探析繼電保護工程中IEC 61850 GOOSE技術的應用

李嗣嘉

(國網福建尤溪縣供電有限公司,福建尤溪 365100)

探析繼電保護工程中IEC 61850 GOOSE技術的應用

李嗣嘉

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電力系統繼電保護工程的發展方興未艾,本文從繼電保護的可靠性出發,通過對GOOSE技術在繼電保護中的應用關鍵技術分析,探討如何保護裝置GOOSE網口設置及數據處理,研究數字化變電站中GOOSE技術的幾點保護應用方案。

繼電保護 數據處理 應用方案

IEC 61850標準提供了通用面向對象的變電站事件(GOOSE)的快速報文機制,因此在理論上可以在繼電保護工程中得到運用。繼電保護工程在采用GOOSE機制后能減少二次電纜的設計及施工調試工作,解決了二次回路電磁干擾等問題,并能有效實現繼電保護裝置的狀態檢修。目前國內外對于GOOSE機制的應用大多是在監控系統工程,在繼電保護工程中的應用相對較少。因此,對IEC 61580 GOOSE技術的可靠性及快速性進行討論研究,有著重要的現實意義,本文就針對GOOSE在繼電保護工程中的應用關鍵技術進行分析。

1 網絡拓撲與交換機選擇

安全可靠的數字化變電站網絡結構及交換機的配置,無疑是GOOSE技術在變電站繼電保護工程中應用的基本要求。

在220kv及其以上電壓等級的變電站中,基于網絡結構的優缺點和應用可靠性要求,運行雙星網絡組圖,是確保變電站繼電保護工程安全可靠、配置維護簡單的一個方案。但是在采用換網結構時,應特別注意網絡風暴問題,避免因網絡風暴問題造成的變電站繼電保護功能喪失,同時應對交換機自愈和網絡風暴抑制能力進行綜合考慮。對于110KV以下電壓等級的變電站網絡拓撲可以適當程度上的進行簡化,可以采用單網結構、制造報文規范與GOOSE共同組網。

2 IEC 61850 GOOSE技術在智能操作箱中的應用

IEC 61850標準為過程層設備建立起了XCBR和XSWI兩個模型,分別代表了此過程層的智能斷路器和智能刀閘,并同時將GOOSE方式的通信機制應用在了隔層設備以及過程層設備通信中。

由于智能斷路器是由加帶著CPU的輔助控制裝置組成的斷路器,所以在繼電保護工程中需要將以往的智能操作箱進行智能化,由此來代替IEC 61850標準模型中的智能化斷路器,由此可見智能操作箱設備屬于過程層,起主要有合閘與分閘、氣壓閉鎖以及跳合閘線圈監視功能、異常報警功能等。

智能操作箱采用GOOSE信號代替傳統硬接點的信號傳遞方式,通過電纜成本的有效簡化了屏柜的設計以及施工程序,在一定程度上降低了日后工作中的運行維護成本。但是由于智能操作箱中大量電子回路的存在,容易出現死機以及電子元器件使用壽命縮短等問題。所以,在對220KV及以上電壓等級的智能操作箱時,應該注意采用CPU相互閉合解鎖的結構模式。伴隨著此項技術在繼電保護工程中的逐漸成熟,智能操作箱將朝著就地安裝的趨勢發展,在其拓展應用的同時,伴隨著對刀閘的間隔增加控制和信號采集,逐步實現智能操作箱到智能控制終端的轉變。

3 GOOSE的數據處理工作

目前國內傳統的微機保護必須在啟動CPU信號且保護CPU發出動作信號的狀況下才做能動作,有效防止了由于元件壽命問題造成的保護誤動。所以在應用GOOSE技術后,如何實現硬件啟動與動作之間的邏輯關系,是目前值得思考的重要問題,具體可以采用以下方案進行解決:方案一,采用將啟動信號和動作信號分別通過GOOSE報文機制傳送給接收裝置的方式,由接收裝置通過軟件處理進一步實現兩者之間的邏輯關系。方案二,由負責GOOSE信號發送的動作信號只有在啟動信號為“1”的情況下才為有效,否則只能發“0”。

但是由于方案一存在這一定的缺陷,當出現故障或者其他擾動因素時,容易出現連續多次的重復發送情況,造成GOOSE網絡的阻塞,對母差保護GOOSE報文的接收處理能力是一個重大的考驗。方案二的風險主要來自于GOOSE報文主板出錯造成的邏輯關系失效問題,但是從目前的實際情況來看,元器件問題主要是在電容元器件上,CPU出現問題的狀況極為少見,而且GOOSE報文在閉鎖以及失靈時的啟動,能有效彌補這一點上的不足。

4 保護裝置獨立GOOSE網口

由國外進口的保護裝置并沒有管理CPU的概念,只有保護CPU。相反在國內傳統的微機保護裝置中,大多數都采用了管理+保護的組織架構,傳統形式上的保護開入與開除都直接由保護CPU進行處理,管理CPU則負責完成軟報文信息的傳輸工作。但是如果GOOSE報文信息經由管理CPU與保護CPU之間通信,那么勢必會造成管理CPU任務的復雜性,從而影響報文信息的收發及處理的實時有效性。另一方面,由于GOOSE報文采用多播機制,若和MMS網絡公用一個網口,很容易導致GOOSE網口多播報文重復性接收。所以,GOOSE網口的獨立,能有效的實現重復接收率的降低,并且減少了CPU的處理負荷,其報文信息接收的實時性及可靠性也得到了保障。GOOSE網口獨立主要是出于220KV以上電壓等級的繼電保護裝置對實時性的較高要求考慮,對于110KV及其以下電壓等級的繼電保護裝置在原則上可以采用合用網口。

5 GOOSE配置及工程設計

GOOSE的應用使二次電纜連線的設計和連接工作轉變成了通信組態及配置文件的下載工作,實現了傳統二次設計和實施過程的轉變。另外一方面由于IEC 61850標準的不足,在現階段的應用方案中,保護裝置GOOSE輸入定義采用了虛端子的概念,并在以GOIN為前綴的邏輯節點中定義DO信號,這些DO信號與GOOSE外部輸入虛端子逐一相對應作為GOOSE連線的依據。在引入虛端子概念之后,工程設計人員可以參考以往的傳統設計方法,依據虛端子對GOOSE連線進行相關設計,后期的施工調試人員可以有效通過GOOSE組態工具并參照設計部門提供的設計圖紙進行施工和配置工作。

6 IEC 61850在繼電保護工程中應用面臨的挑戰

(1)對于IEC 61850數字化變電站的二次系統設計,應逐漸打破傳統設計方案的束縛,設計出結構相對合理并能滿足實際運用需要的可靠系統。這就要求了要對IEC 61850設備的各個功能邏輯節點進行深入熟悉了解,確保能夠將物理設備與邏輯節點實現有效連接從而達到所需功能。(2)系統網絡化、數字化的變電站安裝調試過程賦予了IEC 61850標準系統的新內涵,應針對其特點進行相應的改進和完善工作,使其適應新系統的要求。 在整個過程中應注意要充分考慮到交接性試驗的重要性,為日后的變電站安全運行及繼電保護提高可靠的前提條件。(3)應根據IEC 61850標準,對系統中的軟硬件、說明文檔、配置參數文檔以及系統數據和信息模型都應有一個全面的驗收,以便于更好的進行數字化變電站的建設及繼電保護工作。

[1]陳國炎.基于IEC 61850的廣域繼電保護通信建模[J].電網技術,2012(6):57-63.