一种用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统的制作方法

1.本发明属于智能变电站故障诊断和评估领域，尤其涉及一种用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统。


背景技术：

2.变电站二次设备的监测和测试希望尽可能减少人工干预，甚至是做到监测和测试过程不需人员的监视和操作，也能高效有序且全面的监测和测试，即全自动化的监测和测试。要实现这点需要监测系统与被测设备之间具有数据通信能力，监测系统能获得设备的基本信息和定值，能在测试过程对设备进行投退保护、切换定值组等操作。
3.智能变电站二次设备采用统一的iec61850信息模型，按照统一的通信标准接入变电站通信网络，拥有很好的互操作能力和全自动测试的潜力，这为实现变电站二次设备自动化、智能化的状态监测创造了很好的条件和手段。
4.如cn104701983a公开了变电站二次设备状态诊断与状态评估系统，系统主站由主站数据库服务器、主站gis服务器、主站web服务器和主站纵向通信服务器组成；子站由站用端状态监测装置组成。状态诊断与状态评估系统完成接收子站上传数据的状态异常分析、状态故障诊断、故障智能告警、故障统计报表及告警规则库维护等状态诊断与设备状态评价流程管理、设备状态量查询、设备状态定性评估、设备状态定量评价、设备状态评价综合查询、设备状态评价报表等评估工作。但是，该技术方案未针对各类缺陷进行机理分析，不能实现精确的故障定位分析。
5.因此，如何获得一种针对智能设备各类缺陷都能实现快速故障诊断和评估的系统成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统，能实现针对智能设备各类缺陷的快速故障诊断和评估。
7.一种用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统，包括监控模块、管理信息模块以及诊断评估模块，所述监控模块、所述管理信息模块和所述诊断评估模块通过网络管理协议进行信息交互；
8.所述监控模块用于应答所述诊断评估模块的信息请求和动作请求，报告异常信息；
9.所述管理信息模块用于集合并管理各个诊断和评估参数；
10.所述诊断评估模块用于向所述监控模块发送信息请求和动作请求，读取所述管理信息模块中对象的数值，进行故障诊断和状态评估。
11.进一步地，所述诊断评估模块包括设备平台类子模块、保护测控类子模块、合并单元类子模块以及智能终端子模块；
12.所述设备平台类子模块用于分析设备平台类的缺陷，所述设备平台类的缺陷包括
光强异常、goose断链和goose检修不一致中的至少一种；
13.所述保护测控类子模块用于分析保护测控类设备的缺陷，所述保护测控类设备的缺陷包括跳合回路异常、goose开入异常、失灵开入异常、远跳异常、保护测控类控制回路断线、采样值不正确、差动电流不正确、mms通信不正常、sv断链、sv无效和定值校验出错中的至少一种；
14.所述合并单元类子模块用于分析合并单元类的缺陷，所述合并单元类的缺陷包括sv总告警、同步异常和光耦电源异常中的至少一种；
15.所述智能终端子模块用于分析智能终端的缺陷，所述智能终端的缺陷包括终端类控制回路断线、对时异常和断路器压力异常中的至少一种。
16.进一步地，所述设备平台类子模块包括光强异常分析单元，所述光强异常分析单元用于接收所述监控模块发出的光强异常信号，启动故障诊断搜索，采用spcd模型搜索对侧装置中定位到的ied装置a的端口信息，对所述管理信息模块中交换机、发送侧装置b和所述装置a与所述装置b之间的路径的参数数值进行故障排查分析。
17.进一步地，所述设备平台类子模块还包括goose断链分析单元，所述goose断链分析单元用于接收所述监控模块发出的goose断链信号，采用scd模型搜索ied装置，获得goose报文，对所述管理信息模块中goose报文格式、ied装置、goose风暴和goose控制块的信息进行故障排查分析。
18.进一步地，所述保护测控类子模块包括跳合回路异常分析单元，所述跳合回路异常分析单元用于进行智能终端接收保护的goose断链异常分析，接收所述监控模块发出的跳合回路异常信号，定位ied装置a及跳闸端口，采用spcd模型搜索物理路径，对所述管理信息模块中交换机、智能终端的配置和智能终端解码的参数数值进行故障排查分析。
19.进一步地，所述保护测控类子模块还包括开入异常分析单元，所述开入异常分析单元用于进行goose开入异常、失灵开入异常、远跳异常和保护测控类控制回路断线中至少一种缺陷的故障分析；
20.所述开入异常分析单元接收所述监控模块发出的开入异常信号，定位ied装置a及端口，采用spcd模型搜索物理装置或智能终端，对所述管理信息模块中发送接收装置状态或网分参数进行故障排查分析。
21.进一步地，所述网分参数包括网分失灵动作、网分远跳和网分跳位及合位。
22.进一步地，所述合并单元类子模块包括同步异常分析单元，所述同步异常分析单元用于接收所述监控模块发出的所述合并单元的同步异常信号，通过定位装置获取所述管理信息模块中所述合并单元的所有goose报警信息，针对所有goose报警信息进行故障排查分析。
23.进一步地，所述智能终端子模块包括基于光耦异常的缺陷分析单元，所述基于光耦异常的缺陷分析单元用于接收所述监控模块发出的控制回路断线和/或断路器压力异常触发信号，获取所述管理信息模块中光耦异常信息，以及常闭触点、常开触点和断路器压力中至少一种信息，进行故障排查分析。
24.进一步地，获取所述管理信息模块中光耦异常信息、常闭触点和常开触点的信息，对控制回路断线的缺陷进行故障排查分析；
25.获取所述管理信息模块中光耦异常信息以及断路器压力信息，对断路器压力异常
的缺陷进行故障排查分析。
26.本发明提供的用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统，至少包括如下有益效果：
27.本发明提供的系统通过监控模块和管理信息模块将包含多个子模块的诊断评估模块进行整合，根据异常信息触发分析检索逻辑，通过相应的检索逻辑实现故障快速定位，对智能设备各类缺陷发生的机理都能够进行分析、诊断和评估，实现智能变电站二次设备自动化、智能化的状态监测，以提高运维人员的工作效率。
附图说明
28.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
29.图1是本发明提供的用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统一种实施例的结构示意图；
30.图2是本发明提供的用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统一种实施例的细化结构示意图；
31.图3是本发明提供的光强异常监测方法一种实施例的流程图；
32.图4是本发明提供的goose断链监测方法一种实施例的流程图；
33.图5是本发明提供的跳合回路异常监测方法一种实施例的流程图；
34.图6是本发明提供的goose开入异常监测方法一种实施例的流程图；
35.图7是本发明提供的失灵开入异常监测方法一种实施例的流程图；
36.图8是本发明提供的远跳异常监测方法一种实施例的流程图；
37.图9是本发明提供的保护测控类控制回路断线监测方法一种实施例的流程图；
38.图10是本发明提供的同步异常监测方法一种实施例的流程图；
39.图11是本发明提供的基于光耦异常的缺陷分析的终端类控制回路断线监测方法一种实施例的流程图；
40.图12是本发明提供的断路器压力异常监测方法一种实施例的流程图；
41.附图标记说明：1-监控模块，2-管理信息模块，3-诊断评估模块，31-设备平台类子模块，32-保护测控类子模块，33-合并单元类子模块，34-智能终端子模块，311-光强异常分析单元，312-goose断链分析单元，321-跳合回路异常分析单元，322-开入异常分析单元，331-同步异常分析单元，341-基于光耦异常的缺陷分析单元。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
43.参考图1，在一些实施例中，提供一种用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统，包括监控模块1、管理信息模块2以及诊断评估模块3，监控模块1、管理信息模块2和诊断评估模块3通过网络管理协议进行信息交互；
44.监控模块1用于应答诊断评估模块3的信息请求和动作请求，报告异常信息；
45.管理信息模块2用于集合并管理各个诊断和评估参数；
46.诊断评估模块3用于向监控模块1发送信息请求和动作请求，读取管理信息模块2中对象的数值，进行故障诊断和状态评估。
47.其中，在一种具体实施方式中，监控模块1具体采用监控系统主机，诊断评估模块3具体采用诊断评估子站，监控模块1中采用snmp协议，监控模块1将故障诊断和评估需要的重要参量信息交互到上级管理信息模块2。
48.监控模块1的进程状态、网络状态、数据库状态、cpu占用率、异常宕机等信息，是故障诊断和评估的重要参量，管理信息模块2可以为mib(管理信息库)，即管理各个诊断和评估参量的集合。诊断评估模块3通过读取mib中对象的数值来进行故障诊断和状态评估。
49.在一种具体实施方式中，该故障诊断和评估系统基于开源软件net-snmp-5.4.2进行开发。其中的作为管理信息模块2的mib库根据管理端的功能需求和节点的定义自行开发。程序利用mib2c工具将mib库转化为代理程序框架进行实现，然后基于此框架进行进一步开发。最后将开发的代理程序静态编译进net-snmp框架中，它将注册到net-snmp框架中。注册的方法是在特定目录下(以agent/mibgroup/bamboo目录为例)分别建立一个.c文件和头文件，例如，名称分别取为bamboo.c和bamboo.h，在bamboo中存放自己开发的所有c程序和头文件(如xxx.c和xxx.h)，然后在bamboo.h中添加module_require(xxx)，并在configure时跟上：—with-mib_modules＝”bamboo”来配置makefile，使之在编译时加载bamboo文件下面的xxx文件(可以有多个xxx文件)。
50.参考图2，诊断评估模块3包括设备平台类子模块31、保护测控类子模块32、合并单元类子模块33以及智能终端子模块34；
51.设备平台类子模块31用于分析设备平台类的缺陷，设备平台类的缺陷包括光强异常、goose断链和goose检修不一致中的至少一种；
52.保护测控类子模块32用于分析保护测控类设备的缺陷，保护测控类设备的缺陷包括跳合回路异常、goose开入异常、失灵开入异常、远跳异常、保护测控类控制回路断线、采样值不正确、差动电流不正确、mms通信不正常、sv断链、sv无效和定值校验出错中的至少一种；
53.合并单元类子模块33用于分析合并单元类的缺陷，合并单元类的缺陷包括sv总告警、同步异常和光耦电源异常中的至少一种；
54.智能终端子模块34用于分析智能终端的缺陷，智能终端的缺陷包括终端类控制回路断线、对时异常和断路器压力异常中的至少一种。
55.设备平台类子模块31包括光强异常分析单元311，光强异常分析单元311用于接收监控模块1发出的光强异常信号，启动故障诊断搜索，采用spcd模型搜索对侧装置中定位到的ied装置a的端口信息，对管理信息模块2中交换机、发送侧装置b和装置a与装置b之间的路径的参数数值进行故障排查分析。
56.分析光强异常是为了检查光纤物理连接的正确与否，一般主要指过程层的光强分析。光强异常主要反映了物理连接信息，本质为光强偏弱不能达到灵敏度的要求，为了针对光强异常进行故障分析和定位，需要各类设备包括交换机能提供光强的收发信息。参考图3，此处提供一种具体的光强异常监测方法：
57.(1)光强异常信号触发故障诊断搜索；
58.(2)通过mms定位ied装置a及端口信息；
59.(3)通过spcd搜索对侧的装置及端口信息；
60.(4)判断对侧是否为交换机，如果是，则通过snmp获取交换机发送光强，如果不是则通过mms获取对侧发送光强；
61.(5)通过判断发送侧的光强和接收侧光强，可以判断是物理回路原因还是对侧设备原因。
62.物理回路的进一步故障定位就目前情况比较有难度，因为有可能经过odf，odf尚不能智能提供物理连接情况，因此目前只能提示出整个物理路由。
63.通过以上的故障诊断和分析，可以基本判断光强异常是来源于光纤连接异常、光模块损坏或对侧设备异常的哪一种情形。
64.设备平台类子模块31还包括goose断链分析单元312，goose断链分析单元312用于接收监控模块1发出的goose断链信号，采用scd模型搜索ied装置，获得goose报文，对管理信息模块2中goose报文格式、ied装置、goose风暴和goose控制块的信息进行故障排查分析。
65.其中，goose断链是指保护设备与其他外部设备的goose通信发生异常。发生goose断链的原因可能存在以下几种情况：光模块损坏，光纤损坏，光纤因灰尘等原因损耗过大，光纤接口未接触牢靠，外部设备失电或闭锁停止发送；保护goose解码错误，外部设备goose编码不正确；保护的配置文本不正确、外部装置的配置文本不正确；交换机vlan配置不正确、goose网络风暴、有多个设备发相同的goose信息。
66.参考图4，此处提供一种具体的goose断链监测方法：
67.(1)goose断链信号触发故障诊断搜索；
68.(2)采用scd模型搜索对侧ied装置；
69.(3)网分获取goose报文；
70.(4)判断是否有报文，如果有，则分析报文；如果没有，则智能终端异常；
71.(5)判断报文格式是否正确，如果正确，则通过snmp获取交换机vlan配置，通过网分分析goose网络风暴和goose控制块相同的情况；如果不正确，则智能终端异常；
72.(6)判断第(5)步分析的内容是否有问题，如果有问题，则是装置自身解码问题；如果没问题，则有goose网络风暴和goose控制块相同的情况。
73.该方法不具有实时监测的可能性，物理连接问题只能在通信中断后才能监测；解码出错可以通过goose信息获取，编码出错可以通过网分经过分析提示报错；配置文件不正确可以通过网分获取报文分析；交换机的vlan配置可以通过snmp协议获取，可以与投运时的备份进行在线校核；通过网分分析goose是否有风暴发生，是否有相同的控制块信息。
74.此外，设备平台类子模块31还可以用于分析goose检修不一致的问题。goose检修不一致是指外部设备和保护的检修不一致，goose数据不可用，此处分析的goose检修不一致仅指在链路正常情况下的状况。goose检修不一致通过如下方法进行监测：通过mms获取保护设备的检修位、通过网分获取其他设备的检修位置；若保护设备未报检修不一致，则判定是装置误报，若是则进行下一步判断；通过网分获取对侧装置的检修位置，若对侧装置检修硬压板已投入，则判定对侧装置投检修，否则进行下一步判断；检查装置是否投检修硬压板，若是则判定装置投检修，否则判定装置误报。
75.保护测控类子模块32包括跳合回路异常分析单元321，跳合回路异常分析单元321，进行智能终端接收保护的goose断链异常分析，接收监控模块1发出的跳合回路异常信号，定位ied装置a及跳闸端口，采用spcd模型搜索物理路径，对管理信息模块2中交换机、智能终端的配置和智能终端的解码的参数数值进行故障排查分析。
76.其中，智能变电站的继电保护采用goose跳闸方式，且一般多采用直跳方式进行，相比于传统的保护装置，跳合回路采用光纤方式连接，可以通过相关的报警信息进行监测。跳合回路异常通常有三方面原因：硬件原因，包括光模块损坏、光纤损坏、光纤因灰尘等原因损耗过大、光纤接口未接触牢靠、设备失电或闭锁停止发送；软件原因，包括goose没有发送，goose报文格式不符合scd要求；网络跳闸方式，包括交换机vlan配置不正确、goose网络风暴、有多个设备发相同的goose信息。
77.跳合回路异常信息指的是保护装置的跳闸合闸回路发生异常，一般对应的是智能终端接收保护的goose断链，为了更深入的研究跳合闸回路异常，此处单独研究智能终端接收保护的goose断链。
78.参考图5，此处提供一种具体的跳合回路异常监测方法：
79.(1)“跳合回路异常”触发，定位ied装置a及跳闸端口；
80.(2)根据spcd搜索物理路径；
81.(3)判断是否经过交换机，是则判断交换机的光强和流量，否则判断对侧装置的发送光强；
82.(4)交换机光强流量异常说明交换机异常或物理连接有问题，正常则判断对侧装置发送光强；
83.(5)发送光强异常则发送设备硬件异常，正常则分析网络报文；
84.(6)报文格式不符合要求，则是智能终端的软件和配置问题；
85.(7)报文格式符合要求则判断是否经过交换机，不经过交换机则是保护设备解码问题，经过交换机需要判断交换机的配置、网络风暴以及相同控制块信息；
86.(8)无上述问题，则可以肯定是装置自身故障问题，存在上述问题则可以肯定是网络问题或交换机的配置问题。
87.保护测控类子模块32还包括开入异常分析单元322，开入异常分析单元322用于进行goose开入异常、失灵开入异常、远跳异常和保护测控类控制回路断线中至少一种缺陷的故障分析；
88.开入异常分析单元322接收监控模块1发出的开入异常信号，定位ied装置a及端口，采用spcd模型搜索物理装置或智能终端，对管理信息模块2中发送接收装置状态或网分参数进行故障排查分析。网分参数包括网分失灵动作、网分远跳和网分跳位及合位。
89.其中，关于goose开入异常分析，保护设备与其他设备的开关量信息采用goose通信，开入值应该与实际输入相一致，这里仅指在链路正确的情况下开入值不正确，不考虑虚端子连线不正确的情况。
90.goose开入异常一般来源于，智能终端遥信电源没有供电，可能遥信电源空开跳闸、监视电源接线松动；goose接收压板未投入；站控层信息与过程层信息不一致，装置自身软件处理问题。
91.参考图6，此处提供一种具体的goose开入异常监测方法：
92.(1)“goose开入异常”触发，定位ied装置a及跳闸端口；
93.(2)根据spcd搜索智能终端装置；
94.(3)通过mms获取智能终端的“光耦电源异常”信号，判断智能终端光耦电源是否异常，是则智能终端遥信异常，否则判断软压板是否投入；
95.(4)通过mms获取goose接收软压板的投入状态，软压板投入则获取过程层goose和站控层信号，否则是软压板原因；
96.(5)通过网分获取goose信息，通过mms获取装置goose开入信息，判断过程层goose和站控层信号是否一致，不一致则是装置自身问题。
97.关于失灵开入异常分析，该功能的作用是为了验证失灵开入接点是否有损坏。一般当“失灵开入”超过10s则置“1”，报“失灵开入异常”，延时10s返回。造成失灵开入异常的原因为外部装置启动失灵的goose信号长期为1。
98.参考图7，此处提供一种具体的失灵开入异常监测方法：
99.(1)“失灵开入异常”触发，定位ied装置a及跳闸端口；
100.(2)根据spcd搜索物理装置；
101.(3)通过网络分析仪监视失灵动作goose，如果长期为1，则为对侧保护装置异常；如果网络上的goose报文不为1，则为装置本身问题。
102.关于远跳异常分析，该功能的作用是为了验证远跳接点是否有损坏。当“其它保护动作开入”超过4s则置“1”，报“远跳异常”，延时10s返回。接收侧“收其它保护动作”超过4s则置“1”，报“远跳异常”，延时10s返回。造成远跳异常的原因为外部装置远跳goose信号长期为1。
103.参考图8，此处提供一种具体的远跳异常监测方法：
104.(1)“远跳异常”触发，定位ied装置a及跳闸端口；
105.(2)根据spcd搜索物理装置；
106.(3)通过网络分析仪监视所有母线跳闸的goose动作时间，长期为1超过4s说明保护装置异常，可以提示告警；如果网络上的goose报文不为1，则为装置本身问题。
107.关于控制回路断线分析，该功能的作用是为了检测二次操作回路的完好性，主要监视跳位和合位，当两者同时为0时报控制回路断线。造成控制回路断线的原因为智能终端的跳位和合位的开入为0。
108.参考图9，此处提供一种具体的保护测控类控制回路断线监测方法：
109.(1)“控制回路断线”触发，定位ied装置a及跳闸端口；
110.(2)根据spcd搜索智能终端；
111.(3)通过网络分析仪监视智能终端跳位和合位的发送状态，如果网络上的跳位和合位不为0，则为装置本身问题；为0则为智能终端本身的异常或一次机构问题。
112.此外，保护测控类子模块32还可以用于分析采样值不正确、差动电流不正确、mms通信不正常、sv断链、sv无效、定值校验出错等问题。
113.合并单元类子模块33包括同步异常分析单元331，同步异常分析单元331用于接收监控模块1发出的合并单元的同步异常信号，通过定位装置获取管理信息模块2中合并单元的所有goose报警信息，针对所有goose报警信息进行故障排查分析。
114.关于同步异常分析，同步异常是指合并单元失去同步信号超过10s。产生同步异常
的原因一般为对时源异常、光纤连接异常以及对时定值整定错误。
115.参考图10，此处提供一种具体的同步异常监测方法：
116.(1)“同步异常”触发；
117.(2)通过定位装置获取管理信息模块2中合并单元的所有goose报警信息；
118.(3)判断信息是否异常，全部合并单元异常说明是对时源问题；否则是装置自身问题、接线异常或本对时源信号故障。
119.此外，合并单元类子模块33还可以用于sv总告警分析和光耦电源异常分析。
120.智能终端子模块34包括基于光耦异常的缺陷分析单元341，基于光耦异常的缺陷分析单元341用于接收监控模块1发出的终端类控制回路断线和/或断路器压力异常触发信号，获取管理信息模块2中光耦异常信息，以及常闭触点、常开触点和断路器压力中至少一种信息，进行故障排查分析。
121.获取管理信息模块2中光耦异常信息、常闭触点和常开触点的信息，对终端类控制回路断线的缺陷进行故障排查分析；
122.获取管理信息模块2中光耦异常信息以及断路器压力信息，对断路器压力异常的缺陷进行故障排查分析。
123.关于终端类控制回路断线的缺陷分析，是为了检测二次操作回路的完好性，主要监视跳位及合位，当两者同时为0时报控制回路断线。产生控制回路断线的原因一般为，智能终端的跳位及合位开入为0。
124.参考图11，此处提供一种具体的终端类控制回路断线监测方法：
125.(1)“控制回路断线”触发；
126.(2)定位装置获取“光耦异常”信号；
127.(3)通过网络分析仪监视“光耦异常”信号，如果异常则是遥信电源问题，如果无异常则监视跳位及合位；
128.(4)通过网络分析仪监视智能终端跳位及合位goose发送状态，如果均无开入，则是外部接线问题或装置自身问题；如果有开入，则真实发生。
129.关于断路器压力异常分析，是为了监测断路器压力是否正常。产生异常的原因一般为：遥信电源没有供电，可能遥信电源空开跳闸、断路器压力异常接线松动。
130.参考图12，此处提供一种具体的断路器压力异常监测方法：
131.(1)“断路器压力异常”触发；
132.(2)定位装置获取“光耦异常”信号；
133.(3)通过goose获取“光耦电源异常”信号，此信号用来监视遥信正电源，如果异常则是遥信电源问题，如果无异常则监视断路器压力异常；
134.(4)通过goose获取压力异常信号，如果无开入则是外部接线问题或装置自身问题，否则是真实发生。
135.另外，智能终端子模块34还可以用于对时异常分析。
136.对时异常产生的原因一般为对时源异常、对时方式整定错误以及接线错误。监测方法为：对时源提供输出监视，通过goose获取对时源信息；对时方式整定错误，通过goose获取对时整定值；目前没有直接监测手段。
137.本实施例提供的用于智能变电站二次设备的故障诊断和评估系统，通过监控模块
和管理信息模块将包含多个子模块的诊断评估模块进行整合，根据异常信息触发分析检索逻辑，通过相应的检索逻辑实现故障快速定位，对智能设备各类缺陷发生的机理都能够进行分析、诊断和评估，实现变电站二次设备自动化、智能化的状态监测，以提高运维人员的工作效率。
138.以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。