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变电站在线监测系统信息交互异常研究分析

2024-12-03 45 上传者：管理员

摘要：本文通过某变电站在线监测数据传输异常缺陷处理为例，针对省内变电站综合处理单元及其下联在线监测装置多发性掉线通信故障进行了研究分析，提出了定位问题的方法及解决措施，以帮助在线监测系统实现稳定、可靠地运行，为今后在调度数据网发生通信异常以及综合处理单元在线监测系统建设和改造中类似问题的解决提供参考。

关键词：
MTU
在线监测
电力系统
综合处理单元
调度数据网
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电力系统调度数据网是用于传输调度自动化、继电保护与自动化装置等信息的电力专用网络。220kV、110kV变电站调度数据网典型分区为安全I区（实时区）、安全II区（非实时区），在线监测系统通常部署在安全II区。调度数据网承载业务的不断增多，发生通信中断或数据传输异常的事件越来越多。本文以一起变电站综合处理单元数据传输异常缺陷处理过程为案例，讲解调度数据网通信异常分析方法。

综合处理单元用于变电站内采集并汇总油色谱监测、局放监测、容性设备监测、蓄电池组监测、铁芯监测等在线监测装置测控数据，综合处理单元连接至通过调度数据网安全II区上送调度主站。综合处理单元与调度主站、与在线监测装置传输链路采用TCP/IP协议，数据传输端口为102，通信标准统一采用IEC61850标准。

1、概述

110kV某变电站综合处理单元安装在主控室，通过双绞线与通信机房安全II区交换机互联，经安全II区纵向加密认证后连接至路由器，系统接入的#2主变油色谱在线监测装置位于主变区域#2主变旁，综合处理单元及油色谱在线监测装置之间通过光纤通信，本变电站综合处理单元运行方式为单机运行，操作系统为Linux系统。

该变电站综合处理单元自安装调试以来，一直无法上送油色谱在线监测数据。经检查发现：综合处理单元与油色谱在线监测装置通信正常，综合处理单元正常采集到油色谱数据，主站对综合处理单元ping测试、102通道建立测试均正常，但数据无法上送到主站。

2、故障分析

综合处理单元eth0口IP地址为10.*.*.177（与安全II区交换机互联网口）、eth1口IP地址为192.168.2.200（与在线监测装置互联网口），#2主变油色谱在线监测装置IP地址为192.168.2.102，调度主站IP地址为10.*.*.162。综合处理单元侧ping 192.168.2.102、10.*.*.162结果正常；执行lsof-i:102，查询综合处理单元102端口会话情况，结果如下：

根据以上排查结果可得知，综合处理单元本地102端口正常开放，与油色谱在线监测装置、主站均正常建立102端口通道。检查油色谱在线监测装置、综合处理单元scd文件，并模拟采集软件对scd文件进行校验，结果均为正常，说明该故障与通信模型配置文件无关；在综合处理单元装置上查询油色谱在线监测数据，实时数据、历史数据均可正常查看，故障与油色谱在线监测装置无关。

根据TCP的通信流程，TCP连接建立之后，通信双方可开始进行数据传输，为了保障数据传输的可靠性，接收方必须要对发送方发出的数据进行确认，如图1所示。主站侧下发数据抓取任务，同时厂站侧使用Wireshark软件对综合处理单元eth0口进行TCP抓包分析发现：在TCP完成三次握手建立TCP连接之后，数据传输时综合处理单元一直向主站发送[TCP Retransmission]进行TCP片段重传，但始终未收到主站侧回复ACK，重传超时导致数据传输失败，抓包结果如图2所示；主站侧抓取数据失败，提示Read timed out。根据抓包分析结果，故障原因在于生产II区交换机至主站调度数据网某一网络节点丢弃了TCP片段导致数据传输失败。

图1 TCP数据传输示意图

图2 TCP抓包测试图

根据网络结构，从综合处理单元往上逐步进行大包ping测试，探测定位弃包网络设备，ping包为1500字节，命令为ping-s 1500 IP地址，依次对生产II区交换机、纵向加密认证、路由器、地调主站、中调主站进行大包测试。与纵向加密认证测试结果反馈测试包全丢，故障问题定位到II区纵向加密认证。

经核实，本变电站生产II区纵向加密认证装置网卡配置MTU值设置为1420。综合处理单元网卡默认MTU值为1500，在数据传输前，按每个片段最大1500字节进行片段传输，但纵向加密认证MTU设置1420，综合处理单元所发送的数据片段超过了纵向加密认证装置允许的最大传输单元，随后纵向加密认证丢弃数据包，导致数据传输失败，综合处理单元数据包无法正常传输至主站。为了综合处理单元与调度数据网侧MTU值匹配，将综合处理单元eth0网口MTU值修改为1420，重启网卡，主站侧再次下发数据抓取任务，结果正常，故障解决。

3、通信异常解决方法

通过该通信故障问题排查及处理过程分析，针对变电站各类型的通信故障，总结了四种变电站通信异常排查方法，可有效指导变电检修人员快速定位并解决类似问题。

变电站常见通信异常问题可分为硬件、路由、端口策略、网络参数配置四类，硬件问题如传输介质损坏或性能不满足通信要求、传输线缆接头损坏、设备网卡故障、光电转换器故障等；路由问题如路由缺失、路由冲突、下一跳地址错误、路由端口错误、静态路由未随网络结构变化更新等；端口策略问题常见于装置本地端口未开放、防火墙阻挡、纵向加密认证端口策略未配置、厂站与主站加密/解密方式不一致、策略配置错误、双向策略不完善等；网络参数配置如IP地址冲突、MTU值不匹配、网口功能设置、接入网口与VLAN划分网口不一致等。

在问题排查中，应先掌握网络结构及数据链路走向，了解通信异常范围，并系统性地分析问题潜在原因，形成具体排查方法，遵循先就地后远端、先硬件后软件、先检测后抓包的原则，以问题网络节点为中心，先站内向下排查后向上排查的思路，以网络节点为单位，逐段排查以便更为准确地定位问题点。

硬件问题通常采用检查、测试方法排查，先观察网口指示灯是否正常，再使用ping逐段探测各个网络节点可达性，检测到不可达网络节点，可使用专用笔记本电脑模拟代替网络节点再次ping测试的方法定位问题根源是该网络节点异常或传输线缆及其接口异常。排查中需注意传输线缆是否满足要求，如双绞线长度、光纤光衰等是否满足技术标准。路由问题可先查询检查路由表，从发送端做traceroute测试定位路由异常节点。端口策略先检查设备本地端口是否开放，可使用wget、netstat等命令检查本地端口开放情况，确认本地端口正常后，远端主站使用telnet、wget命令进行端口测试，若本地端口正常，远端测试异常，问题通常因加密认证策略异常导致，可协调网安科检查加密认证策略是否正常。网络参数配置问题先了解站内各个网络节点参数配置，检查IP地址是否冲突后比对各节点网络参数是否正常，可配合大包ping测试定位问题。以上方法若无法有效定位到问题，条件允许的情况下可配合使用网络抓包软件，通过链路报文分析问题点。

4、结束语

随着调度数据网的逐步完善，各类装置不断地通过调度数据网接入调度主站，纵向加密认证有效地加强了变电站边界网络安全，但也使通信网络复杂化。在线监测及综合处理单元的不断部署，类似的问题普遍存在，所以在综合处理单元调试、运维等多个阶段，必须熟悉各个网络节点的功能及常见问题原因，可快速定位并解决通信异常问题。

参考文献:

[1]DL/Z 860.1-2004/IEC61850-1:中华人民共和国电力行业标准化指导性技术文件[S]. 2003.

[2]何磊.IEC61850应用入门[M].中国电力出版社,2012.

文章来源:孙露,张兴龙,李俊东.变电站在线监测系统信息交互异常研究分析[J].网络安全技术与应用,2024,(12):123-124.