二次设备网络通讯检测及故障诊断分析技术应用

二次设备网络通讯检测及故障诊断分析技术应用

谷光华

大唐三门峡发电有限责任公司   河南省 三门峡市  472000

摘要：针对目前运维人员缺乏高度实用的网络检测诊断工具，导致无法有效定位和分析故障的现状，本文研制了一种二次设备网络通信检测与故障诊断定位装置，通过在线故障检测来完成故障诊断和定位，以完成设备的维护保养。为设备的运行提供良好的技术条件。

关键词：二次设备；网络通讯检测；故障诊断分析；状态检修

一、网络架构与网络通信

目前，由于缺乏实用的网络检测诊断工具，运维人员无法进行有效的故障定位和原因分析，故障处理效果不理想。此外，现有的网络分析工具功能相对简单，Windows操作系统在运行过程中可能会出现安全问题，无法满足设备的二级安全需求。面对以上问题，有必要研制一种二次设备网络通信检测及故障定位装置，能够自动检测主调度站发射机与变电站远程电机之间的二次设备网络状态，自动读取通信数据，判断是否存在网络故障，分析故障原因，帮助运维人员快速排除故障，恢复系统正常运行。串口通信故障检测装置需要以控制器为核心，与显示器、功能按钮模块完成实时对接。控制器需要根据需要配备输入输出接口与设备连接。外壳处设置显示器与功能按键模块，控制器与二者相连，形成一个整体。控制器模块设置输入输出接口，配置之后可用于连接设备，从而达到监听与通信报文解析的目的。

二、系统常见故障问题

在二次设备网络通信检测与故障诊断定位装置的研发之前，有必要对系统运行过程中常见的故障进行分析和总结，从而使故障诊断装置的设计更具针对性。通信局域网络中二次设备包含保护单元、智能终端、测控、二次辅助设备等部分，大多数装备会被安装在主控室，设备运行条件良好，不容易受外界环境干扰。但是合并单元和智能终端需要就地安装，室外智能组柜运行条件恶劣，常见的故障问题主要如下：

（1）保护单元故障，即测控装置故障。该故障问题主要分为硬件故障、配置异常、保护动作异常、SMV通信异常、MMS通信异常几种情况。

（2）合并单元故障，其中包含硬件故障、采集异常、SMV通信异常几种情况。

（3）智能终端故障，其中存在着硬件故障、出口异常、采集异常、GOOSE通信异常几种情况，与CPU温度过高、智能终端无法出口或断路器温湿度采集异常问题有关。

三、二次设备网络通讯检测及故障诊断技术应用

1.技术指标

本项目研发需要达到以下技术指标：支持多种通信协议诊断检测，要求装置可以在IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104等协议正常运行；要求装置具有网络通讯检测功能，快速高效地完成网络流量统计、风暴源查找、MAC地址审计、链路状态查看、设备IP探寻等工作；检测当前网络是否存在异常接入情况，基于linux平台实现二次设备网络安防管理；装置硬件平台需要满足10寸加固防摔工业触摸屏操作要求，在Linux安全操作系统应用下内置802.11无线网卡、RJ45以太网口兼容百兆、RS232串行接口。

2.状态检修

二次设备网络通信检测与故障诊断定位装置的状态监测主要包括以下内容:

（1）电源系统监测。如果电源系统在运行期间出现异常，将有可能导致二次设备崩溃。一般情况下电源系统需要独立设计，但二次设备的电源系统至关重要，其故障率与原因需要实时统计。针对电源系统展开的监测内容主要包含在线监测直流电源母线正负对地绝缘、母线正负电压、蓄电池电源和充放电记录等，系统集成霍尔传感器，基于CPU控制采集数据，利用传输技术将数据传达到告警中心，主站端采用交流供电方式，驱动服务器与通信设备，厂站端采用直流供电方式，以保持三相复杂平衡为核心，防止装置供电电压出现波动，保证系统供电效果。

（2）二次设备系统绝缘监测。在恶劣的运行环境下，电缆的绝缘性能下降，线路老化速度变快，常规监测手段就是应用绝缘监测装置跟踪支路绝缘情况，但监测出的数据会出现一定偏差，因此该二次设备网络通讯检测及故障诊断定位装置的使用需要做好绝缘监测工作。

（3）二次设备通信通道状态监测。无论是智能电能表还是直流屏，在运行期间都会利用通信网发送遥测和故障信息，特别是在异常运行状态下需要传输大量信息。常见的通信方式有简单串行通信、现场总线方式、以太网通信方式几种。采用装置通道异常告警监测方法，动态跟踪二次设备的通信通道情况，该方法可以自动化监测并统计二次设备通信通道异常，向运维人员第一时间提供异常告警时间和状态等信息，同时可以自动保存历史信息，以便运维人员后续查询，记录故障率。所有监测到的信息将统一传递到调度端，为后续二次设备应用提供帮助。

3.监测单元

（1）数据采集单元

数据采集单元模块的核心功能是采集信息，需要对流程层的数据内容进行统计整理。该过程中应使用完成性的原始统计与报文解析装置，对信息内容展开异常分析，再将信息按照不同类型完成统计处理，最后根据提前确定的范围划分信息，将其传输到管理单元。数据采集还需用到交换机，通过与交换机的协议通信，加强对实时性信息的内容掌控，以便更好了解过程层网络状态。

（2）数据管理单元

从功能划分角度入手，数据管理单元主要包含以下内容：

1）二次设备

SCD模型文件管理，即获得设备中的模型文件，包含回路网络拓扑、虚端子连接等，以及配置文件信息。

2）二次设备与回路状态监测

获取采集单元的相关信息，对信息内容筛分处理，针对装置中的监测信息加以采集和管理，将状态信息显示出来，并在系统内设置报警提示，一旦发生异常就会报警。

3）二次系统故障诊断，该部分的功能为系统故障诊断，出现异常时会发出报警信息，评估虚回路运行状态，了解网络系统运行情况，如果二次设备故障或继电保护动作故障时，二次设备网络通讯检测及故障诊断定位装置可完成故障的智能化诊断，再根据信息精确定位故障。

4.故障诊断

（1）故障诊断类型

故障信息处理智能化是网络通信检测和二次设备故障诊断定位装置，特别是在线监测系统和故障诊断系统的特点。出现故障问题时，设备会产生大量报警信息，这些信息将同时在设备本身和通信报文等部分出现。收到报警信息后，在线监测系统和故障诊断系统会立即做出反应，将采集到的信息进行初步诊断，利用对时诊断、自检诊断、通信报文诊断三种方式完成故障诊断评价，再做出综合判断后输出最终诊断结果。

（2）故障诊断系统

针对不同的故障症状，需要采取相应的诊断措施。目前，二级设备的网络通信检测和故障诊断定位设备主要有以下四种不同的诊断模式：

①自检信息诊断方式，该方式就是依据不同的诊断目标对象做出分类，一类是对设备进行诊断，一类是对设备通信过程进行诊断。第一种出现故障的原因主要有检修压板故障和采样回路CT断线故障等，设备功能异常的信息主要来源于以上故障。通信网络作为一种数字化形式，传输系统的采样、闭锁、跳闸信息都需要通过该方式传导，想要保证报文精确发送，就要保证二次设备一直处于稳定的运行状态，一旦设备通信出现故障，那么整个设备都会发生故障。

②对时信息诊断方式，针对设备对时方面存在的故障，该故障主要与对时服务和时间跳变侦测异常有关。将故障信息整合并综合分析后即可确定故障设备。

结束语

综上所述，本文针对通信局域网中风暴源故障监测的现状，拟研制一种用于二次设备的网络通信检测与故障诊断定位装置。它基于Linux安全操作平台，集成了网络嗅探、网络测试与诊断、流量统计与分析等功能。经过研发与设计，装置故障诊断系统得到优化，且系统具有便携性、高度集成化的功能特点。

参考文献

[1]李镇男.变电二次设备状态检修技术管理研究[J].科技与创新，2021（13）：96-97.

[2]吴洪波，叶德富，黄红.一种便携式二次设备通讯检测装置的研究[J].科技风，2021（18）：6-7.