第41卷第6期
2020年12月
电力与能源771
D()I：10. 11973/dlyny202006026经验交流
基于IEC 61850的智能变电站通信异常分析
李启本，许菲菲，俞玲
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(国网上海市电力公司松江供电公司，上海200090)
摘要：35 k V其昌变电站站控层采用IEC 61850协议通信，针对该站出现遥信报文丢帧的通信异常情况进行故障分析.确定了该变电站通信异常原因为缓存区数据溢出造成的遥信位置报文的丢帧，进而查到缓存区数据溢出的原因，并优化了IEC 61850报告控制块使能机制，提高了该变电站站控层通信的稳定性。 关键词：智能变电站；IEC 61850；站控层
作者简介：李启本（1987—），男，工程师，主要从事电力系统继电保护工作。
中图分类号：T P206 文献标志码：A 文章编号：2095 —1256(2020)06 —0771-03金属表面镜面处理
Analysis of Communication Anomalies in Intelligent Substation Based on IEC 61850
LI Q i b e n,X U Feifei,Y U Ling
(S ta te Grid Songjiang Pow er Supply C o m p a n y，S M E P C，Shanghai 200090，China)
A b s tra ct：IEC 61850 protocol communication is adapted in the substation control level of 35 kV Qichang Intelli
gent Substation. T his paper m akes fault analysis of the communication anomaly of m essage fram e drop. T h e cache data overflow was detersm ined to cause the m essage frame drop at the remote communication p o sitio n»then the causes for cache data overflow were detected. T h e IEC 61850 report control block mechanism was o ptimized, improving the communication stability of the substation control layer.
Key w o rd s：intelligent su b s ta tio n；IEC 61850;substation control layer
35 k V其昌变电站采用某国产保护测控装置，该变电站站控层采用I E C 61850协议通信，投 运于2014年7月。于2020年1月出现部分遥信变位不上送调度的现象，在某仓10 k V开关保护动作后，调度仅收到保护动作记录，未收到该故障仓位开关变位信号，而站内综自后台信号均无问题。其后类似的通信异常情况在该站不同仓位的保护动作及开关遥控操作时多次出现。 1现象分析
1.1 SOE报文分析
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在收到消缺任务后，可在现场利用该站的备用仓，反复进行故障模拟.开关变位等试验，在排 除了站控层网络结构、通信配置及I P地址设置等错误可能性且备份现场装置配置后，抓取装置m m s报文。
(1)开关位置为双位置接点，合位为K I10，分 位为K i l l，定义为双点7。遥信初始状态为K I10 为0,K i l l为1，进行第1次开关变位，K I10的值变为1，K I11的值变为0，m m s报文上送了第1次 变位时K I10、K I11和对应双点7的值。
(2)进行第2次开关变位，K I10的值变为0, K i l l的值变为1，第二次变位的m m s报文只上送了双点7的遥信变位，未上送K I10和K i l l的 遥信变位。
通过分析装置发出的m m s报文，确认存在遥信变位报文未上送且E n t r y l D不连续现象.而装置本地
记录并未丢失，即保护板记录正常，同时通 信板上送记录缓存也正常。
1.2报告控制块内存分析
B R
C B报告控制块信息存储在通信程序全局链表中[1]，现场打印全局链表信息，得到现场客户端后台和远动对应的缓冲区情况。 根据内存对比可知，每个控制块的缓冲区最大为20 000，而远动当前使用大小已超过20 000，即保护装置给后台上送报告对应的内存缓存区均正常，给远动上送报告对应的内存缓存区溢出。
772李启本，等：基于IE C 61850的智能变电站通信异常分析
1.3后台远动初始化流程分析
对比后台和远动的初始化流程，远动和后台
初始化流程和报告控制块写使能过程大致相同，
但远动初始化流程会对P u r g e B u f报告控制块写
使能[2]。
后台报告控制块使能顺序，以D L1005L D1/
L L N0 $ B R$ b r cbDinOl 为例。
(1)后台读1丄抑）$1^$1)1^〇丨1101$1^1£- n a，装置返回F A L S E;
(2) 后台写L L N0 $ B R $ brcbDinOl $ R p t E-n a,F A L S E，装置返回写成功；
.(3)后台写L L N0 $ B R $ b r c bDinOl $ O p t-
F l d s，值为bit-string:7900，装置返回成功;
(4 )后台写L L N0 $ B R $ brcbDinOl$ T r-
g()p s，值为bit-string:64，装置返回成功；
(5)后台写L L N O$B R$ brcbDinOl $R p t E-
n a，值为T r u e，装置返回成功。
远动报告控制块使能顺序，以D L1005L D1/
L L N O$ B R$ b r cbDinOl 为例。
(1) 远动读L L N O $ B K $ brcbDinOl $ R p t E-n a，装置返回F A L S E;
(2) 远动写L L N O $ B R $ brcbDinOl $ R p t E-n a,F A L S E，装置返回写成功；
(3)远动写L L N O $B R $ b r c bDinOl $ O p t-
F l d s，值为bit-string:7900，装置返回成功；
(4 )远动写L L N O $ B R $ b r c bDinOl$ T r-
g()p s，值为bit-string:64，装置返回成功；
(5) 远动写L L N O$ B R$ brc b D i n03 $ P u r g e-
B u f，值为：T r u e，装置回复成功；
(6) 远动写L L N O $ B R $ brcbDinOl $ R p t E-
n a，值为T r u e，装置返回成功。
1.4现象分析
综合S()E报文分析、报告控制块内存分析以
及后台远动初始化流程分析，得到如下内容。
(1) 装置上送给后台的m m s报文的E n t r y l D 连续，但上送给远动m m s报文的E n t r y l D不连续
且存在跳变，导致远动丢失部分遥信；
(2) 对比通信程序的内存，装置给后台上送报告对应的内存区正常，但给远动上送报告对应的
内存区溢出；
(3) 对比后台和远动初始化流程，发现远动初始化流程会写P u r g e B u f报告控制块.而后台不会
写P u r g e B u f报告控制块。通过分析总结可知，初步怀疑远动初始化流
程对P u r g e B u f报告控制块写使能，导致装置长时 间运行后给远动上送报告的内存区溢出.最终导致装置给远动上送S O E记录的E n t r y l D不连续，部分遥信不上送调度。
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2.1软件分析
2. 1. 1Purgebuf 介绍
根据I E C61850-7-2协议，对P u r g e b u f控制块解释如下：P u r g e B u f属性代表应丢弃缓冲事件的请求。
P u r g e b u f设置为T R U E，B R C B必须丢弃所有尚未发送给客户端的缓冲事件，且丢弃缓冲事件后，该B R C B属性应自动设置为F A L S E[3]。2.1.2 B R C B数据打包流程 礼花发射器
现场通信程序正常报告打包缓冲区判断流程如图1所示。
当有新报告需打包上送时，程序先计算新报告占用空间大小，随后判断当前缓冲区空间是否足够存储肖前报告，若足够存储则更新缓冲区计数cur_bufsize并将报告加人到发送队列链表等待发送。反之当缓存区空间不足时，若已发送队列不为空，则释放已发送队列占用的空间，继续判
李启本.等：基于IEC 61850的智能变电站通信异常分析
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断可用的缓冲区是否满足要求，若已发送缓冲区 占用空间全部释放仍然无法满足要求，则判断待 发送队列是否为空，不为空则释放待发送队列空 间，此时释放的待发送队列报告丟失。若将待发 送队列及已发送队列占用空间全部释放，仍然无 法满足条件，则使用bufsize 以外空间存储保证最 新报告顺利发送。
结合装置给远动上送报告控制块的内存可 知，给远动上送遥信
D i n
的分配内存区大小为
20 000，实际使用的内存大小为28 884，属于使用 定义缓冲区以外的空间保存报告的情况。
通过分析代码流程数持续累加。装置长时间 运行产生大量报告后会导致缓存区计数溢出，超 出分配的内存区大小，此时如果只是产生单个报 告，使用分配的20 000以外的空间发送报告，报 告发送成功后，当前缓冲区计数仍继续累加；如果 一次产生多个报告，分配的20 000以外的空间都 无法处理这些报告时，将丢失部分未及时发送的 报告，表现为现场部分遥信不上送调度。2.2故障重现
根据分析可知，使用现场备份，装置上电初始 化之后，客户端对
P u r g e b u f 报告控制块写使能.
按如下步骤进行试验。
(1) 装置和I E C 61850客户端建立连接后，频 繁做开关变位后，打印缓冲区情况；
(2)
断开网线一段时间，客户端和装置通信恢 复后，打印报告缓冲区情况，发现发送计数清零， 但缓冲区大小未清零，此时当前缓冲区计数已超 过最大缓冲区限制；
(3)
缓存区溢出后，再次进行开关变位，远动
出现报告丢失、缓冲区溢出。2.3修复程序验证
客户端与装置中断重连对P u r g e B u f 报告控 制块写使能，只是将发送计数清零而缓存区大小 未清零，导致后续进行连续变位时，装置发送报告 缓存区溢出。完善通信程序.客户端中断重连时 若收到P u r g e b u f 写使能，将发送计数和缓存区大 小同时清零，进行如下验证试验（改后程序产生大 量变位内存）。
(1)
装置更换通信程序后重启，和客户端重连
后频繁做开关变位，将当前缓冲区空间使用近
20 000；
(2) 断开网线一段时间，当客户端和装置通
信恢复，打印报告缓冲区情况，发现发送计数清 零，缓冲区大小同样清零，发送计数为1，为客户 端上电写总召的报告（缓存区正常清零）。2.4定位分析
根据现场异常现象及验证试验，发现远动装 置和保护测控装置建立通信连接时会对Purge -
B u f 报告控制块写使能，此时发送计数被清零，但
清缓冲区大小未被清零。装置长时间运行产生大 量变位后导致缓存区溢出，同时处理多个报告时 会出现报告丢失的情况。
I E C 61850规范定义了 P u r g e B u f 报告控制块
属性，未明确规定客户端初始化流程是否需要对
P u r g e B u f 报告控制块写使能，为避免在切机或切
网过程中出现漏发信号的问题，一般初始化流程 均未对P u r g e B u f 报告控制块写使能，后台也未对
P u r g e B u f 报告控制块写使能，但远动会对P u r g e -
B u f 报告控制块写使能。
3结语
本次通信异常为远动装置初始化流程对
P u r g e B u f 报告控制块写使能，装置长时间运行产
生大量变位导致缓存区溢出而漏发报告，后台初 始化流程不会对P u r g e B u f 报告控制块写使能，故 现场后台未出现报告丢失的情况。可通过修改通 信程序优化I E C 61850报告控制块使能机制，优
化内存管理.从而消除缺陷，提高站控层通信稳
定性。
参考文献：
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ZHANG Ran, REN Chunmei» HE Chun, et al. IEC 61850 report model and its application problems discussion [J]. Power System Protection and ControK 2009 ( 6 )： 9-97.
收稿日期：2020-09-23
(本文编辑：杨林青）
