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智能变电站——网络分析仪

发表时间:2020/10/9 7:45:59  浏览次数:71  
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一、概述

随着智能变电站的迅速发展,智能变电站站控层、间隔层以及过程层的通信网络报文已经成为变电站智能设备间信息交互和共享的主要方式,传统方式下变电站的监测保护及自动化装置采用二次电缆进行状状态量、电压及电流二次信号的传输方式已被数字化通信网络所取代,这些对部署于智能变电站内的故障录波装置提出了更高的要求,除了需要完成对电力系统一次设备故障波形以及二次设备动作行为进行详实完整的记录,便于事故发生后快速查找故障原因和事后深入分析的基本功能外,还需要对变电站内智能设备和通信网络的健康状况等进行有效的监视、记录和诊断,提前发现通信网络的薄弱环节和故障设备,以DNR-300型网络分析仪为例给大家介绍这个继电保护专业的新朋友。

DNR-300型智能变电站网络数据监测记录装置是国电南瑞科技股份有限公司在上述环境下的研制出的基于DL/T860构架,应用于新一代智能变电站中的网络数据监测记录装置,该装置实现了对全站SV报文、GOOSE报文、MMS报文等网络报文的实时监视、记录及分析功能,为智能变电站的安全稳定运行提供了技术支撑。可对包括二次信号传输过程在内的网络通讯状态、通讯信息进行在线监视和分析,并对可能的运行故障及隐患进行告警,有利于及时发现故障点并排查故障;同时对变电站运行传输信息进行完整真实全记录,以重现任意时刻的运行过程。通过分散监听、集中监视处理的方式,能提供出包括网络通信、信号传递、运行状态以及故障波形等在内的完整变电站运行信息分析,为变电站的运行监视提供全面的、多层次的实时信息。

DPR-3型智能变电站网络数据监测记录及故障录波装置在DNR-300型智能变电站网络数据监测记录装置的基础上增加了故障录波功能。

二、系统结构

DNR-300型智能变电站网络数据监测记录装置由DNR-303分析管理单元、DNR-321网络数据监测记录单元组成。DPR-3型智能变电站网络数据监测记录及故障录波装置由DPR-303分析管理单元、DPR-343网络数据监测记录单元组成。

DNR-303分析管理单元和DPR-303分析管理单元软硬件完全一样,通过配置设定显示界面,下文简称为分析管理单元。

DNR-321智能变电站网络数据监测记录装置和DPR-343智能变电站网络数据监测记录装置软硬件完全一样,下文简称为网络数据监测记录装置。

整个网络数据监测记录系统构成示意图如下:

分析管理单元实现系统的人机接口,管理多台网络数据监测记录装置,具有系统组态、参数配置、系统状态监视、二次设备状态监测、实时电气量监测、网络报文检索及分析、网络报文辅助调试、暂态数据检索及分析、数据存储格式转换等功能。装置尺寸为2U高度, W×D×H:443mm×298mm×88mm。

网络数据监测记录装置实现录波判据启动、故障在线分析、录波文件存储、原始报文存储、报文在线解析、文件管理、MMS通信服务、时钟同步等功能,是整套系统的核心单元。该单元可以采用光口IRIG-B、电口IRIG-B、PTP等对时方式进行高精度对时,同时具有一定的守时功能。该单元与分析管理单元采用网口通信,将实时数据、统计分析结果等传送至分析管理单元进行展示。对网络数据监测记录装置进行精确对时,实时读取DNR-321/DPR-343网络数据监测记录装置采集的带有精确时标的原始网络报文。装置尺寸为4U高度, W×D×H:443mm×298mm×176mm。

每台网络数据监测记录装置提供最多16个接口(标准配置为2电口6光口或者8光口)用来采集输入装置的SV、GOOSE、MMS镜像网络报文等,并打上精确的报文入口时标,进行解码分析及存储。网络采集口仅监听接受输入的网络报文,不会发送额外报文至外部网络。

三、技术特点

3.1 记录单元双核全嵌入式设计

记录单元采用全嵌入式设计方法,采用源码开放的Linux嵌入式实时操作系统,高速双核CPU协调运算处理系统,极大提高了记录单元的数据的吞吐能力、处理实时性动态响应特性。

3.2 故障录波器、网络记录仪一体化设计

装置采用采用双核的硬件平台,集故障录波器、网络记录仪一体化系统设计,通过软件配置适应不同现场的功能需求。装置完全满足现行故障录波、网络记录仪相关技术规范。单台记录单元可以实现132路模拟通道、512路开关量通道的故障录波功能,同时处理28个MU、256个GOOSE控制块的数据,具备不低于400Mbit/S的网络数据接收及记录能力。

3.3 多样化的数据存储及独特的数据检索算法

装置可以将SV、GOOSE等报文既可以按端口统一存储,又可以按端口分类存储;故障录波文件既可以按所有配置通道统一存储,也可以按相关通道分文件存储;录波启动方式既可以通过触发启动,也可以设置为连续记录。装置配备独特检索算法,使得分析管理单元可以提供给用户多种检索方式实现稳健的快速定位提取。

3.4 丰富的数据综合分析功能

分析管理单元具备数据检索、暂态数据分析、原始报文分析、状态监测分析等分析功能,为变电站事后分析提供综合分析手段。

3.5 实用化的辅助调试功能

具备原始SV报文、原始GOOSE报文、原始MMS报文实时在线监测分析功能,方便工程人员、现场调试人员、运维人员进行辅助调试。

四、 分析管理单元功能

分析管理单元采用一体式嵌入式工控机硬件平台2U标准机箱,CPU配置为双核2.5GHz、内存容量2G、硬盘存储为500GSATA。实现了系统的人机接口,具有系统组态及参数配置、系统状态监视、实时电气量监测、暂态数据检索及分析、网络报文检索及分析、网络报文辅助调试、数据存储格式转换等功能。系统的组态及参数配置

根据全站配置SCD文件生成全站IED配置文件,用户根据IED接入实际情况分别对每个装置进行SV控制块、GOOSE控制块进行挑选配置,并根据通道映射需求,完成控制块中的模拟量、开关量的通道映射等组态配置。同时可以对通道的暂态记录启动定值、网络报文事件启动定值等进行修改下装等操作。

4.1 系统状态监视

实时监视在系统中配置的SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文、其它网络报文等的总流量、报文速率、断链、异常等统计信息,当满足设定条件的异常情况出现时,给出相应的告警条目。同时还对各单元的运行工况、对时状态、存储状态等进行实时监测显示。

4.2 实时电气量监测

实时监测所配置的线路、母线的电压相量、电流相量、功率、序量、频率等信息,监测所配置GOOSE通道映射的状态值,同时还可实时监测各配置的模拟通道的采样值实时波形。

4.3 暂态数据检索及分析

可按事件、起止时间等条件查询暂态录波文件。具备完善的录波数据综合分析功能,通过分析DNR-321/DPR-343网络数据监测记录装置所记录的暂态录波数据,再现故障时刻的电气量数据及波形,并完成故障分析计算,如谐波分析、相序量计算、幅值计算、频率计算、有功和无功计算、报告打印等。

4.4 网络报文检索和分析

能够按起止时间、记录端口、报文类型等组合条件检索网络报文存储的文件列表、记录文件。能对检索到的报文进行逐层解析,并对异常报文进行标识,还可以根据接受报文时打上的时标,对特定时间段内的报文帧数、报文字节数、帧流量、帧异常等进行统计和综合分析。

4.5 网络报文辅助调试

通过设定监视条件,从采集单元实时读取满足监视条件的报文包,实现SV报文的原始数据波形绘制及实时一次值的显示,实现GOOSE报文中的数据元素的状态监视及变位捕捉;实现MMS报文中报告的捕捉及显示功能。

4.6 数据存储格式转换功能

可实现PCAP文件、COMTRADE文件、CSV文件等格式数据的相互转换存储,方便用户从各类文件中提取有效通道数据,实现多系统的数据共享。

网络数据监测记录单元功能采用高可靠双核全嵌入式构架硬件平台,与分析管理后台通过以太网进行通讯,通过PCI-E总线与网络数据采集单元进行数据交互,相量计算及故障录波、网络报文统计及记录、文件管理、实时通讯服务、对时及守时、装置自检、参数在线整定等功能。系统采用双1T大容量串口硬盘作为存储介质,同时配备硬件压缩芯片,实现了海量数据高效完整存储。

五、 网络数据监测记录单元功能

5.1 相量计算及故障录波

能实时解析SV、GOOSE、PTP报文,根据配置的通道映射关系,完成各模拟通道的计算出U、I、P、Q、功率因数、F、谐波等的计算以及开关量通道的状态采集,同时依据设定的故障录波启动判据,实时监测系统状态,满足条件后启动暂态数据记录,实现系统的故障录波功能,故障录波启动后,将自动进行故障测距,并将启动事件及故障测距结果上送至管理分析单元。

5.2 网络报文统计及记录

具备完备的原始报文解析、统计及存储功能,可将SV、GOOSE、PTP报文按配置的控制块分类进行字节流量、包流量、SV离散度超差、SV序号跳变、SV失步、双AD异常、GOOSE实变、GOOSE虚变、链路中断、网络风暴等异常计数等进行分类统计,并可根据设定的异常条件形成异常事件,上传至分析管理单元。可将采集到的原始报文按配置进行分类分级就地压缩存储。

5.3 文件管理

具有对路暂态录波文件、原始报文文件等的管理功能,当磁盘空间不够时系统将进行自动清理,删除较早时间生成的文件,在文件存储异常时,将产生磁盘异常告警,以便运行维护人员进行检查维护。

5.4 实时通讯服务

与分析管理单元进行实时通信,上传实时相量数据、网络报文统计数据、离线文件数据等。同时具备MMS及103接口,以供保信子站以及故障录波主站与装置进行通信。

5.5 对时及守时功能

该单元具有高精度对时功能,能接受全站统一时钟信号,用于对网络数据单元进行精确授时。时钟信号类型满足IEC61588对时或IRIG-B(DC)对时,对时精度优于1μS。同时装置还具备一定的守时功能,守时精度满足24小时500mS的守时要求。

5.6 装置自检

装置实时检查自身的状况,对装置异常、参数异常、程序自恢复直流电流消失、通信异常、时钟失步、磁盘异常等在本地显示或上传告警。

5.7 参数在线整定

可在当地或后台整定装置的运行参数,装置无需断电重启。

六、 网络数据监测记录界面使用说明

6.1 后台主界面

后台软件启动后,界面如下图。包含有“流量统计”、“实时监测”、“网络状况”、“配置管理”、“文件管理”、“事件管理”、“装置信息”等几个功能模块。界面右上角显示的时间为连接的记录单元时间;右下角的时间为当前管理单元的时间。右下角电脑图标表示记录单元与管理单元连接状态,表示连接正常;表示无连接,或连接异常。

图6.1.1后台主界面

6.2 流量统计

进入流量统计界面,可查看每个采集端口的包计数,包速率,流量统计,端口负载等信息。同时点击左侧树形界面对应条目,可以查看每个SV块或GOOSE块的状态,统计信息。

图6.2.1端口流量统计

图6.2.2 SV实时状态

图6.2.3 GOOSE实时状态

6.3 实时监测

在实时监测界面用户可通过选择某控制块来查看相应的SV波形、SV报文、GOOSE实时值、GOOSE实时报文以及MMS报文。

6.3.1 SV波形实时显示

图6.3.1 SV波形实时监测

6.3.2 SV报文实时显示

图6.3.2 SV报文实时监测

6.3.3 GOOSE实时值显示

图6.3.3 GOOSE实时值监测

6.3.4 GOOSE实时报文显示

图6.3.4 GOOSE报文实时监测

6.3.5 MMS实时报文显示

图6.3.5 MMS报文实时监测

6.4 网络状况

进入网络状况界面,可以查看当前网络状态,其中颜色标识含义如下:

字体黑色:表示此IED中控制块全部配置

字体灰色:表示此IED中有未配置的控制块

灰色背景色:“此IED中控制块全部没有配置”或者“此IED中控制块部分配置且配置的控制块全部正常”

绿色背景色:此IED中控制块全部配置,且全部正常

橙色背景色:此IED中控制块全部配置,部分正常

红色背景色:此IED中控制块全部配置,但全部中断

图6.4.1 网络状况

6.5 配置管理

进入配置管理界面,主要用来完成数字化功能的配置,包括装置配置,告警配置,SCD导入,SV,GOOSE,MMS监测配置等。

图6.5.1 配置管理

6.5.1 系统配置

系统配置主用来配置记录单元数量,名称,类型等信息。

6.5.2 数字信息

数字信息主用来根据SCD信息,配置需要监测的SV,GOOSE,MMS,指定报文等。同时可以设定网络告警参数。

图6.5.2 数字信息配置界面

6.6 文件管理

进入文件管理界面,可查看并下载报文文件,双击即可下载,下载后双击用离线报文分析工具打开解析。

图6.6.1文件管理

6.7 事件管理

进入事件管理界面,可查询并导出网络事件、变位事件、工况事件、运行事件,双击网络事件或变位事件,可下载其对应的报文文件,并通过分析工具打开。

图6.7.1 事件管理

6.8 装置信息

进入装置信息界面,可查看记录单元软件版本、管理单元软件版本、记录单元状态监测、时钟状态、磁盘状态等信息。

图6.8.1 装置信息

6.9 告警事件

点击左下角告警事件,进入告警事件界面,可查看当前的告警信息,包括网络事件、变位事件、装置运行事件等,某些事件可双击下载打开对应报文文件进行分析。

图6.9.1 告警事件

6.10 MENU菜单

点击左下角MENU按钮,可以进行用户登录、注销;打开报文分析工具;设置语言;最小化;退出系统等操作。

图6.10.1 MENU菜单

七、总结

智能变电站的装置中网络分析仪是一个分析异常和事故的重要手段,是智能站比常规站新增加的一个新的二次装置,也是在新变电站验收和日常维护中容易被忽略的一个装置。



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