GOOSE通信異常判定方法分析與處理

王進(jìn)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(xué)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(yùn)維人員存在思路不清晰、耗時(shí)長、故障定位不準(zhǔn)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(diǎn)工程，實(shí)現(xiàn)了通信異常等故障的快速準(zhǔn)確定位及處理。文中結(jié)合智能變電站內(nèi)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的設(shè)備特點(diǎn)，研究GOOSE通信異常出現(xiàn)時(shí)故障位置的判定方法及相應(yīng)的恢復(fù)處理方法。

新一代智能變電站內(nèi)的GOOSE通信鏈路，與第一代智能變電站一樣，其主要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是開關(guān)量信息、間隔層的聯(lián)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(diǎn)對點(diǎn)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(lián)閉鎖等信息采用的是網(wǎng)絡(luò)傳輸方式[1]。GOOSE通信異常時(shí)，為快速準(zhǔn)確定位故障位置，根據(jù)智能變電站智能電子設(shè)備分層結(jié)構(gòu)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(yīng)急處理方案表。當(dāng)GOOSE通信異常時(shí)，根據(jù)GOOSE通信異常故障定位表快速定位故障大概區(qū)段，再采用分段隔離排除法來準(zhǔn)確定位故障位置，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障位置。根據(jù)故障應(yīng)急處理方案表快速選取相應(yīng)的應(yīng)急處理方案及時(shí)處理相關(guān)的問題。

1 GOOSE通信技術(shù)

GOOSE通信可靠性依賴于GOOSE報(bào)文傳輸?shù)姆€(wěn)定性，GOOSE報(bào)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(bào)文傳輸?shù)闹匾獏?shù)(如：StNum，SqNum，GOID，APPID等)來 判 斷GOOSE報(bào) 文 接 收 的正確性。通過解析GOOSE報(bào)文配置參數(shù)與配置文件中所設(shè)置數(shù)據(jù)的差異性，判別正常和異常的GOOSE報(bào)文事件，并根據(jù)異常的GOOSE報(bào)文事件發(fā)出告警信息進(jìn)行處理[2-3]。

一幀完整的GOOSE報(bào)文源代碼，其結(jié)構(gòu)與SV結(jié)構(gòu)基本相同，主要有MAC目標(biāo)地址、MAC原地址、VLAN和優(yōu)先級信息、APPID等信息。

在智能變電站實(shí)施過程中，GOOSE報(bào)文要求在ICD文件中預(yù)先定義GOOSE控制塊，系統(tǒng)配置工具應(yīng)確保 GOID，APPID參數(shù)的唯一性。

在GOOSE報(bào)文中，設(shè)置有StNum和SqNum兩個(gè)參數(shù)變量，其中：StNum稱為狀態(tài)序號，SqNum稱為順序號。StNum的增加表示傳輸數(shù)據(jù)的更新，每當(dāng)有數(shù)據(jù)成員的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，StNum的狀態(tài)序號就會增加1。StNum范圍(1～4294967295)，狀態(tài)改變一次+1，溢出后從1開始，即能夠記錄下GOOSE報(bào)文數(shù)據(jù)變化總的次數(shù)。SqNum的增加表示重傳報(bào)文的遞增，用來記錄發(fā)送方在穩(wěn)態(tài)情況下發(fā)出GOOSE報(bào)文的幀數(shù)。裝置每發(fā)出一幀報(bào)文，SqNum就增加1，SqNum范圍(0～4294967295)，狀態(tài)不變時(shí)，每發(fā)送一次+1，溢出后從1開始。當(dāng)GOOSE數(shù)據(jù)集成員數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，SqNum值會置零，重新開始計(jì)數(shù)；當(dāng)裝置重啟StNum，SqNum都從1開始。因此，StNum狀態(tài)序號和SqNum順序號的賦值有一定規(guī)律性且有一整套嚴(yán)格規(guī)定。保護(hù)裝置通過對兩個(gè)參數(shù)的變化情況進(jìn)行綜合判斷，從而決定對報(bào)文是否進(jìn)行接收處理[4-5]。GOOSE報(bào)文接收邏輯流程如圖1。

圖1 GOOSE報(bào)文接收邏輯流程

裝置的接收方在接收到新報(bào)文后，對前后兩幀報(bào)文中的StNum值進(jìn)行比較：

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

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

(3) 若新接收GOOSE報(bào)文的StNum值小于上一幀報(bào)文StNum值，則判斷發(fā)送方是否重啟裝置。若接收方在2倍心跳報(bào)文時(shí)間內(nèi)沒有收到下一幀GOOSE報(bào)文，接收方裝置會發(fā)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(bào)文后會根據(jù)報(bào)文結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，依據(jù)報(bào)文中GOID，APPID數(shù)據(jù)集條目數(shù)StNum，SqNum參數(shù)值與接收方預(yù)先配置的參數(shù)進(jìn)行比較，從而用來判定GOOSE報(bào)文異常與否。GOOSE報(bào)文告警制定邏輯流程如圖2所示。

圖2 GOOSE報(bào)文告警判定邏輯流程

判定為GOOSE報(bào)文異常后即發(fā)出相應(yīng)告警信息，不同的判定的結(jié)果會發(fā)出不同的告警信息。

3 GOOSE通信異常分類分析及恢復(fù)處理

GOOSE通信與SV通信均涉及過程層、間隔層、站控層的設(shè)備，主要包括光纜、智能終端、交換機(jī)、保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、監(jiān)控后臺等。根據(jù)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(gè)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(xiàn)GOOSE異常告警情況與單一裝置出現(xiàn)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(hù)裝置、測控裝置、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、監(jiān)控后臺、電能采集裝置等發(fā)出告警。當(dāng)接收方的裝置出現(xiàn)故障或者是數(shù)據(jù)發(fā)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(jī)等出現(xiàn)異常時(shí)，都將引起GOOSE異常告警。

接收方的數(shù)據(jù)接收方式分為點(diǎn)對點(diǎn)直接采樣方式和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，采用點(diǎn)對點(diǎn)方式直接連接的設(shè)備通常是各類保護(hù)裝置與智能終端等。若只有單個(gè)保護(hù)裝置或者智能終端出現(xiàn)GOOSE通信告警信息，需要查看異常裝置的具體告警信息?？煞譃閮深惽闆r：一是接收方裝置或發(fā)送方的裝置本身是否出現(xiàn)故障，包括軟件程序運(yùn)行異常、裝置某個(gè)相關(guān)插件異常等情況；二是判斷GOOSE通信鏈路是否出現(xiàn)中斷[6]。

(1) 接發(fā)裝置故障。當(dāng)接收方或者發(fā)送方裝置本身發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置或智能終端裝置均會發(fā)出裝置閉鎖、運(yùn)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(nèi)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(hù)程序運(yùn)行出現(xiàn)異常或死機(jī)、裝置的配置文件的參數(shù)配置出現(xiàn)錯(cuò)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(yùn)行管理部門下發(fā)的版本一致，若版本不一致應(yīng)當(dāng)更換相應(yīng)的程序版本；其次要認(rèn)真核查核實(shí)裝置的配置文件內(nèi)容、參數(shù)、版本、校驗(yàn)碼，要符合現(xiàn)場實(shí)際。配置文件根據(jù)最終SCD文件所生成，確認(rèn)無誤后方可重新下裝相應(yīng)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(jù)告警信息定位到問題插件并進(jìn)行更換；若是某個(gè)光口出現(xiàn)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(shù)據(jù)流量是否正常。若某個(gè)光口接收出現(xiàn)異常，可將該光口連接的光纖拔下，檢測該光纖的數(shù)據(jù)發(fā)送是否正常；若正常，則可確定為保護(hù)裝置的接收光口出現(xiàn)問題，此時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況通過更換光模塊或者更換整個(gè)插件來解決這一問題。

(2) GOOSE通信鏈路故障。GOOSE通信鏈路出現(xiàn)中斷的情況，主要是接收方與發(fā)送方的MAC目標(biāo)地址、MAC原地址、APPID等相關(guān)的參數(shù)不一致和物理鏈路出現(xiàn)中斷造成的。這種情況下，可根據(jù)報(bào)文來獲得相應(yīng)配置文件的各個(gè)參數(shù)，通過與SCD文件以及正確參數(shù)的對比，確定是否因MAC目標(biāo)地址、MAC原地址、APPID等相關(guān)的參數(shù)不一致所引起。若通過對比發(fā)現(xiàn)接收到的報(bào)文參數(shù)配置均正確，則確定是由于接收方裝置的光口出現(xiàn)異常；若無法收到相應(yīng)的報(bào)文信息，則確定是發(fā)送方未發(fā)出報(bào)文或者是由于物理鏈路的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致GOOSE斷鏈，此時(shí)需要分段隔離，從接收端向發(fā)送端逐步排查問題。

而故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、監(jiān)控后臺、電能采集裝置等位于間隔層或者站控層，其數(shù)據(jù)的獲取采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。這類裝置出現(xiàn)GOOSE通信告警時(shí)的分析方法和處理措施基本與SV通信異常時(shí)一致，在此不再贅述。

3.2 多裝置GOOSE異常告警

多個(gè)裝置同時(shí)出現(xiàn)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(shè)備和內(nèi)容相比SV通信更多，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，分析處理起來比SV異常的情況更困難，例如：當(dāng)某個(gè)間隔的智能終端裝置出現(xiàn)故障時(shí)，會引起相關(guān)的多個(gè)保護(hù)裝置、故障錄波器、監(jiān)控后臺等出現(xiàn)告警，分析起來會很復(fù)雜。分析的過程與SV異常時(shí)的方法一致，多個(gè)裝置出現(xiàn)GOOSE告警的情況主要由保護(hù)裝置或智能終端裝置異常、交換機(jī)異常、光纖物理鏈路異常等問題引起。

(1) 保護(hù)裝置或智能終端裝置：可能出現(xiàn)智能終端、相關(guān)保護(hù)裝置、測控裝置GOOSE告警等異?，F(xiàn)象，異常原因一般在于硬件異常、配置文件參數(shù)設(shè)置不正確。當(dāng)保護(hù)裝置或智能終端裝置故障時(shí)導(dǎo)致該裝置無法發(fā)出GOOSE報(bào)文數(shù)據(jù)；配置文件參數(shù)錯(cuò)誤時(shí)會導(dǎo)致接收方無法識別數(shù)據(jù)，最終造成接收方的裝置發(fā)出GOOSE通信中斷的告警。保護(hù)裝置通常有到其他相關(guān)保護(hù)裝置的啟失靈等信息，智能終端的數(shù)據(jù)會發(fā)送到相應(yīng)間隔保護(hù)裝置、測控裝置使用，因此，當(dāng)智能終端裝置故障或配置文件參數(shù)錯(cuò)誤時(shí)，會造成與該間隔保護(hù)、測控裝置等發(fā)出相應(yīng)的告警信息。針對上述情況，保護(hù)裝置異常與智能終端異常時(shí)類似，可按同樣的方法進(jìn)行分析和處理，可根據(jù)告警信息定位并更換相應(yīng)的硬件設(shè)備或更改配置文件予以解決。

(2) 交換機(jī)裝置：通過該交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的裝置可能出現(xiàn)GOOSE告警現(xiàn)象，可由硬件異常、配置文件異常、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等引起，這類異常與SV通信中的相關(guān)異常的處理方法一致，可根據(jù)告警信息更換相應(yīng)的硬件設(shè)備或更改配置文件、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)予以解決。

(3) 光纖物理鏈路：可能出現(xiàn)級聯(lián)、組網(wǎng)光纖鏈路中斷等異常現(xiàn)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(jié)束語

在對智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次、GOOSE通信原理分析的基礎(chǔ)上，以范莊村220 kV智能變電站為例，研究了GOOSE通信實(shí)現(xiàn)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(jīng)過了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，對于智能變電站的調(diào)試及運(yùn)維過程中處理GOOSE通信異常問題具有實(shí)際指導(dǎo)意義。