楊登平 周宇 李義 郭順軍 王成龍

摘要：科技發(fā)展帶動社會進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各項(xiàng)生產(chǎn)生活對電力需求逐漸增加，促進(jìn)變電站不斷發(fā)展，使其向數(shù)字化方法不斷進(jìn)步發(fā)展。文章對網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析儀器進(jìn)行簡單介紹，主要對網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置在的數(shù)字化變電站中的實(shí)踐詳細(xì)分析，以實(shí)際案例為支持， 對網(wǎng)絡(luò)報文記錄深入分析，旨在為促進(jìn)數(shù)字化變電站持續(xù)發(fā)展提供有力參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)報文記錄;分析;裝置;數(shù)字化;變電站

數(shù)字化變電站落實(shí)IEC 61850規(guī)范為支持，對一次設(shè)備及二次設(shè)備分層設(shè)置，確保變電中信息高速傳遞和共享[1]。數(shù)字化變電站將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號，建立對應(yīng)的通信網(wǎng)系統(tǒng)。對數(shù)字化智能變電站而言，站控層、間隔層、過程層以IEC 61850協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。模擬量以SMV報文傳輸，狀態(tài)量、跳閘等以對象百能電站COOSE實(shí)現(xiàn)報文傳輸。數(shù)字化變電站中，各項(xiàng)信息通過數(shù)字信息所表達(dá)，將信息直觀的表現(xiàn)在大眾面前， 表現(xiàn)出數(shù)字化技術(shù)優(yōu)越性。

1.網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置

網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置（以下稱之為網(wǎng)分）可適應(yīng)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信模式傳輸需求，具有顯著優(yōu)勢：

1.1透明性優(yōu)勢

單向接受報文，將不影響原網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，不向原有網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報文，安全性可靠。

1.2.信息處理量大

可接收處理變電站大量信息，處理一些通信報文，通過讀報文儲存、分析、數(shù)據(jù)在線/離線分析， 對信息檢索并管理。

1.3精準(zhǔn)時標(biāo)

支持以IRIG-B碼的不同時鐘源對時，可為各個報文打上精度在1μs左右的時間戳，為故障精確分析奠定基礎(chǔ)。

1.4支持SCD文件

SCD文件可以反映變電站設(shè)備及鏈路關(guān)系，通過SCD解析報文，將計(jì)算機(jī)語言表達(dá)為人類語言，以簡單易懂的信息反映變電站運(yùn)行詳情的，為數(shù)字化變電站持續(xù)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)[2]。

網(wǎng)分可反映出數(shù)字化變電站不同部分通信報文實(shí)際信息。對報文進(jìn)行有針對性的分析， 對故障提前預(yù)警。數(shù)字化變電站過程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有SV、GOOSE共網(wǎng)，不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，對應(yīng)網(wǎng)分接入方式具有的差異性。

2.網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置的發(fā)展分析

2.1調(diào)試設(shè)備

數(shù)字化變電站建設(shè)后，以網(wǎng)分支持便于調(diào)試，分析通信中存在的異常行為。網(wǎng)分裝置被定位網(wǎng)絡(luò)通訊黑匣子，對通信故障過程記錄，定位故障。以網(wǎng)分裝置作調(diào)試用，其自身獨(dú)立運(yùn)行，內(nèi)部信息保密，以專用界面反映出通信異常[3]。

2.2運(yùn)行設(shè)備

網(wǎng)分裝置還可做運(yùn)行設(shè)備，規(guī)范網(wǎng)分裝置功能，以解決網(wǎng)分信息隱私性及功能不規(guī)范問題?！吨悄茏冸娬揪W(wǎng)絡(luò)報文記錄及分析裝置技術(shù)條件》（2013）對網(wǎng)分裝置技術(shù)要求給出明確規(guī)定，明確網(wǎng)分裝置功能及結(jié)構(gòu)（軟件和硬件），硬件上將其分為采集和管理部分，按照DL/T860設(shè)計(jì)裝置信息模型及通信服務(wù)，使網(wǎng)分融入到變電站信息系統(tǒng)中。

當(dāng)下，網(wǎng)分信息標(biāo)準(zhǔn)化模型將不同廠家報文分析結(jié)合起來，如圖1所示，展現(xiàn)出不同的功能。

網(wǎng)分裝置具體分工不明確，制定模型需注重避免模型內(nèi)容固定，導(dǎo)致后來局限功能發(fā)展。 需以一種合適的交換文件方法，適應(yīng)數(shù)字化變電站長久發(fā)展需求。

2.3和其他系統(tǒng)的融合分析

網(wǎng)分裝置自身特有的網(wǎng)絡(luò)報文監(jiān)聽能力，其可以和其他系統(tǒng)融合起來，滿足不同系統(tǒng)功能需求。在《智能變電站保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)視與診斷技術(shù)規(guī)范》（2014）中，以二次運(yùn)維為支持，提出在數(shù)字化變電站建設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理共同構(gòu)成二次設(shè)備系統(tǒng)[4]。在數(shù)據(jù)采集單元接入過程網(wǎng)絡(luò)，獲取合并單元，及SV、GOOSE報文，以專業(yè)性SNMP獲得交換機(jī)實(shí)際信息。就數(shù)據(jù)采集單元技術(shù)而言，其和網(wǎng)分裝置的技術(shù)的特點(diǎn)具有一致性。將網(wǎng)分裝置用作二次設(shè)備檢測系統(tǒng)，開展數(shù)據(jù)采集，以網(wǎng)分成熟技術(shù)，強(qiáng)化系統(tǒng)建設(shè)，減少不必要的資金浪費(fèi)。

3.網(wǎng)分信息構(gòu)成及作用

3.1網(wǎng)分信息構(gòu)成

針對實(shí)際生產(chǎn)法實(shí)施不同，網(wǎng)分信息也具有差異性。

3.1.1原始數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)分為兩種，一種是交換機(jī)端口映射網(wǎng)絡(luò)的原始報文，另一種是原始報文中提取的應(yīng)用層實(shí)際數(shù)據(jù)，針對協(xié)議不同，有SV采樣值、GOOSE信號等區(qū)別[5]。

充分發(fā)揮SCD文件最大價值，將MMS轉(zhuǎn)化還原為具有信息含義的IEC161850的ACSI服務(wù)內(nèi)容，便于理解，可以還原為遙控操縱，報告控制塊激活。此時，MMS數(shù)據(jù)是二次設(shè)備以固定協(xié)議和外界進(jìn)行交換后的運(yùn)行信號代表值。

網(wǎng)分提取的保護(hù)運(yùn)行信息如下所示：（1）保護(hù)動作，對故障發(fā)生的錄波、報告進(jìn)行保護(hù)處理。（2）壓板狀態(tài)，主要是確保功能壓板穩(wěn)定運(yùn)行，保障軟壓板狀態(tài)正常。（3）確保運(yùn)行定制穩(wěn)定。（4）反饋裝備自檢信息。（5）保護(hù)實(shí)際模擬量。（6）對各項(xiàng)命令及操作落實(shí)，確?？刂频膶?shí)時性和 有效性。

3.1.2數(shù)據(jù)分析

由網(wǎng)分裝置對應(yīng)分析模塊對數(shù)據(jù)分析，包含其產(chǎn)生信息、原始報文、應(yīng)用層數(shù)據(jù)等分析。按照實(shí)際作用不同，則可分為不同內(nèi)容：（1）分析通信網(wǎng)絡(luò)，檢查網(wǎng)絡(luò)流量是否滿足需求，是否存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，網(wǎng)絡(luò)連接是否穩(wěn)定，交換機(jī)及設(shè)備通信連接是否穩(wěn)定。（2）分析報文結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的異常，例如發(fā)現(xiàn)報文長度異常、ASN.1編碼的TLV結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，及時警報。（3）分析通信邏輯，及時發(fā)現(xiàn)GOOSE幀序異常、遙控控制不準(zhǔn)確等問題。（4）數(shù)字化變電站配置統(tǒng)一系統(tǒng)，報文內(nèi)容及SCD文件不一致，（5）分析裝置采集數(shù)據(jù)是否有價值，例如，對同源不同數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，分析GOOSE信號頻繁變位現(xiàn)象。（6）對二次設(shè)備運(yùn)行分析，針對裝置上傳自檢信息及報警極限對裝置異?，F(xiàn)象分析研究[6]。

3.2網(wǎng)分信息實(shí)際作用分析

3.2.1為變電站二次運(yùn)維檢修提供支持

為確保二次設(shè)備檢測診斷穩(wěn)定開展，電網(wǎng)公司對具體的智能設(shè)備性能做出規(guī)范，要求就地及遠(yuǎn)方自動化系統(tǒng)可以及時反映系統(tǒng)設(shè)備板卡、回路，及時發(fā)現(xiàn)故障，便于設(shè)備檢修[7]。網(wǎng)分裝置可高效獲取故障自檢信息，且還具有以下幾方面優(yōu)勢：

首先，網(wǎng)分裝置可對變電站通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)施全面監(jiān)視，實(shí)時檢測二次設(shè)備工作的狀態(tài);再者，通過網(wǎng)分裝置可以更高效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的故障進(jìn)行定位報警。例如，變電站曾發(fā)生交換機(jī)故障，導(dǎo)致保護(hù)及另一臺設(shè)備出現(xiàn)大量通訊中斷，導(dǎo)致通信閉鎖，給檢修工作正常進(jìn)行帶來較大麻煩。 而通過網(wǎng)分裝置支持，可迅速發(fā)現(xiàn)兩故障設(shè)備，為迅速解決故障提供依據(jù)。

數(shù)字化的變電站中，網(wǎng)絡(luò)通信是二次系統(tǒng)重要內(nèi)容，對電網(wǎng)安全運(yùn)行有重要影響[8]。對網(wǎng)分裝置而言，其可以對物理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行進(jìn)行切實(shí)監(jiān)督，掌握全面的二次信息，獲取完整設(shè)備運(yùn)行狀況，可結(jié)合其他自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測及診斷，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。

3.2.2為專業(yè)及調(diào)度提供有力服務(wù)

以MMS數(shù)據(jù)獲取保護(hù)運(yùn)行信息，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障、保護(hù)行為、輔助定值核對等多項(xiàng)功能。隨著智能化技術(shù)不斷發(fā)展，保護(hù)動作相關(guān)信息已經(jīng)可以和監(jiān)控、主站等系統(tǒng)聯(lián)系起來，若保護(hù)動作發(fā)生，則裝置生成大量相關(guān)信息，融入到監(jiān)控系統(tǒng)中，將動作事件、故障簡報、錄波文件等上送。信息上送后， 客戶端保護(hù)當(dāng)下運(yùn)行定值。在保護(hù)系統(tǒng)通信繁忙時，客戶端數(shù)量增加將提高保護(hù)裝置運(yùn)行負(fù)擔(dān)，造成一定負(fù)面影響，但是網(wǎng)分裝置并不和保護(hù)裝置直接通信，其對正常運(yùn)行無干擾，仍可實(shí)現(xiàn)從其他客戶端通信中獲取動作信息、保護(hù)信息。通過網(wǎng)分裝置，繼電保護(hù)專項(xiàng)功能得以更好實(shí)現(xiàn)。

4.網(wǎng)分應(yīng)用特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)

4.1應(yīng)用特點(diǎn)

4.1.1系統(tǒng)功能可擴(kuò)展性

傳統(tǒng)二次智能設(shè)備有功能范圍限制，以IED信息模型功能節(jié)點(diǎn)及語義描述作為體現(xiàn)。網(wǎng)分裝置自身網(wǎng)分分析功能具有一定的不確定性。網(wǎng)分裝置發(fā)展是分析功能發(fā)展的過程， 按照常規(guī)二次設(shè)備設(shè)計(jì)需求，若對網(wǎng)分裝置功能標(biāo)準(zhǔn)處理，則必然局限功能發(fā)展，這是網(wǎng)分信息模型制定的一大困難。

4.1.2信息不規(guī)整

網(wǎng)分采集的信息中，既有原始網(wǎng)絡(luò)報文，也有原始報文中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)，不同網(wǎng)分裝置掌握變電站中大量二次信息，可以從不同的角度反映出系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況。相較于傳統(tǒng)的四遙類型，IEC61850主要以層次化結(jié)構(gòu)梳理數(shù)據(jù)的內(nèi)容，數(shù)據(jù)內(nèi)容包含子對象、數(shù)據(jù)屬性包含子屬性等。網(wǎng)份產(chǎn)生分析數(shù)據(jù)，為確保網(wǎng)分功能擴(kuò)大發(fā)展，則需預(yù)先定義所有數(shù)據(jù)模式，信息數(shù)據(jù)的不規(guī)整特征，導(dǎo)致網(wǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)適合以對象化進(jìn)行表達(dá)、儲存、分析等模式。

4.1.3服務(wù)對象具有多樣性

網(wǎng)分可分為多部門，有不同的專業(yè)人員進(jìn)行服務(wù)。首先，其為設(shè)備制造廠家的設(shè)備調(diào)試進(jìn)行服務(wù)，可及時發(fā)現(xiàn)通信中發(fā)生的異常現(xiàn)象，為調(diào)試提供力所能及的幫助;再者，網(wǎng)分裝置為數(shù)字化變電站運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行服務(wù)，其能夠反映出二次系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備更穩(wěn)定的運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為一些變電站的異常處理提供技術(shù)支持;最后，網(wǎng)分裝置為繼電保護(hù)、調(diào)度人員提供科學(xué)的服務(wù)，通過收集大量的處理電網(wǎng)故障信息，為及時處理電網(wǎng)事故，解決電網(wǎng)事故提供科學(xué)決策支持。

4.2網(wǎng)分的實(shí)現(xiàn)方式

網(wǎng)分信息自身種類繁多，不同種類信息的層次性關(guān)系較很復(fù)雜，涉及數(shù)據(jù)量龐大，具有“大數(shù)據(jù)特征”。其數(shù)據(jù)規(guī)模大，數(shù)據(jù)信息流轉(zhuǎn)速度較快，數(shù)據(jù)類型迥異，具有真實(shí)性、低價值等特點(diǎn)。針對網(wǎng)分信息的這種特征，可以采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對其進(jìn)行的儲存和管理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的有序管理。采用當(dāng)下成熟的大數(shù)據(jù)儲存技術(shù)，構(gòu)建出大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，在邏輯結(jié)構(gòu)上將網(wǎng)分裝置設(shè)計(jì)為信息采集及信息管理兩部分。一部分包含信息采集、儲存及共享，構(gòu)成網(wǎng)分信息平臺，信息管理上主要是對信息進(jìn)行分析應(yīng)用。

采集單元的主要作用是收集到的原始數(shù)據(jù)保留到數(shù)據(jù)庫中，以模塊化軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，將各項(xiàng)分析功能以服務(wù)方向，組織為獨(dú)立嵌入模塊， 便于針對需求進(jìn)行配置，為變電站將來擴(kuò)大設(shè)計(jì)提供支持，將模塊產(chǎn)生的結(jié)果都同步到大數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，采用NoSQL數(shù)據(jù)庫為網(wǎng)分提供信息支持，提供接口訪問，將網(wǎng)分有用數(shù)據(jù)共享到需要的自動化系統(tǒng)當(dāng)中，發(fā)揮信息最大化價值，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)及應(yīng)用。

5.工程應(yīng)用

當(dāng)下，通過對數(shù)字化變電站態(tài)勢驗(yàn)收了解到， 武漢中元華電ZH-5N、國電南四NSAR513等在數(shù)字化變電站中應(yīng)用廣泛，但是，其網(wǎng)分在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定問題，一些網(wǎng)分的強(qiáng)大分析能力沒有得到有效發(fā)揮。

首先，在端口流量控制上，網(wǎng)分以防水尾纜和過程層A、B網(wǎng)匯總交換機(jī)相連接，可獲取SV采樣值及GOOE報文。其涉及到采樣值、報文數(shù)據(jù)量較大，在110kV單母分段變電站中，合并單元達(dá)到13+，交換機(jī)側(cè)配置1光端口給網(wǎng)分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，端口數(shù)據(jù)流量約為120-130Mbit/s，對100Mbit工業(yè)級過程層交換機(jī)而言，端口可能丟失數(shù)據(jù)，導(dǎo)致網(wǎng)分采集到的數(shù)據(jù)不完整，需控制好網(wǎng)分監(jiān)聽端口數(shù)據(jù)流量， 確保數(shù)據(jù)完整。

可采取多種措施解決上述問題：（1）在網(wǎng)分及100Mbit過程層匯總交換機(jī)側(cè)配置1000Mbit光端硬件，滿足使用需求。（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，A網(wǎng)及B網(wǎng)過程層匯總交換機(jī)分配2+路端口資源，作用于網(wǎng)分，網(wǎng)分側(cè)配置2路監(jiān)聽端口，接受數(shù)據(jù)，發(fā)揮VLAN劃分功能，將變電站按照流量劃分為2部分，進(jìn)入網(wǎng)分對應(yīng)監(jiān)聽端口。

6.結(jié)束語

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置自身實(shí)施監(jiān)督監(jiān)視能力較強(qiáng)，對電網(wǎng)事故記憶性分析、運(yùn)行維護(hù)及狀態(tài)檢修提供有力支持，應(yīng)注重在的數(shù)字化變電站中合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置，開發(fā)SCD文件解析工具，將網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置融入到變電站信息系統(tǒng)中，減少故障發(fā)生，提供變電站運(yùn)維檢修效率。

參考文獻(xiàn)

[1]胡偉， 陳曉榕， 周鈾，等. 網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置在數(shù)字化變電站中的角色和應(yīng)用[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用， 2018， 37（4）：79-82.

[2]張勇. 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案分析[J]. 通訊世界， 2017（22）：123-124.

[3]周歷， 吳高華， 黃文奇，等. 數(shù)字化牽引變電所網(wǎng)絡(luò)報文在線分析工具設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù)， 2017（7）：19-20.

[4]鄒宇亮. 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站中誤發(fā)遠(yuǎn)傳歷史報文故障分析[J]. 通訊世界， 2017（9）：162-163.

[5]王蕾， 李金龍， 謝蓓敏，等. 基于網(wǎng)絡(luò)分析的變電站調(diào)度自動化故障定位系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代制造， 2017（21）：6-7.

[6]呂占彪， 呂彥召， 鄧顯俊，等. 智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報文特性分析與通信配置研究[J]. 科技資訊， 2018， 16（1）：20-21.

[7]鄭玉平， 吳通華， 戴魏，等. 變電站二次設(shè)備就地化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探討[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2017， 41（16）：20-26.

[8]席禹， 鄒俊雄， 蔡澤祥，等. 基于報文識別與流量管控的智能變電站保護(hù)控制信息安全防護(hù)方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2017， 41（2）：624-629.