GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在平煤股份八礦的應(yīng)用

婁文法 趙金升 王延賓 李向鋒

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)九礦責(zé)任有限公司，河南 平頂山467000）

GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在平煤股份八礦的應(yīng)用

婁文法1趙金升1王延賓2李向鋒2

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)九礦責(zé)任有限公司，河南 平頂山467000）

本文介紹GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上分析其安全性的重要性，針對數(shù)字化變電所中GOOSE網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行可靠性風(fēng)險(xiǎn)分析評估，并提出相應(yīng)解決方案。系統(tǒng)利用當(dāng)前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)，同時(shí)進(jìn)行軟件技術(shù)的開發(fā)，對礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合管理，實(shí)現(xiàn)對井上、井下改造后的供電系統(tǒng)無盲點(diǎn)檢測監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)井上、井下一體化無縫監(jiān)控管理，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)礦井供電自動(dòng)化、現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

GOOSE網(wǎng)絡(luò)；無縫監(jiān)控管理；基礎(chǔ)

0 引言

平煤股份八礦雖已具備基本的數(shù)字化變電所基本功能，但管理模式還是在井下現(xiàn)場每個(gè)變電所硐室安排配電工24小時(shí)值班，電力調(diào)度人員在井上值班。該管理模式不僅與當(dāng)前煤礦企業(yè)高速發(fā)展的綜合自動(dòng)化信息化不協(xié)調(diào)，且存在效率低下、只能治患不能防患的弊端。為此，結(jié)合當(dāng)前企業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的大好形勢，決定在電力監(jiān)控系統(tǒng)中采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。因此，如何在現(xiàn)有的數(shù)字化變電所方案基礎(chǔ)上提高GOOSE報(bào)文的可靠性至關(guān)重要。針對數(shù)字化變電所中GOOSE網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行可靠性風(fēng)險(xiǎn)分析，可為解決這些異常行為提出可行性方案，提高其可靠性的措施。

1 GOOSE服務(wù)

GOOSE服務(wù)是一種替代傳統(tǒng)的智能電子設(shè)備間硬接線的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信方式，以高速P2P通信為基礎(chǔ)。它的出現(xiàn)給數(shù)字化變電所IEC61850邏輯節(jié)點(diǎn)間的通信及跳閘保護(hù)提供可靠、高效、快速的方法。

在八礦綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)的工程實(shí)施方案中，提出針對各種類型保護(hù)及智能終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和信息通信的一套完善技術(shù)方案。

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

系統(tǒng)利用井下千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為通信基礎(chǔ)，將系統(tǒng)分為間地面監(jiān)控中心、通訊管理層和供電系統(tǒng)三層。

地面監(jiān)控中心：按照煤礦運(yùn)行要求對供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測、顯示、定時(shí)打印制表及與上級系統(tǒng)通訊，并將原先站內(nèi)智能設(shè)備接入地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)井上、井下供電系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控和遙調(diào)等功能，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高礦井整體生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦井的建設(shè)目標(biāo)。

信息通訊管理：建立用電計(jì)量考核系統(tǒng)，為節(jié)能降耗提供科學(xué)指導(dǎo)方案。提高地面供電開關(guān)和井下高壓防爆開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性，解決線路越級跳閘、接地選線及開關(guān)柜溫度測量問題。提高井下低壓供電系統(tǒng)饋電開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的安全性、可靠性和靈敏性，實(shí)現(xiàn)低壓供電系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。優(yōu)化接線方式，使改造后的設(shè)備更有可靠性和適用性；改造后設(shè)備的各種性能須通過有資質(zhì)的檢驗(yàn)部門試驗(yàn)驗(yàn)證，并符合相關(guān)規(guī)定。

供電系統(tǒng)：供電系統(tǒng)包括各個(gè)變電所已配置的低壓第三方廠家保護(hù)裝置，此次方案主要是改造高壓和低壓保護(hù)裝置及照明綜保。供電系統(tǒng)首先處理各種不同規(guī)約的信息，將信息存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)其它模塊提供數(shù)據(jù)來源。當(dāng)系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)超出正常范圍進(jìn)行復(fù)位。精確記錄系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)、綜合保護(hù)裝置動(dòng)作信號等及事件發(fā)生的時(shí)刻、事件性質(zhì)和名稱。

1.2 GOOSE網(wǎng)絡(luò)

整個(gè)電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在地面設(shè)置電力監(jiān)控中心，為系統(tǒng)主站，井上下各個(gè)變電站為一個(gè)獨(dú)立分站。運(yùn)行人員通過地面監(jiān)控中心即可實(shí)現(xiàn)對井上下變電站實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。各個(gè)井上下變電站相互獨(dú)立，互不影響，是個(gè)完整子系統(tǒng)。各個(gè)井上下變電站通過現(xiàn)有光纖形成一個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，通過把變電站監(jiān)控信息經(jīng)井下主干工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，使各個(gè)變電所間的信息能快速交換。既可節(jié)省資源，又不占用主骨干網(wǎng)的光纖。

系統(tǒng)采用井上下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基本功能，劃分GOOSE系統(tǒng)專用通信VLAN，有效保證交換機(jī)端口數(shù)據(jù)流量。采用環(huán)網(wǎng)通信方式有效保證一旦有一臺保護(hù)裝置出現(xiàn)故障或任意線路中斷，都不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，能有效避免對網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等嚴(yán)重故障。

1.3 GOOSE通訊處理

系統(tǒng)對各種不同規(guī)約的信息進(jìn)行分析處理，然后發(fā)送和接收遙測、遙信、遙控、系統(tǒng)對時(shí)等信息，同時(shí)將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)按照一種固定格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。其基本的規(guī)約包括部頒CDT規(guī)約，部頒SC－1801規(guī)約，DNP3.0規(guī)約等上十種通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，同時(shí)預(yù)留規(guī)約接口，使用戶方便擴(kuò)充通訊規(guī)約。系統(tǒng)能同時(shí)處理8個(gè)通道信息，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新周期小于3秒。

2 GOOSE網(wǎng)絡(luò)安全性分析

在數(shù)字化變電所中，繼電保護(hù)的安全性主要由不誤動(dòng)的可靠性體現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如運(yùn)行、擴(kuò)建、檢修等情況的安全性，在采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)時(shí)考慮對網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分配模式的影響。針對數(shù)字化變電所中電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)有按間隔配置的特殊性，間隔間信號的聯(lián)系較少，甚至沒有信號間聯(lián)系，而母線及其上所有間隔間都存在信號聯(lián)系。這些信號量和繼電保護(hù)配置及一次接線方式的關(guān)系較密切，因此，可按間隔分散配置交換機(jī)，劃分VLAN，對大部分只和本間隔有聯(lián)系的GOOSE多播報(bào)文在本間隔交換機(jī)內(nèi)進(jìn)行信息傳輸。

按間隔分散配置交換機(jī)不僅易隔離間隔間多播報(bào)文，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，也利于繼電保護(hù)的檢修和擴(kuò)建。在進(jìn)行間隔檢修時(shí)只需把母線交換機(jī)到間隔交換機(jī)的連接斷開。在進(jìn)行間隔擴(kuò)建時(shí)，先把間隔內(nèi)的保護(hù)調(diào)試完畢后才能把間隔交換機(jī)接入到母線交換機(jī)中調(diào)試。這種方式無論檢修還是擴(kuò)建，安全性都較可靠，且措施實(shí)行較簡便。同時(shí)，按分散配置還一定程度上減少單臺交換機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。

3 提高GOOSE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可靠性措施

GOOSE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇是提高繼電保護(hù)的重要外因，而相應(yīng)功能的保護(hù)裝置則是體現(xiàn)其應(yīng)用性能的內(nèi)因。所以，在數(shù)字化變電所中采取適合的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘可靠性的信息傳遞非常重要，而提高各項(xiàng)軟硬件性能的措施是其中關(guān)鍵。措施有以下幾點(diǎn)：

3.1 保護(hù)裝置保護(hù)GOOSE專用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的接口要獨(dú)立MMS報(bào)文接口。為提高信號處理的實(shí)時(shí)性，將該網(wǎng)絡(luò)接口直接與保護(hù)DSP相連。

3.2 為確保數(shù)據(jù)傳輸不丟失，保護(hù)裝置應(yīng)具有雙重化的光纖口用來連接獨(dú)立的GOOSE雙網(wǎng)。

3.3 只有在保護(hù)GOOSE板中檢查到有效的保護(hù)啟動(dòng)信號后，才能發(fā)送保護(hù)動(dòng)作跳閘GOOSE信號。否則，始終默認(rèn)這些信號為“0”。

3.4 保護(hù)裝置要對接收到的GOOSE報(bào)文多播地址進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

3.5 可在裝置沒有收到預(yù)期的GOOSE報(bào)文時(shí)，通過后臺軟件顯示相應(yīng)的GOOSE斷鏈報(bào)警信息，提示用戶對相關(guān)鏈路進(jìn)行檢查。

4 結(jié)語

GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，且具事件順序記錄、事故記憶等功能。該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制功能，可對井下各保護(hù)裝置進(jìn)行遙控操作，且將相關(guān)信息操作記錄存儲。系統(tǒng)對遙控操作實(shí)行安全管理，具有防誤閉鎖功能。系統(tǒng)可自動(dòng)記錄保存每次遙控操作的操作人、時(shí)刻、類型等。系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)具備工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基本功能，保證系統(tǒng)正常有效穩(wěn)定運(yùn)行。電力監(jiān)控系統(tǒng)提升煤礦供電安全性、可靠性。在減員增效等方面意義巨大。

［1］黃少雄,張沛超.智能變電站GOOSE網(wǎng)配置方案研究[J].東北電力技術(shù),2010 (10).

［2］尹中華.數(shù)字化變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘可靠性風(fēng)險(xiǎn)分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2011(34).

［3］劉戈.數(shù)字化變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘可靠性風(fēng)險(xiǎn)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014(33).

［責(zé)任編輯：朱麗娜］

2014年工信部物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)研制及應(yīng)用”。

婁文法（1986.09—），漢族，江蘇徐州人，助理工程師，目前主要從事煤礦綜合自動(dòng)化信息化系統(tǒng)調(diào)研、設(shè)計(jì)、建設(shè)。