智能变电站故障录波与网络信息分析装置的一体化可行性分析
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智能变电站故障录波与网络信息分析 装置的一体化应用
www.zyhd.com.cn
内容简介
1
网络信息分析装置的工作原理 故障录波装置的工作原理 故障录波与网络信息分析装置的工作原理 典 型 案 例 分 析
2
3
4
网络信息分析装置的工作原理
基本概念
网络信息分析装置是应用于过程层网络采用IEC61850标
GMRP典型案例分析—JoinIn消息
由于JoinIn消息是IED设备与交换机交互的信息，到交换机就截止了， 因此要捕获此消息，只能用端口映射的方式监听。
MMS典型案例分析
其他典型案例分析-暂态录波启动
上图为由于GOOSE变位导致的暂态录波启动实时告警画面
OCT/CT/RTDS波形对比
故障录波装置的工作原理
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解
码
报文分析
异常告警
提取录波所需的数据
同步时钟
录波启动判据算法
未达到启录值
启动录波 故障录波记录 数据检索服务
故障录波装置的工作原理
接收来自过程层网络的所有报文，并将这些报文打时标、 解码，进行报文分析后，提取录波所需的数据进行录波 启动判据算法，判断是否达到录波启动条件，如达到录 波启动条件，则进行录波并存储。
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
背 景
现在国内已经出现了几种智能变电站网络信息分析装 置和故障录波装置，但这两种装置需要分别组屏，各 自实现各自的功能。
当智能变电站内出现异常情况时，常常需要将两个装 置记录的信息结合在一起分析才能更快更准确地定位 异常位置，分析异常原因。
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
COMTRADE格式 暂态录波分析
双时间坐标系 报文波形分析
采样值报文典型案例分析—时间均匀性分析
MU时间特性较差
MU时间特性很好
GOOSE典型案例分析—GOOSE状态改变
上图中，红色方框标出了AppID为0x0F11的GOOSE控制块的GOOSE报文的 stNum从5跳变到了9，其间发生了4次状态改变。 在图下方的事件序列表中，绿色上升箭头代表状态由FALSE变为TRUE，红色 下降箭头代表状态由TRUE变为FALSE，而灰色回形针则表示双点信息中的状 态由确定态跳变为不确定状态。
采样值报文案例分析—ＭＵ之间采样不同步
采样值报文案例分析—丢失同步信号及品质位改变
丢失同步信号
采样品质位改变
当MU丢失同步信号后，一定会发生采样品质改变，否则可判断MU异常
采样值报文案例分析—丢包／错序／重复
采样值报文案例分析—条目数不匹配
采样值报文案例分析—故障波形分析
采样值报文案例分析—报文、波形组合分析
准建设的新型智能变电站中的新型装置，用于记录和分 析智能变电站二次网络系统的异常和故障。
记录并分析智能变电站中的网络信息，具有对智能变电 站的二次网络系统健康状态监视、预警和故障分析的功 能。
网络信息分析装置的工作原理
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解 码
报文分析
异常告警
原始报文记录
原始报文数据检索服务
网络信息分析装置的工作原理
接收来自过程层网络和/或站控层网络的所有报文，在
将这些报文打上时标，统计流量，进行硬解码后，对 其进行实时分析和存储。
在对报文进行实时分析时，检查报文有无如丢帧、错 序、失步、超时、中断、无效编码、流量突变等各类 异常状态，并实时给出异常事件告警。
网络信息分析装置功能简介
装置功能
网络 状态 诊断
网络 报文 记录 网络 报文 检查 网络 报文 检索
网络信息分析装置功能简介
网络状态诊断
通信超时
根据报文传输 特性，当超过 特定的时间还 未收到预期的 报文，则给出 通信超时告警
流量统计
流量异常
当网络流量 突增或突减 达到20%以 上时，给出 网络流量异 常告警
可按端口和 报文类型分 类统计网络 实时流量
网络信息分析装置功能简介
网络报文记录
报文顺序记录 根据网络报 文到达装置的 顺序完整原样 记录所有报文
异常事件记录
对帧格式错误、 报文错序、重复、 超时、匹配无效、 超时、中断等各 类异常报文进行 实时标记存储
网络报 文记录
网络信息分析装置功能简介
网络报文检查
GOOSE 报文序列 检查
GOOSE 报文内容 检查
检查SV报文 的APDU内容 是否和CID 文件一致， 若不一致给 出告警
网络信息分析装置功能简介 网络报文检索
按时间 进行检索
按报文类型 进行检索
按异常事件 类型检索
按报文特征 进行检索
故障录波装置的工作原理
基本概念 故障录波装置（有时会简称为暂态故障录波装置 TFR）是应用于过程层网络采用IEC61850标准建设 的新型智能变电站中的新型系统故障录波装置。 在电力系统发生故障时，自动地、准确地记录电 力系统故障前、后过程的各种电气量的变化情况。 通过这些电气量的分析、比较来分析处理事故、 判断保护是否正确动作，有提高电力系统安全运 行水平的作用。
同时在报文分析时检查如丢帧、错序、失步、超时、中
断、无效编码、流量突变等各类异常状态，并实时给出 异常事件告警。
故障录波装置的功能介绍
保护动作 行为记录
电压电流 波形记录
实时波形监视 离线波形分析
故障录波
故障录波装置的功能介绍
异常告警
挂牌告警
硬接点开出告警
在人机界面上 指示告警情况
通过硬接点 方式开出告警
典型案例分析—分析简报
上图是一个典型报文的报文分析简单报表，在该报表中在所有报文、每个网口、 单个网口的每个报文类型等多个层次上统计了报文总数、总字节数、总时间、平 均流量、各种类型报文数量、错误数和警告数、以及错误信息列表 。
典型案例分析—HTML格式分析简报
典型案例分析—单个控制块分析简报
GOOSE报文案例分析—stNum,sqNum丢失
stNum丢失
sqNum丢失
IEEE 1588典型案例分析—1588时钟切换
上图显示的单网络环境下从主钟切换到从钟的实时告警画面。现场工况如下： 在2010-04-23 14:17:17.001848时刻，ID为0x4550的从钟加入到网络中， 由于之前网络中已经存在一个ID为0x4451的主钟，此时系统报告“低等级始终活动”的异常； 在2010-04-23 14:17:20.000947时刻，断开ID为0x4451的主钟，系统提示“时钟通信超时/通信中断”； 在2010-04-23 14:17:20.001566时刻，0x4451的主钟退出，网络时钟切换到0x4550的从钟； 在2010-04-23 14:17:37.997824时间点附近，4个采样值控制块0x5000, 0x5001, 0x5002, 0x5003“丢失同步信号”，并于2010-04-23 14:18:09.000720时间点附近复归。
典型案例分析—流量监测
此为装置实时统计网络流量的一个监视画面 可以按照网络端口进行流量统计（如端口3，端口5） 也可以按照报文类别进行流量统计（如PTP报文，采样值报文等）
典型案例分析—流量突变告警
当实时监测的网络流量发生异常时，如流量突增或者突减， 将会在管理机界面给出实时告警画面。在以上实时告警画面中 圈出的部分标识了流量突增、流量突减告警提示。
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解 码 报文分析
异常告警
网络信息分析 故障录波分析
原始报文记录 原始报文数据检索服务
提取录波所需的数据
同步时钟
录波启动判据算法
未达到启录值
启动录波 故障录波记录 数据检索服务
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
两种记录信息共用统一的数据源和时标，实时解码及报文 分析，从报文分析开始并行接入网络信息分析与故障录波 功能。 不仅可以减少成本，节省变电站的屏柜空间，还能更方便 地实现原始报文数据和暂态录波数据的对比组合分析，更 快速更准确的定位异常位置。
SV 报文序列 检查
SV 报文内容 检查
监视GOOSE报 文的stபைடு நூலகம்um、 sqNum，检查 GOOSE报文是 否丢帧、错序、 重复并给出相 应告警
检查GOOSE报 文的APDU内 容是否和CID 文件一致， 若不一致给 出告警
监视SV报文的 序号，检查SV 报文是否发生 丢帧、错序、 重复并给出相 应告警
典型案例分析—通信超时告警
装置实时监测网络报文的状态。如当发生网络报文超时，网络报文丢失等异常情况， 装置将在管理机界面给出实时告警画面。 在上图的实时告警画面中圈出的部分标识了SV 9-2报文发生了 超时/丢包/丢失同步信号/通信恢复的告警提示。
典型案例分析—IEEE1588时钟异常告警
上图是网络报文分析装置通过实时监测PTP报文，分析主从时钟的工作行为。 以上是从时钟加入，主时钟退出的一个实时告警画面过程。 以上画面中圈出的部分标识了时钟加入、时钟加入/低等时钟活动、时钟退出实 时告警画面提示。
IEEE 1588典型案例分析—1588时钟无效
上图显示的是一个ID为0x114B的IEEE 1588时钟发出来的报文里面标志位(flags) 为全0的情况，在该情况下，系统会报告“时钟无效”的告警。
A/B网切换过程时钟和MU的行为分析
1588时钟优先级切换过程(BMC试验)
GMRP典型案例分析—LeaveAll消息
典型案例分析—对象状态监视
可实时监测设备通信端口、SV数据集(MU)、GOOSE数据集(IED)、IEEE1588时钟等对象的状态。 对于通信端口、SV数据集(MU)、GOOSE数据集(IED)等对象，可监视的状态包括通信超时、通信 中断、配置是否匹配等。 对于IEEE1588时钟可监视时钟的当前等级（主钟或从钟）、时钟的工作状态（活动或静默）等。
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内容简介
1
网络信息分析装置的工作原理 故障录波装置的工作原理 故障录波与网络信息分析装置的工作原理 典 型 案 例 分 析
2
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网络信息分析装置的工作原理
基本概念
网络信息分析装置是应用于过程层网络采用IEC61850标
GMRP典型案例分析—JoinIn消息
由于JoinIn消息是IED设备与交换机交互的信息，到交换机就截止了， 因此要捕获此消息，只能用端口映射的方式监听。
MMS典型案例分析
其他典型案例分析-暂态录波启动
上图为由于GOOSE变位导致的暂态录波启动实时告警画面
OCT/CT/RTDS波形对比
故障录波装置的工作原理
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解
码
报文分析
异常告警
提取录波所需的数据
同步时钟
录波启动判据算法
未达到启录值
启动录波 故障录波记录 数据检索服务
故障录波装置的工作原理
接收来自过程层网络的所有报文，并将这些报文打时标、 解码，进行报文分析后，提取录波所需的数据进行录波 启动判据算法，判断是否达到录波启动条件，如达到录 波启动条件，则进行录波并存储。
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
背 景
现在国内已经出现了几种智能变电站网络信息分析装 置和故障录波装置，但这两种装置需要分别组屏，各 自实现各自的功能。
当智能变电站内出现异常情况时，常常需要将两个装 置记录的信息结合在一起分析才能更快更准确地定位 异常位置，分析异常原因。
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
COMTRADE格式 暂态录波分析
双时间坐标系 报文波形分析
采样值报文典型案例分析—时间均匀性分析
MU时间特性较差
MU时间特性很好
GOOSE典型案例分析—GOOSE状态改变
上图中，红色方框标出了AppID为0x0F11的GOOSE控制块的GOOSE报文的 stNum从5跳变到了9，其间发生了4次状态改变。 在图下方的事件序列表中，绿色上升箭头代表状态由FALSE变为TRUE，红色 下降箭头代表状态由TRUE变为FALSE，而灰色回形针则表示双点信息中的状 态由确定态跳变为不确定状态。
采样值报文案例分析—ＭＵ之间采样不同步
采样值报文案例分析—丢失同步信号及品质位改变
丢失同步信号
采样品质位改变
当MU丢失同步信号后，一定会发生采样品质改变，否则可判断MU异常
采样值报文案例分析—丢包／错序／重复
采样值报文案例分析—条目数不匹配
采样值报文案例分析—故障波形分析
采样值报文案例分析—报文、波形组合分析
准建设的新型智能变电站中的新型装置，用于记录和分 析智能变电站二次网络系统的异常和故障。
记录并分析智能变电站中的网络信息，具有对智能变电 站的二次网络系统健康状态监视、预警和故障分析的功 能。
网络信息分析装置的工作原理
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解 码
报文分析
异常告警
原始报文记录
原始报文数据检索服务
网络信息分析装置的工作原理
接收来自过程层网络和/或站控层网络的所有报文，在
将这些报文打上时标，统计流量，进行硬解码后，对 其进行实时分析和存储。
在对报文进行实时分析时，检查报文有无如丢帧、错 序、失步、超时、中断、无效编码、流量突变等各类 异常状态，并实时给出异常事件告警。
网络信息分析装置功能简介
装置功能
网络 状态 诊断
网络 报文 记录 网络 报文 检查 网络 报文 检索
网络信息分析装置功能简介
网络状态诊断
通信超时
根据报文传输 特性，当超过 特定的时间还 未收到预期的 报文，则给出 通信超时告警
流量统计
流量异常
当网络流量 突增或突减 达到20%以 上时，给出 网络流量异 常告警
可按端口和 报文类型分 类统计网络 实时流量
网络信息分析装置功能简介
网络报文记录
报文顺序记录 根据网络报 文到达装置的 顺序完整原样 记录所有报文
异常事件记录
对帧格式错误、 报文错序、重复、 超时、匹配无效、 超时、中断等各 类异常报文进行 实时标记存储
网络报 文记录
网络信息分析装置功能简介
网络报文检查
GOOSE 报文序列 检查
GOOSE 报文内容 检查
检查SV报文 的APDU内容 是否和CID 文件一致， 若不一致给 出告警
网络信息分析装置功能简介 网络报文检索
按时间 进行检索
按报文类型 进行检索
按异常事件 类型检索
按报文特征 进行检索
故障录波装置的工作原理
基本概念 故障录波装置（有时会简称为暂态故障录波装置 TFR）是应用于过程层网络采用IEC61850标准建设 的新型智能变电站中的新型系统故障录波装置。 在电力系统发生故障时，自动地、准确地记录电 力系统故障前、后过程的各种电气量的变化情况。 通过这些电气量的分析、比较来分析处理事故、 判断保护是否正确动作，有提高电力系统安全运 行水平的作用。
同时在报文分析时检查如丢帧、错序、失步、超时、中
断、无效编码、流量突变等各类异常状态，并实时给出 异常事件告警。
故障录波装置的功能介绍
保护动作 行为记录
电压电流 波形记录
实时波形监视 离线波形分析
故障录波
故障录波装置的功能介绍
异常告警
挂牌告警
硬接点开出告警
在人机界面上 指示告警情况
通过硬接点 方式开出告警
典型案例分析—分析简报
上图是一个典型报文的报文分析简单报表，在该报表中在所有报文、每个网口、 单个网口的每个报文类型等多个层次上统计了报文总数、总字节数、总时间、平 均流量、各种类型报文数量、错误数和警告数、以及错误信息列表 。
典型案例分析—HTML格式分析简报
典型案例分析—单个控制块分析简报
GOOSE报文案例分析—stNum,sqNum丢失
stNum丢失
sqNum丢失
IEEE 1588典型案例分析—1588时钟切换
上图显示的单网络环境下从主钟切换到从钟的实时告警画面。现场工况如下： 在2010-04-23 14:17:17.001848时刻，ID为0x4550的从钟加入到网络中， 由于之前网络中已经存在一个ID为0x4451的主钟，此时系统报告“低等级始终活动”的异常； 在2010-04-23 14:17:20.000947时刻，断开ID为0x4451的主钟，系统提示“时钟通信超时/通信中断”； 在2010-04-23 14:17:20.001566时刻，0x4451的主钟退出，网络时钟切换到0x4550的从钟； 在2010-04-23 14:17:37.997824时间点附近，4个采样值控制块0x5000, 0x5001, 0x5002, 0x5003“丢失同步信号”，并于2010-04-23 14:18:09.000720时间点附近复归。
典型案例分析—流量监测
此为装置实时统计网络流量的一个监视画面 可以按照网络端口进行流量统计（如端口3，端口5） 也可以按照报文类别进行流量统计（如PTP报文，采样值报文等）
典型案例分析—流量突变告警
当实时监测的网络流量发生异常时，如流量突增或者突减， 将会在管理机界面给出实时告警画面。在以上实时告警画面中 圈出的部分标识了流量突增、流量突减告警提示。
报文接入
FPGA打时标 流量统计
解 码 报文分析
异常告警
网络信息分析 故障录波分析
原始报文记录 原始报文数据检索服务
提取录波所需的数据
同步时钟
录波启动判据算法
未达到启录值
启动录波 故障录波记录 数据检索服务
故障录波与网络信息分析装置的工作原理
两种记录信息共用统一的数据源和时标，实时解码及报文 分析，从报文分析开始并行接入网络信息分析与故障录波 功能。 不仅可以减少成本，节省变电站的屏柜空间，还能更方便 地实现原始报文数据和暂态录波数据的对比组合分析，更 快速更准确的定位异常位置。
SV 报文序列 检查
SV 报文内容 检查
监视GOOSE报 文的stபைடு நூலகம்um、 sqNum，检查 GOOSE报文是 否丢帧、错序、 重复并给出相 应告警
检查GOOSE报 文的APDU内 容是否和CID 文件一致， 若不一致给 出告警
监视SV报文的 序号，检查SV 报文是否发生 丢帧、错序、 重复并给出相 应告警
典型案例分析—通信超时告警
装置实时监测网络报文的状态。如当发生网络报文超时，网络报文丢失等异常情况， 装置将在管理机界面给出实时告警画面。 在上图的实时告警画面中圈出的部分标识了SV 9-2报文发生了 超时/丢包/丢失同步信号/通信恢复的告警提示。
典型案例分析—IEEE1588时钟异常告警
上图是网络报文分析装置通过实时监测PTP报文，分析主从时钟的工作行为。 以上是从时钟加入，主时钟退出的一个实时告警画面过程。 以上画面中圈出的部分标识了时钟加入、时钟加入/低等时钟活动、时钟退出实 时告警画面提示。
IEEE 1588典型案例分析—1588时钟无效
上图显示的是一个ID为0x114B的IEEE 1588时钟发出来的报文里面标志位(flags) 为全0的情况，在该情况下，系统会报告“时钟无效”的告警。
A/B网切换过程时钟和MU的行为分析
1588时钟优先级切换过程(BMC试验)
GMRP典型案例分析—LeaveAll消息
典型案例分析—对象状态监视
可实时监测设备通信端口、SV数据集(MU)、GOOSE数据集(IED)、IEEE1588时钟等对象的状态。 对于通信端口、SV数据集(MU)、GOOSE数据集(IED)等对象，可监视的状态包括通信超时、通信 中断、配置是否匹配等。 对于IEEE1588时钟可监视时钟的当前等级（主钟或从钟）、时钟的工作状态（活动或静默）等。