CN203827368U - 一种智能变电站数据链路串入侦听装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种智能变电站数据链路串入侦听装置：包括输入输出接口、信号旁路模块、时钟模块、信号解码模块、数据处理模块。可实现串入继电保护装置、合并单元、智能终端等设备之间的数据链路，串入监控后台与各IED设备之间的数据链路，串入采集器与合并单元的通信链路，实施通信监听、数据同步展示及分析。该智能变电站数据链路串入侦听装置串接于各IED设备之间，能够保持原有通信，方便实施同步监测、对比分析及通信数据存储，有利于故障查找及故障原因分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统智能变电站二次设备测试领域，具体涉及一种智能变电站数据链路串入侦听装置。
背景技术
智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建、建立在IEC61850体系基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。智能变电站具有二次系统结构简单，二次回路无开路引入高压危险，光纤传输抗电磁干扰能力强等特点，采用电子式、光纤式或磁光玻璃式互感器的智能变电站，还具有占地面积小、无CT饱和和互感器铁磁谐振，不充油不充气，无易爆易燃危险的优势，因此，智能变电站正逐步进入大范围推广建设阶段。
目前，已建和在建的智能变电站，过程层保护装置采样值的获取方式和GOOSE的跳闸方式大部分采用“直采直跳”模式。“直采直跳”模式下，合并单元(MU)至继电保护装置采用单根光纤点对点传输SMV信号，继电保护至智能终端也是采用单对光纤点对点传输GOOSE信号，这种模式下继电保护装置的正常工作可不依赖于交换机和GPS时钟同步系统；站控层采用MMS通信模式。
存在的主要问题如下：
1)合并单元(MU)至继电保护装置之间的点对点以太网通信，正常通信时第三方无法观测其通信状况、查询通信数据；
2)继电保护装置至智能终端之间的点对点以太网通信，正常通信时第三方无法观测其通信状况、查询通信数据；
3)采集器至合并单元(MU)之间的点对点光串口通信，正常通信时第三方无法观测其通信状况、查询通信数据；
4)MMS通信的服务器和客户端之间的TCP/IP点对点通信，正常通信时，在无法更改交换机配置情况下，第三方无法观测其通信状况、查询通信数据；
对于这一类通信，链路在出现问题时，难以观测具体通信过程和数据，特别是数据链路、通信数据存在突发异常时，其调试、故障检修比较困难。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种智能变电站数据链路串入侦听装置，包括：两组数据输入输出接口、两组信号旁路模块、时钟模块、两组信号解码模块、数据处理模块；其中：
每组所述输入输出接口包括多对光以太网接口、多对电以太网接口、多对光串口接口；所述光以太网口用于连接继电保护装置与合并单元、继电保护装置与智能终端，电以太网口用于连接MMS网络内的设备，光串口用于连接采集器与合并单元
所述信号旁路模块连接于两组输入输出接口之间，将一组输入输出接口接收的信号透明转发到另一组输入输出接口发出，并将该接收的信号转发到对应的信号解码模块；
每组所述信号解码模块包括以太网解码模块、光串口解码模块；将输入的信号进行解码后输出到数据处理模块，同时在信号开始时进行时间锁存，产生硬件时间戳；
所述时钟模块分别为两组信号解码模块和数据处理模块产生时间计数；
所述数据处理模块包括存储模块、处理控制模块、显示模块、人机交互模块。
在上述技术方案中，所述时钟模块由高稳晶振、锁相环、计数器组成，锁相环将高稳晶振输出信号去抖倍频至100MHz发送到计数器。
在上述技术方案中，所述计数器位宽为64位。
在上述技术方案中，数据处理模块，对信号解码模块输出的数据进行带硬件时间标签存储，并完成如下特定的数据分析：
(1)对SV采样值数据，进行有效值、波形图、序量、功率、谐波、双AD、报文源码结构等数据展示，统计丢包个数，实时分析SV报文时间均匀性性，并触发报文异常记录；
(2)对GOOSE报文进行实时值、变位列表、报文源码结构分析，测量GOOSE间隔参数，实时触发报文异常记录；
(3)对其他报文，如PTP、GMRP等报文进行解析展示。
本实用新型取得了以下技术效果：
可为智能变电站内通信链路提供了一种串入侦听手段，对于过程层”直采直跳”模式，可串入继电保护装置与合并单元之间的物理链路，保持其之间的正常通信，同步显示其通信过程、展示通信数据，同时实时对SV报文进行多种分析，如丢帧统计，波形、矢量图、序量展示、时间均匀性分析，实时触发报文异常记录；可串入继电保护装置与智能终端之间的物理连接，保持其之间的正常通信，同步显示其通信过程、展示通信数据，同时实时显示GOOSE通道值、变位列表，测量GOOSE间隔参数，实时触发报文异常记录
对于站控层，可不依赖于交换机镜像功能，保持监控后台与各IED设备正常通信情况下，同步显示其通信过程、展示通信数据，同时实时对MMS报文、104等站控层报文进行分析展示。
可串入采集器与合并单元之间的物理链路，保持其正常通信，对其之间FT3报文及私有协议进行数据及报文分析。
也可应用于其他通信模式的设备两端之间的信号串入侦听。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为“直采直跳”模式智能变电站信号连接示意图；
图3为站控层MMS信号连接示意图；
图4为“直采直跳”模式智能变电站本实用新型串入示意图；
图5为站控层本实用新型串入示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
图1为本实用新型装置结构示意图，本实用新型提供的智能变电站数据链路串入侦听装置包括两组输入输出接口、两组信号旁路模块、时钟模块、两组信号解码模块、数据处理模块。
具体实施中，每组输入输出接口可由多个成对100Mbps、1000Mbps光以太网口，多个成对100Mbps、1000Mbps电以太网口，多个成对光串口组成。光以太网口可用于连接继电保护装置与合并单元、继电保护装置与智能终端等，电以太网口可用于连接MMS网络内的设备，光串口可用于连接采集器与合并单元。
信号旁路模块，连接于两组输入输出接口之间，将一组输入输出接口接收的信号转发到另一组输入输出接口发出，并将该接收的信号转发到信号解码模块。主要实现：两组输入输出接口之间的信号连接，将从用于输入的一组输入输出接口输入的数据等速率转发至用于输出的另一组输入输出接口；对该信号链路进行采样分支，输出一路相同的信号到信号解码模块。
信号解码模块包括以太网解码模块、光串口解码模块，将信号进行解码输出到数据处理模块，同时在信号开始时进行时间锁存，产生硬件时间戳。其中时间来自于时钟模块的时间计数，时钟模块由高稳晶振、锁相环、计数器组成，锁相环将高温晶振输出频率去抖倍频至100MHz，供计数器使用，计数器位宽为64位，从0开始计数，产生一个在生命周期内不会翻转的时间计数。
数据处理模块主要包括存储模块、处理控制模块、显示模块、人机交互模块，实现对两组输入输出接口进入的数据进行存储、分析展示。
本实用新型提供的智能变电站数据链路串入侦听装置的典型连接方式如图1所示，该智能变电站数据链路串入侦听装置串入连接于两个相互连接的设备端之间，两组输入输出接口分别与两个设备端进行连接，如图5所示，左侧的输入输出接口与左侧的设备端相连接，右侧的输入输出接口与右侧的设备端相连接。从左侧的设备端发出的信号经由左侧的输入输出接口接收，由信号旁路模块等速率透明转发到右侧的输入输出接口发出，由右侧的设备端接收；信号旁路模块将从左侧的设备端接收的数据复制并转发到信号编解码模块，进行编解码后发送到数据处理模块进行处理。同理，从右侧的设备端发出的信号经由右侧的输入输出接口接收，由信号旁路模块等速率透明转发到左侧的输入输出接口发出，由左侧的设备端接收；信号旁路模块将从右侧的设备端接收的数据复制并转发到信号编解码模块，进行编解码后发送到数据处理模块进行处理。通过上述方式，该智能变电站数据链路串入侦听装置在实现对左右两侧设备端之间的信号透明传输的同时，对左右两侧设备端之间的信号进行处理和侦听。
具体实施中，该智能变电站数据链路串入侦听装置针对智能变电站特定SV、GOOSE、IEEE1588PTP报文，主要完成如下特定的数据分析：
(1)对SV采样值数据，进行有效值、波形图、序量、功率、谐波、双AD、报文源码结构等数据展示，统计丢包个数，实时分析SV报文时间均匀性性，并触发报文异常记录；
(2)对GOOSE报文进行实时值、变位列表、报文源码结构分析，测量GOOSE间隔参数，实时触发报文异常记录；
(3)对其他报文，如PTP、GMRP等报文进行解析展示。
图2是“直采直跳”模式下采用电子互感器的智能变电站继电保护、合并单元MU、智能终端连接示意图，合并单元与继电保护装置之间通过光纤以太网连接，合并单元输出SV采样值信号；采集器至合并单元通过光串口连接，输出FT3格式SV采样值信号或私有规约SV采样值信号；继电保护装置与智能终端通过光纤以太网连接，传输断路器位置、保护动作等GOOSE信号。
图3是站控层MMS通信连接图，保护、测控、计量等IED设备通过交换网络与监控后台连接，实现基于TCP/IP的点对点通信。
图4为本实用新型在“直采直跳”模式智能变电站串入连接示意图。本实用新型装置串接于继电保护装置与合并单元之间、继电保护装置与智能终端之间、合并单元与采集器之间，可以使用一台或多台串入装置实现连接，例如图中的连接模式：使用串入装置A的光以太网口1连接保护装置，光以太网口2连接合并单元，光以太网口1和光以太网口2在串入装置内部实现连接，保证继电保护装置与合并单元的正常通信，同时对其之间的SV采样值报文打上时间标签并对数据接收保存分析；使用串入装置A的光以太网口3连接继电保护装置，光以太网4连接智能终端，光以太网口3和光以太网口4在串入装置内部实现连接，保证继电保护装置与智能终端的正常通信，同时对其之间的GOOSE报文打上时间标签并对数据接收保存分析；使用串入装置B的光串口1连接合并单元，光串口2连接采集器，光串口1和光串口2在串入装置内部实现连接，保证合并单元与采集器的正常通信，同时对其之间的FT3格式SV报文或私有SV采样值报文打上时间标签并对数据接收保存分析。
图5为本实用新型在站控层串接应用示意图，串入装置串接于MMS网络与IED设备之间，也可设串接在MMS网络与监控后台之间，区别在于本实用新型串接在MMS网络与监控后台之间时，可观察所有到监控后台的MMS连接，对于只侦听某一条MMS连接时，可将本实用新型串接在MMS网络与IED设备之间。使用串入装置的电以太网口1连接MMS网络，电以太网口2连接IED设备，电以太网口1和电以太网口2在串入装置内部实现连接，保证MMS两端的正常通信，同时两端的MMS报文打上时间标签并对数据接收、保存及分析。
以上实施例仅为本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种智能变电站数据链路串入侦听装置，其特征在于包括：两组数据输入输出接口、两组信号旁路模块、时钟模块、两组信号解码模块、数据处理模块；其中：
每组所述输入输出接口包括多对光以太网接口、多对电以太网接口、多对光串口接口；所述光以太网口用于连接继电保护装置与合并单元、继电保护装置与智能终端，电以太网口用于连接MMS网络内的设备，光串口用于连接采集器与合并单元
所述信号旁路模块连接于两组输入输出接口之间，将一组输入输出接口接收的信号透明转发到另一组输入输出接口发出，并将该接收的信号转发到对应的信号解码模块；
每组所述信号解码模块包括以太网解码模块、光串口解码模块；将输入的信号进行解码后输出到数据处理模块，同时在信号开始时进行时间锁存，产生硬件时间戳；
所述时钟模块分别为两组信号解码模块和数据处理模块产生时间计数；
所述数据处理模块包括存储模块、处理控制模块、显示模块、人机交互模块。
2.根据权利要求1所述的智能变电站数据链路串入侦听装置，其特征在于：所述时钟模块由高稳晶振、锁相环、计数器组成，锁相环将高稳晶振输出信号去抖倍频至100MHz发送到计数器。
3.根据权利要求2所述的智能变电站数据链路串入侦听装置，其特征在于：所述计数器位宽为64位。
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Cited By (2)
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| CN113376559A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-09-10 | 国网安徽省电力有限公司营销服务中心 | 数字化计量系统异常现场快速诊断方法及其诊断系统 |
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Cited By (3)
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| CN106656645B (zh) * | 2015-10-29 | 2020-01-03 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 点对点通信设备的监控装置和具有其的监控系统 |
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