一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪及故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪及故障诊断方法，属于智能化变电站技术领域，所述故障诊断仪为便携式机箱结构，包括硬件系统，所述硬件系统包括实现人机交互的上位机模块、对二次设备进行信号采集的信号采集模块和给系统供电的电源模块；所述故障诊断方法包括导入SCD文件、建立运行模型；采集过程层设备数据；采集交换机数据；进行故障诊断并输出。本发明专利技术针通过诊断智能变电站二次设备硬件模块故障与软件故障，定位物理链路正常连接段链路，便于现场运维人员能够及时对整个二次设备运行状态及物理链路进行故障判断。个二次设备运行状态及物理链路进行故障判断。个二次设备运行状态及物理链路进行故障判断。

【技术实现步骤摘要】
一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪及故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及智能化变电站
，尤其是一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪及故障诊断方法。

技术介绍

[0002]智能变电站包括智能化的一次设备、电子式互感器以及光缆连接取代电缆组成过程层网络，这种共享网络通信的方式导致装置间的互连不再简单透明，原有的物理连接变成虚端子连接，使得现场运维检修人员查找故障时难度极大，甚至无从下手。当变电站出现故障时，对变电站的故障进行及时诊断，找出故障原因将故障排除是维持变电站稳定、安全运行不可或缺的一部分。
[0003]智能变电站的过程层设备采用光纤网络传输SV/GOOSE报文，间隔层与站控层设备采用IEC61850的MMS报文进行通信，而智能变电站二次设备故障诊断仪通过无损实时采集这些传输报文，结合相关限定算法，对二次设备本身以及物理链路故障进行诊断与分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪及故障诊断方法，便于现场运维人员快速对整个二次设备运行状态及物理链路诊断出故障点，及时的排除故障。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，所述故障诊断仪为便携式机箱结构，包括硬件系统，所述硬件系统包括上位机模块、对二次设备进行信号采集的信号采集模块和给系统供电的电源模块；所述信号采集模块包括网络数据采集板和将网络数据采集板连接至上位机综合处理板的背板通信接口板，所述网络数据采集板以无损、实时附加时间戳的方式采集二次设备间通讯报文并传送至上位机模块；所述上位机模块包括上位机综合处理板、与上位机综合处理板连接的液晶屏驱动板、键盘板和轨迹球板，所述上位机综合处理板进行故障诊断并实时存储异常报文，液晶屏驱动板驱动显示屏实时显示二次设备及其链路连接的工况，展现出故障诊断结果。
[0006]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述网络数据采集板包括高性能FPGA芯片、连接通讯插件与高性能FPGA芯片的以太网接口芯片、与高性能FPGA芯片连接的外部缓存区、若干个与高性能FPGA芯片连接的PHY芯片、若干个与PHY芯片连接的光网口和若干个与高性能FPGA芯片连接的光串口。
[0007]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述高性能FPGA芯片的FPGA逻辑电路设计采用硬件设计语言verilog HDL，对变电站共享的网络数据包赋予精确时间戳，对过程层SV、GOOSE数据、站控层设备MMS通信报文的高精度无损实时采集，采集到的实时数据缓存至外部缓存区，按内部板卡间的通讯规则，传送至上位机综合处理板进行处理。
[0008]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述光串口用于IRIG
‑
B码硬件对时电路设计。
[0009]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述上位机综合处理板包括通过插件方式安装的CPU核心模块和存储器。
[0010]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述CPU核心模块的外围接口包括LVDS、HDMI、SATA、DDR、PCIE、以太网口、USB、I2C、串口以及扩展I/O接口和电源接口，插件一通过以太网口、USB、I2C、串口、扩展I/O接口连接至CPU核心模块；插件二通过LVDS、HDMI、SATA、DDR、PCIE连接至CPU核心模块；CPU核心模块通过插件方式扣在上位机综合处理板上；本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述存储器电路采用标准的52pin的mini sata底座。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述上位机综合处理板的工作过程具体包括以下步骤：S1、上位机综合处理板接收网络数据采集板采集的数据报文，进行故障诊断分析；S2、上位机综合处理板完成硬件B码对时功能；S3、上位机综合处理板接收键盘板和轨迹球板的人机交互命令；S4、上位机综合处理板驱动液晶屏驱动板显示屏显示诊断情况，并完成若干个电以太网口通信、RS232串口通讯、RS485通讯。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述机箱结构包括前面板、左面板、右面板、上面板和下面板；前面板设置有液晶屏驱动板显示屏的安装位置、键盘板的安装位置和轨迹球板的安装位置；左面板设置有智能变电站二次设备综合故障诊断仪的硬件接口位置；所述机箱结构组装时，将上位机综合处理板和网络数据采集板分别以插件的方式插在背板通信接口板上，将独立部件按照液晶屏驱动板显示屏、键盘板、轨迹球板、硬件接口顺序组装。
[0013]一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪的故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1、智能变电站二次设备综合故障诊断仪通过导入智能变电站的SCD文件，建立全站的二次设备整体运行模型；步骤2、智能变电站二次设备综合故障诊断仪采集过程层设备数据，获取SV/GOOSE报文，获取站内二次设备和二次链路的状态；步骤3、智能变电站二次设备综合故障诊断仪采用SNMP报文收集整个站内交换机的运行工况，来获取交换机的整体状态；步骤4、智能变电站二次设备综合故障诊断仪将状态信息进行综合故障分析后，与SCD文件比对，验证SCD的数据集配置和过程层通信链路的一致性，进行故障诊断并输出。
[0014]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、本专利技术通过采用便携式机箱、大尺寸屏幕和可移动化设计，便于运维人员随身携带，可重复用于不同变电站的故障诊断分析，节约变电站硬件投入成本和运维人员成本。
[0015]2、本专利技术通过采用变电站内二次设备通用接口设计，可直接与变电站内相关设备直接相连，减经工作人员的接线复杂度和工作量。
[0016]3、本专利技术通过在日常运行维护中监测潜在故障，及时提醒工作人员做出相应的解决方案，避免故障的发生。
[0017]4、本专利技术通过将硬件电路核心部分的CPU电路采用模块化和插件式设计方法，实现模块板卡在其它产品上的直接应用。
[0018]5、本专利技术通过导入并保存变电站SCD文件和人工配置关键参数，自动采集变电站网络数据报文，进行相关故障诊断分析，减轻了工作人员的操作难度，有利于工作人员尽快定位故障点，排除故障。
[0019]6、本专利技术的智能变电站二次设备综合故障诊断仪，能够主动收集二次设备的自检状态信息，并根据收集的信息，自动判断二次设备自身硬件是否存在问题。
[0020]7、本专利技术的智能变电站二次设备综合故障诊断仪，可根据收集的网络数据报文（SV/GOOSE/MMS），综合诊断二次设备存在的软件问题；能够准确判定物理链路连接是否正常，并可标记异常位置；能够采集交换机各端口的状态、流量等，并根据一定策略判断交机本身和各端口是否正常，提取异常数据，存于数据库中。
[0021]8、本专利技术通过将所有的判定结果直观的反映在图形化界面上，并以醒目的方式提醒工作人员，提高排除故障和消缺的效率和质量，缩短排除故障和消缺的时间。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的硬件总体原理框图；图2是本专利技术的CPU核心模块电路设计原理框图；图3是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，其特征在于：所述故障诊断仪为便携式机箱结构，包括硬件系统，所述硬件系统包括上位机模块、对二次设备进行信号采集的信号采集模块和给系统供电的电源模块；所述信号采集模块包括网络数据采集板（4）和将网络数据采集板（4）连接至上位机综合处理板（5）的背板通信接口板（3），所述网络数据采集板（4）以无损、实时附加时间戳的方式采集二次设备间通讯报文并传送至上位机模块；所述上位机模块包括上位机综合处理板（5）、与上位机综合处理板（5）连接的液晶屏驱动板（6）、键盘板（7）和轨迹球板（8），所述上位机综合处理板（5）进行故障诊断并实时存储异常报文，液晶屏驱动板（6）驱动显示屏实时显示二次设备及其链路连接的工况，展现出故障诊断结果。2.根据权利要求1所述的一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，其特征在于：所述网络数据采集板（4）包括高性能FPGA芯片（4
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1）、连接通讯插件与高性能FPGA芯片（4
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1）的以太网接口芯片（4
‑
2）、与高性能FPGA芯片（4
‑
1）连接的外部缓存区（4
‑
3）、若干个与高性能FPGA芯片（4
‑
1）连接的PHY芯片（4
‑
4）、若干个与PHY芯片（4
‑
4）连接的光网口（4
‑
5）和若干个与高性能FPGA芯片（4
‑
1）连接的光串口（4
‑
6）。3.根据权利要求2所述的一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，其特征在于：所述高性能FPGA芯片（4
‑
1）的FPGA逻辑电路设计采用硬件设计语言verilog HDL，对变电站共享的网络数据包赋予精确时间戳，对过程层SV、GOOSE数据、站控层设备MMS通信报文的高精度无损实时采集，采集到的实时数据缓存至外部缓存区（4
‑
3），按内部板卡间的通讯规则，传送至上位机综合处理板（5）进行处理。4.根据权利要求2所述的一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，其特征在于：所述光串口（4
‑
6）用于IRIG
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B码硬件对时电路设计。5.根据权利要求1所述的一种智能变电站二次设备综合故障诊断仪，其特征在于：所述上位机综合处理板（5）包括通过插件方式安装的CPU核心模块和存储器。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：范坤鹏，栗江泽，王，谢辉，张天际，张朋，樊锐轶，芮建勋，田玉坤，李志鹏，李丹阳，王凯，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：