情況，其分析思路與SV類似。GOOSE通信涉及到的設備和內容相比SV通信更多，組網結構更復雜，分析處理起來比SV異常的情況更困難，例如：當某個間隔的智能終端裝置出現故障時，會引起相關的多個保護裝置、故障錄波器、監控后臺等出現告警，分析起來會很復雜。分析的過程與SV異常時的方法一致，多個裝置出現GOOSE告警的情況主要由保護裝置或智能終端裝置異常、交換機異常、光纖物理鏈路異常等問題引起。

(1) 保護裝置或智能終端裝置：可能出現智能終端、相關保護裝置、測控裝置GOOSE告警等異常現象，異常原因一般在于硬件異常、配置文件參數設置不正確。當保護裝置或智能終端裝置故障時導致該裝置無法發出GOOSE報文數據；配置文件參數錯誤時會導致接收方無法識別數據，最終造成接收方的裝置發出GOOSE通信中斷的告警。保護裝置通常有到其他相關保護裝置的啟失靈等信息，智能終端的數據會發送到相應間隔保護裝置、測控裝置使用，因此，當智能終端裝置故障或配置文件參數錯誤時，會造成與該間隔保護、測控裝置等發出相應的告警信息。針對上述情況，保護裝置異常與智能終端異常時類似，可按同樣的方法進行分析和處理，可根據告警信息定位并更換相應的硬件設備或更改配置文件予以解決。

(2) 交換機裝置：通過該交換機進行數據接收的裝置可能出現GOOSE告警現象，可由硬件異常、配置文件異常、網絡風暴等引起，這類異常與SV通信中的相關異常的處理方法一致，可根據告警信息更換相應的硬件設備或更改配置文件、優化網絡結構予以解決。

(3) 光纖物理鏈路：可能出現級聯、組網光纖鏈路中斷等異常現象，可由光纖損壞、光口異常、熔接衰耗過大等引起，此類情況與SV通信處理類似，可通過更換光纖、光口模塊、重新熔接等方法予以解決。

4 結束語

在對智能變電站網絡結構層次、GOOSE通信原理分析的基礎上，以范莊村220 kV智能變電站為例，研究了GOOSE通信實現原理及GOOSE通信異常判定告警方法，并提出了單一裝置和多裝置情形下GOOSE異常告警的處理方案，并經過了實際應用驗證，對于智能變電站的調試及運維過程中處理GOOSE通信異常問題具有實際指導意義。