GOOSE通信异常判定方法分析与处理

王进虎，王 娜

(1.天津送变电工程有限公司，天津 300000；2.天津市电子信息技师学院，天津 300350)

0 引言

在智能变电站中采样值(sampled value，SV)或面向通用对象的变电站事件(generic object oriented substation events，GOOSE)通信异常的原因多种多样，运维人员存在思路不清晰、耗时长、故障定位不准确等问题，难以快速定位处理故障。范庄村220 kV智能变电站作为新一代智能变电站试点工程，实现了通信异常等故障的快速准确定位及处理。文中结合智能变电站内实际的运行经验及相关的设备特点，研究GOOSE通信异常出现时故障位置的判定方法及相应的恢复处理方法。

新一代智能变电站内的GOOSE通信链路，与第一代智能变电站一样，其主要传输的数据是开关量信息、间隔层的联闭锁信息等。而跳合闸、遥信信号等命令属于直接跳闸，采用点对点的传输方式，与SV采样值的直接采样一致。各种装置间的信息如启动母差失灵、联闭锁等信息采用的是网络传输方式[1]。GOOSE通信异常时，为快速准确定位故障位置，根据智能变电站智能电子设备分层结构及具体通信链路编制形成GOOSE通信异常故障定位表和故障应急处理方案表。当GOOSE通信异常时，根据GOOSE通信异常故障定位表快速定位故障大概区段，再采用分段隔离排除法来准确定位故障位置，实现快速准确发现故障位置。根据故障应急处理方案表快速选取相应的应急处理方案及时处理相关的问题。

1 GOOSE通信技术

GOOSE通信可靠性依赖于GOOSE报文传输的稳定性，GOOSE报文的接收逻辑和告警逻辑是GOOSE通信异常判定的重要方面。通过GOOSE报文传输的重要参数(如：StNum，SqNum，GOID，APPID等)来 判 断GOOSE报 文 接 收 的正确性。通过解析GOOSE报文配置参数与配置文件中所设置数据的差异性，判别正常和异常的GOOSE报文事件，并根据异常的GOOSE报文事件发出告警信息进行处理[2-3]。

一帧完整的GOOSE报文源代码，其结构与SV结构基本相同，主要有MAC目标地址、MAC原地址、VLAN和优先级信息、APPID等信息。

在智能变电站实施过程中，GOOSE报文要求在ICD文件中预先定义GOOSE控制块，系统配置工具应确保 GOID，APPID参数的唯一性。

在GOOSE报文中，设置有StNum和SqNum两个参数变量，其中：StNum称为状态序号，SqNum称为顺序号。StNum的增加表示传输数据的更新，每当有数据成员的状态发生变化时，StNum的状态序号就会增加1。StNum范围(1～4294967295)，状态改变一次+1，溢出后从1开始，即能够记录下GOOSE报文数据变化总的次数。SqNum的增加表示重传报文的递增，用来记录发送方在稳态情况下发出GOOSE报文的帧数。装置每发出一帧报文，SqNum就增加1，SqNum范围(0～4294967295)，状态不变时，每发送一次+1，溢出后从1开始。当GOOSE数据集成员数据发生变化时，SqNum值会置零，重新开始计数；当装置重启StNum，SqNum都从1开始。因此，StNum状态序号和SqNum顺序号的赋值有一定规律性且有一整套严格规定。保护装置通过对两个参数的变化情况进行综合判断，从而决定对报文是否进行接收处理[4-5]。GOOSE报文接收逻辑流程如图1。

图1 GOOSE报文接收逻辑流程

装置的接收方在接收到新报文后，对前后两帧报文中的StNum值进行比较：

(1) 若新接收GOOSE报文的StNum值大于上一帧报文的StNum值，则判断为该帧报文为新数据，且存在数据成员状态变化，接收方则会更新老数据。

(2) 若新接收GOOSE报文的StNum值等于上一帧报文StNum值，接收方会再将新接收GOOSE报文的SqNum与上一帧GOOSE报文的SqNum值进行比较，若前者大于等于后者，则判断是重传报文而弃之；若前者小于后者，则判断发送方是否重启装置，“是”则更新接收方的数据，“否”则丢弃数据。

(3) 若新接收GOOSE报文的StNum值小于上一帧报文StNum值，则判断发送方是否重启装置。若接收方在2倍心跳报文时间内没有收到下一帧GOOSE报文，接收方装置会发出该GOOSE通信链路中断的告警。

2 GOOSE通信异常判定流程

接收方在收到GOOSE报文后会根据报文结构进行解析，依据报文中GOID，APPID数据集条目数StNum，SqNum参数值与接收方预先配置的参数进行比较，从而用来判定GOOSE报文异常与否。GOOSE报文告警制定逻辑流程如图2所示。

图2 GOOSE报文告警判定逻辑流程

判定为GOOSE报文异常后即发出相应告警信息，不同的判定的结果会发出不同的告警信息。

3 GOOSE通信异常分类分析及恢复处理

GOOSE通信与SV通信均涉及过程层、间隔层、站控层的设备，主要包括光缆、智能终端、交换机、保护装置、测控装置、故障录波器、网络分析仪、监控后台等。根据GOOSE通信异常对各装置的影响情况，可分为影响单一装置和影响多个装置的情况两大类，两种分类需要遵循不同的分析和处理流程。需要指出的是部分GOOSE通信异常情况与SV通信异常情况分析处理的流程基本一致。

3.1 单一装置GOOSE异常告警

单一装置出现GOOSE异常告警情况与单一装置出现SV异常告警类似，主要是站控层或者间隔层的装置，例如：各类保护装置、测控装置、故障录波器、网络分析仪、监控后台、电能采集装置等发出告警。当接收方的装置出现故障或者是数据发送方装置至接收方的装置之间的光纤连接存在异常以及交换机等出现异常时，都将引起GOOSE异常告警。

接收方的数据接收方式分为点对点直接采样方式和网络传输方式，采用点对点方式直接连接的设备通常是各类保护装置与智能终端等。若只有单个保护装置或者智能终端出现GOOSE通信告警信息，需要查看异常装置的具体告警信息。可分为两类情况：一是接收方装置或发送方的装置本身是否出现故障，包括软件程序运行异常、装置某个相关插件异常等情况；二是判断GOOSE通信链路是否出现中断[6]。

(1) 接发装置故障。当接收方或者发送方装置本身发生故障时，保护装置或智能终端装置均会发出装置闭锁、运行异常等告警信号。因此，可通过装置本身的自检功能来查看具体的告警内容以确定接收方装置的具体问题。装置本身的故障或异常主要分为软件问题和硬件问题两类：

① 软件问题：保护程序运行出现异常或死机、装置的配置文件的参数配置出现错误等。针对此类问题的具体处理方法是：首先要保证装置程序版本与运行管理部门下发的版本一致，若版本不一致应当更换相应的程序版本；其次要认真核查核实装置的配置文件内容、参数、版本、校验码，要符合现场实际。配置文件根据最终SCD文件所生成，确认无误后方可重新下装相应的配置文件来解决该类问题。

② 硬件问题：插件、光口异常。针对插件异常问题，可根据告警信息定位到问题插件并进行更换；若是某个光口出现异常，可通过装置的光口功率检测功能界面，查看各光口的接收数据流量是否正常。若某个光口接收出现异常，可将该光口连接的光纤拔下，检测该光纤的数据发送是否正常；若正常，则可确定为保护装置的接收光口出现问题，此时可根据实际情况通过更换光模块或者更换整个插件来解决这一问题。

(2) GOOSE通信链路故障。GOOSE通信链路出现中断的情况，主要是接收方与发送方的MAC目标地址、MAC原地址、APPID等相关的参数不一致和物理链路出现中断造成的。这种情况下，可根据报文来获得相应配置文件的各个参数，通过与SCD文件以及正确参数的对比，确定是否因MAC目标地址、MAC原地址、APPID等相关的参数不一致所引起。若通过对比发现接收到的报文参数配置均正确，则确定是由于接收方装置的光口出现异常；若无法收到相应的报文信息，则确定是发送方未发出报文或者是由于物理链路的某个环节出现问题而导致GOOSE断链，此时需要分段隔离，从接收端向发送端逐步排查问题。

而故障录波器、网络分析仪、监控后台、电能采集装置等位于间隔层或者站控层，其数据的获取采用网络传输方式。这类装置出现GOOSE通信告警时的分析方法和处理措施基本与SV通信异常时一致，在此不再赘述。

3.2 多装置GOOSE异常告警

多个装置同时出现GOOSE通信异常的情况，其分析思路与SV类似。GOOSE通信涉及到的设备和内容相比SV通信更多，组网结构更复杂，分析处理起来比SV异常的情况更困难，例如：当某个间隔的智能终端装置出现故障时，会引起相关的多个保护装置、故障录波器、监控后台等出现告警，分析起来会很复杂。分析的过程与SV异常时的方法一致，多个装置出现GOOSE告警的情况主要由保护装置或智能终端装置异常、交换机异常、光纤物理链路异常等问题引起。

(1) 保护装置或智能终端装置：可能出现智能终端、相关保护装置、测控装置GOOSE告警等异常现象，异常原因一般在于硬件异常、配置文件参数设置不正确。当保护装置或智能终端装置故障时导致该装置无法发出GOOSE报文数据；配置文件参数错误时会导致接收方无法识别数据，最终造成接收方的装置发出GOOSE通信中断的告警。保护装置通常有到其他相关保护装置的启失灵等信息，智能终端的数据会发送到相应间隔保护装置、测控装置使用，因此，当智能终端装置故障或配置文件参数错误时，会造成与该间隔保护、测控装置等发出相应的告警信息。针对上述情况，保护装置异常与智能终端异常时类似，可按同样的方法进行分析和处理，可根据告警信息定位并更换相应的硬件设备或更改配置文件予以解决。

(2) 交换机装置：通过该交换机进行数据接收的装置可能出现GOOSE告警现象，可由硬件异常、配置文件异常、网络风暴等引起，这类异常与SV通信中的相关异常的处理方法一致，可根据告警信息更换相应的硬件设备或更改配置文件、优化网络结构予以解决。

(3) 光纤物理链路：可能出现级联、组网光纤链路中断等异常现象，可由光纤损坏、光口异常、熔接衰耗过大等引起，此类情况与SV通信处理类似，可通过更换光纤、光口模块、重新熔接等方法予以解决。

4 结束语

在对智能变电站网络结构层次、GOOSE通信原理分析的基础上，以范庄村220 kV智能变电站为例，研究了GOOSE通信实现原理及GOOSE通信异常判定告警方法，并提出了单一装置和多装置情形下GOOSE异常告警的处理方案，并经过了实际应用验证，对于智能变电站的调试及运维过程中处理GOOSE通信异常问题具有实际指导意义。