李嗣嘉

(国网福建尤溪县供电有限公司,福建尤溪 365100)

探析继电保护工程中IEC 61850 GOOSE技术的应用

李嗣嘉

(国网福建尤溪县供电有限公司,福建尤溪 365100)

电力系统继电保护工程的发展方兴未艾,本文从继电保护的可靠性出发,通过对GOOSE技术在继电保护中的应用关键技术分析,探讨如何保护装置GOOSE网口设置及数据处理,研究数字化变电站中GOOSE技术的几点保护应用方案。

继电保护 数据处理 应用方案

IEC 61850标准提供了通用面向对象的变电站事件(GOOSE)的快速报文机制,因此在理论上可以在继电保护工程中得到运用。继电保护工程在采用GOOSE机制后能减少二次电缆的设计及施工调试工作,解决了二次回路电磁干扰等问题,并能有效实现继电保护装置的状态检修。目前国内外对于GOOSE机制的应用大多是在监控系统工程,在继电保护工程中的应用相对较少。因此,对IEC 61580 GOOSE技术的可靠性及快速性进行讨论研究,有着重要的现实意义,本文就针对GOOSE在继电保护工程中的应用关键技术进行分析。

1 网络拓扑与交换机选择

安全可靠的数字化变电站网络结构及交换机的配置,无疑是GOOSE技术在变电站继电保护工程中应用的基本要求。

在220kv及其以上电压等级的变电站中,基于网络结构的优缺点和应用可靠性要求,运行双星网络组图,是确保变电站继电保护工程安全可靠、配置维护简单的一个方案。但是在采用换网结构时,应特别注意网络风暴问题,避免因网络风暴问题造成的变电站继电保护功能丧失,同时应对交换机自愈和网络风暴抑制能力进行综合考虑。对于110KV以下电压等级的变电站网络拓扑可以适当程度上的进行简化,可以采用单网结构、制造报文规范与GOOSE共同组网。

2 IEC 61850 GOOSE技术在智能操作箱中的应用

IEC 61850标准为过程层设备建立起了XCBR和XSWI两个模型,分别代表了此过程层的智能断路器和智能刀闸,并同时将GOOSE方式的通信机制应用在了隔层设备以及过程层设备通信中。

由于智能断路器是由加带着CPU的辅助控制装置组成的断路器,所以在继电保护工程中需要将以往的智能操作箱进行智能化,由此来代替IEC 61850标准模型中的智能化断路器,由此可见智能操作箱设备属于过程层,起主要有合闸与分闸、气压闭锁以及跳合闸线圈监视功能、异常报警功能等。

智能操作箱采用GOOSE信号代替传统硬接点的信号传递方式,通过电缆成本的有效简化了屏柜的设计以及施工程序,在一定程度上降低了日后工作中的运行维护成本。但是由于智能操作箱中大量电子回路的存在,容易出现死机以及电子元器件使用寿命缩短等问题。所以,在对220KV及以上电压等级的智能操作箱时,应该注意采用CPU相互闭合解锁的结构模式。伴随着此项技术在继电保护工程中的逐渐成熟,智能操作箱将朝着就地安装的趋势发展,在其拓展应用的同时,伴随着对刀闸的间隔增加控制和信号采集,逐步实现智能操作箱到智能控制终端的转变。

3 GOOSE的数据处理工作

目前国内传统的微机保护必须在启动CPU信号且保护CPU发出动作信号的状况下才做能动作,有效防止了由于元件寿命问题造成的保护误动。所以在应用GOOSE技术后,如何实现硬件启动与动作之间的逻辑关系,是目前值得思考的重要问题,具体可以采用以下方案进行解决:方案一,采用将启动信号和动作信号分别通过GOOSE报文机制传送给接收装置的方式,由接收装置通过软件处理进一步实现两者之间的逻辑关系。方案二,由负责GOOSE信号发送的动作信号只有在启动信号为“1”的情况下才为有效,否则只能发“0”。

但是由于方案一存在这一定的缺陷,当出现故障或者其他扰动因素时,容易出现连续多次的重复发送情况,造成GOOSE网络的阻塞,对母差保护GOOSE报文的接收处理能力是一个重大的考验。方案二的风险主要来自于GOOSE报文主板出错造成的逻辑关系失效问题,但是从目前的实际情况来看,元器件问题主要是在电容元器件上,CPU出现问题的状况极为少见,而且GOOSE报文在闭锁以及失灵时的启动,能有效弥补这一点上的不足。

4 保护装置独立GOOSE网口

由国外进口的保护装置并没有管理CPU的概念,只有保护CPU。相反在国内传统的微机保护装置中,大多数都采用了管理+保护的组织架构,传统形式上的保护开入与开除都直接由保护CPU进行处理,管理CPU则负责完成软报文信息的传输工作。但是如果GOOSE报文信息经由管理CPU与保护CPU之间通信,那么势必会造成管理CPU任务的复杂性,从而影响报文信息的收发及处理的实时有效性。另一方面,由于GOOSE报文采用多播机制,若和MMS网络公用一个网口,很容易导致GOOSE网口多播报文重复性接收。所以,GOOSE网口的独立,能有效的实现重复接收率的降低,并且减少了CPU的处理负荷,其报文信息接收的实时性及可靠性也得到了保障。GOOSE网口独立主要是出于220KV以上电压等级的继电保护装置对实时性的较高要求考虑,对于110KV及其以下电压等级的继电保护装置在原则上可以采用合用网口。

5 GOOSE配置及工程设计

GOOSE的应用使二次电缆连线的设计和连接工作转变成了通信组态及配置文件的下载工作,实现了传统二次设计和实施过程的转变。另外一方面由于IEC 61850标准的不足,在现阶段的应用方案中,保护装置GOOSE输入定义采用了虚端子的概念,并在以GOIN为前缀的逻辑节点中定义DO信号,这些DO信号与GOOSE外部输入虚端子逐一相对应作为GOOSE连线的依据。在引入虚端子概念之后,工程设计人员可以参考以往的传统设计方法,依据虚端子对GOOSE连线进行相关设计,后期的施工调试人员可以有效通过GOOSE组态工具并参照设计部门提供的设计图纸进行施工和配置工作。

6 IEC 61850在继电保护工程中应用面临的挑战

(1)对于IEC 61850数字化变电站的二次系统设计,应逐渐打破传统设计方案的束缚,设计出结构相对合理并能满足实际运用需要的可靠系统。这就要求了要对IEC 61850设备的各个功能逻辑节点进行深入熟悉了解,确保能够将物理设备与逻辑节点实现有效连接从而达到所需功能。(2)系统网络化、数字化的变电站安装调试过程赋予了IEC 61850标准系统的新内涵,应针对其特点进行相应的改进和完善工作,使其适应新系统的要求。 在整个过程中应注意要充分考虑到交接性试验的重要性,为日后的变电站安全运行及继电保护提高可靠的前提条件。(3)应根据IEC 61850标准,对系统中的软硬件、说明文档、配置参数文档以及系统数据和信息模型都应有一个全面的验收,以便于更好的进行数字化变电站的建设及继电保护工作。

[1]陈国炎.基于IEC 61850的广域继电保护通信建模[J].电网技术,2012(6):57-63.