智能变电站故障检修系统运维技术研究

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  摘要:为了全面诊断智能变电站的故障和提高变电站的可靠性,在分析报文協议、网络拓扑、通信关系、审计数据等基础上提出了一种综合的智能变电站故障诊断技术,它集成了变电站协议分析、基于简单网络管理协议的故障诊断、主动探测、故障原因分析及定位等技术。仿真试验表明,该技术可以快速定位变电站的各种故障,帮助运维人员诊断和排除故障。
  关键词:智能变电站;故障诊断;协议分析;主动诊断
  目前建设的智能变电站实现了信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,也具有一定的故障诊断能力,但局限于单装置设备的自检测,因此其故障诊断能力有限,主要表现在以下方面:一是其故障诊断是独立的局部的,不具系统性;二是单装置的故障诊断仅能找到故障发生的直接原因,而不是根本原因;三是故障诊断的信息输出是分散的,无集中的故障诊断平台和接口,给变电站运行维护带来不便。鉴于上述问题,有必要研究基于整站信息融合的故障诊断技术和系统,当故障发生时,能快速诊断和定位故障,为智能变电站的可靠运行提供保障,防止不可预期的安全事件发生。
  1 故障诊断系统的结构
  智能变电站故障诊断系统分为数据采集、数据分析和诊断、故障诊断结果输出三大部分,如图1所示。数据采集是智能变电站故障诊断的基础,采集的数据包括站内网络协议报文、设备配置信息、网络设备日志、简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol, SNMP)管理信息库( Management InformationBase, MIB)等;数据分析和诊断是智能变电站故障诊断的核心,通过站内网络协议自动化分析、主动报文探测、SNMP报文分析、网络故障定位等技术实现站内网络故障报警;故障诊断结果输出是人机接口的故障信息展示[1]。
  2 智能变电站故障诊断关键技术
  2.1 数据采集技术
  智能变电站故障诊断系统对站内的设备配置信息、网络协议报文、设备日志等数据进行采集,通过对网络数据包捕获和过滤、网络设备日志统一收集和规范化处理以及SNMP协议分析处理技术,获取基础的分析数据。
  2.1.1 网络协议报文采集
  网络协议报文采集就是捕获和过滤站内网络上的各种协议报文,如面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event, GOOSE)报文、采样测量值( Sampled Measured Value, SMV)报文、SNMP报文、syslog报文等。
  2.1.2 网络设备日志采集
  网络设备日志采集通过接收网络交换机、电力智能电子设备(Intelligent Electronic Devices.IED)、防火墙等发出的syslog报文,经过规范化处理后,获取设备的故障信息,如通信链路失败、通信链路恢复、CPU占用高、内存可用率低、设备电源故障、设备风扇故障、报文阻断报警、攻击告警等信息。
  2.1.3 SNMP 信息采集
  SNMP分析处理技术包括SNMP轮询技术、SNMP Trap技术以及基于SNMP的网络拓扑发现技术。SNMP轮询就是网络管理工作站(NetworkManagement Station, NMS)向代理Agent 发出查询SNMP MIB树的指令,获取各种网络报文流量、通信链路状态、系统资源使用率等有用信息。SNMP Trap技术则是管理工作站接受来自Agent 以Trap方式主动上报的信息,如系统开机、系统重启、通信链路失败、通信链路恢复正常、端口流量等[2]。基于SNMP的网络拓扑发现技术则是采集Bridge MIB"的连接信息,获取节点和节点之间的连接关系。
  2.2 变电站网络协议分析技术
  根据IEC 61850标准分层的变电站结构,在逻辑层次上,变电站通过过程层网络(GOOSE网、SMV网)连接过程层、间隔层设备,通过变电站层网络连接间隔层和变电站层设备。在过程层网络上传输着两类极其重要的信息:SMV采样值报文和GOOSE报文。前者实现电流、电压交流量采样值的上传,后者实现开关量的上传及分合闸控制量的下行。因此,网络协议分析主要针对GOOSE报文、SMV报文、制造报文规范(Mannfacturing Message Specification,MMS)报文进行分析。
  2.2.1报文解码
  在捕获站内网络报文后,将数据包逐层拆封,获取不同层次协议的信息。对数据包进行字段解码,可识别非正常的协议应用、伪造的数据包、错误的参数设置等。因此通过对数据包解码、分析和归类,可发现特定的设备故障和协议错误等。
  2.2.2报文关联性分析
  根据数据包的特征、前后时间戳的关系、不同协议的分布状况、网络流量、协议的字节数、每种协议中各种不同类型的帧统计、报文的先后次序关系等信息来发现网络故障。
  2.2.3物理会话分析
  网络协议分析提供详细的物理连接会话信息,由此可生成站内网络物理会话的矩阵关系图,从而可以得出各种保护装置、智能终端、合并单元等设备的通信关系,从矩阵关系图中可分析出多余的通信、丢失的通信和异常的信息流等。
  2.2.4 网络流量分析
  对采集的网络协议报文进行分析统计,选取合适的指标对网络流量进行异常检测。可选取的分析指标有:广播流量、组播流量、节点流量、MAC端点的流量、VLAN流量、特定协议流量、网络接收流量、网络发送流量、网络接收数据包、网络发送数据包。
  通过采集智能变电站系统的运行信息,综合采用变电站协议分析技术、主动探测技术、基于SNMP的网络故障诊断技术和故障树分析技术诊断和定位变电站故障,提高了智能变电站的可靠性,同时帮助运维调试人员快速定位和排除故障。
  参考文献:
  [1]张可, 田皞, 段晓雪,等. 智能变电站故障检修系统运维技术研究[J]. 电网与清洁能源, 2019, 035(010):56-61.
  [2]董游. 智能变电站设备运行维护和检修技术探讨[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(003):374.
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