基于SV/GOOSE共網的繼電保護安全檢修隔離系統研究與設計

劉正高，何偉杰，李夢琪

（廣東電網有限責任公司 中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引 言

新一代智能變電站以SV、GOOSE共同組網為顯著特點，其光纖組網簡潔、二次系統網絡化且信息充分共享，與IEC-61850提出的智能變電站理念相吻合。將現有成熟應用的功能、設備進行深度集成，可以使智能變電站的前期施工建設和后續的運行維護更加高效和方便[1]。

在過程層網絡采樣采用交換機延時累加技術可以解決智能變電站繼電保護采用網絡采樣的同步難題，打破跨間隔保護對外部時鐘的依賴性。但是，SV/GOOSE共同組網也給日常的定檢、維護以及擴建工作帶來一定困難。

1 當前檢修方法及存在問題

目前，在SV/GOOSE共同組網的智能變電站進行保護測控裝置的功能校驗、出口傳動等試驗過程中，需要利用常規繼保測試儀對保護測控裝置發送SV、GOOSE數據報文，以便測試保護裝置在模擬的各種故障狀態下是否能正確可靠進行動作或校驗測控裝置是否能正確上送模擬量、開入量等數據信息到后臺機、遠動機[2]。在實際工作中，需要利用繼保測試儀在檢修間隔智能匯控柜的合并單元試驗端子排進行模擬量加量，合并單元通過光纖上送SV數據報文至保護測控裝置，實現保護測控裝置的各種功能校驗、出口傳動試驗，如圖1所示。此外，現有的檢修調試方法存在以下問題。

圖1 當前檢修調試方法示意圖

（1）存在安全隱患。檢修間隔智能匯控柜中電流繞組較多（包括母線保護等運行設備的繞組），在調試檢修過程中，容易將模擬量接入至運行設備的繞組中，從而發生保護裝置誤動或測控裝置誤上送突變量遙測等問題，加大調試檢修工作風險。

（2）工作效率低。常規站檢修工作的邏輯試驗可在繼保室完成，通常只需要兩名作業人員。而SV/GOOSE共同組網的智能站調試檢修過程中，為滿足作業及安全需求，在高壓場及保護測控裝置所在繼保室至少各需配置兩名人員。對比可知，一是作業人數需求增大，二是需要攜帶沉重的模擬繼保測試儀往返繼保室和高壓場地，檢修效率低下，違背智能變電站節省人力資源、提高工作效率的理念。

2 解決方案分析

2.1 數字繼保測試儀對過程層交換機輸入數據報文

此方案是數字繼保測試儀通過尾纖接入至SV/GOOSE組網過程層交換機，將數據報文發送至整個SV/GOOSE組網中，保護測控裝置從SV/GOOSE組網過程層交換機取得數據報文信息，實現保護測控裝置的各種功能校驗、出口傳動試驗，如圖2所示。

圖2 解決方案1方法示意圖

在SV/GOOSE組網過程層交換機中直接加入數據報文容易發送SV數據報文至運行間隔，導致運行間隔的保護裝置誤動或遙測數據跳變，引發嚴重的電力事故。此外，在過程層交換機屏插拔光纖過程中，如果誤觸碰運行間隔光纖導致光纖松動或脫落，易造成運行間隔裝置誤動、拒動或上送錯誤信息，從而引發運行間隔失去遠方監控功能。綜上，該方案在運行的智能變電站不具備實施意義。

2.2 數字繼保測試儀對保護測控裝置輸入數據報文

此方案是斷開保護測控裝置至SV/GOOSE組網交換機的接收光纖，利用尾纖將數字化繼保測試儀接入至保護測控裝置，數字化繼保測試儀通過光纖發送SV數據報文給保護測控裝置，實現保護測控裝置的各種功能校驗、出口傳動試驗，如圖3所示。

圖3 解決方案2方法示意圖

在SV/GOOSE組網的網絡結構下，保護測控裝置通過同一根光纖從SV/GOOSE組網交換機中采集合并單元和智能終端的SV、GOOSE數據報文。在主控室斷開保護測控裝置的接收光纖，利用數字式繼保測試儀進行數字量加量，由于智能終端與保護測控裝置的數據鏈路斷開，因此保護測控裝置僅能收到數字式繼保測試儀模擬的開關變位信息，無法收到智能終端上送的開關實時分合位置的變位信息[3]。此時進行開關傳動等需要現場實時分合位置的變位信息配合的試驗，試驗結果將與正常預期結果不符，故不建議使用該方案。

2.3 使用SV/GOOSE共同組網的智能變電站繼電保護安全檢修隔離系統

在仔細分析研究智能變電站SV/GOOSE共同組網的網絡結構和調試檢修工作的各類試驗要求后，設計一種基于SV/GOOSE共同組網智能變電站的繼電保護安全檢修隔離系統，實現檢修間隔數據與運行間隔數據的隔離，同時解決了如何安全高效地在繼保室直接對保護測控裝置輸出SV數據報文進行各類試驗的難題。

此方案在SV/GOOSE組網過程層交換機屏中，將檢修間隔的智能終端、手持式數字繼保測試儀以及保護測控裝置接入便攜式SV/GOOSE共網繼電保護安全檢修隔離裝置，如圖4所示。

圖4 解決方案3方法示意圖

對比前兩種方案，該方案具備以下優點。

（1）安全隔離。將檢修間隔的智能終端與保護裝置接入便攜式隔離裝置后，保護裝置接收數字化繼保測試儀模擬的SV采樣報文，經過邏輯判斷后輸出GOOSE跳閘報文，通過檢修隔離裝置發送至智能終端，最后實現開關傳動。由于待傳動的間隔與運行的過程層網絡完全隔離，因此降低了試驗過程中影響運行間隔的風險，可完全隔離運行間隔，且顯著降低調試風險。

（2）聯跳出口矩陣校驗。現有運行網絡狀態下，在主變保護調試過程中進行保護傳動時，由于聯跳運行設備的GOOSE出口軟壓板必須退出,故無法直接進行聯跳運行設備的出口矩陣校驗來判斷GOOSE發送數據集中的出口是否生效。而運用便攜式SV/GOOSE共網繼電保護安全檢修隔離裝置后，可利用手持式數字繼保測試儀輸出SV采樣報文至保護裝置，保護裝置動作后發送GOOSE數據報文至檢修隔離裝置。手持式數字繼保測試儀從隔離裝置接收GOOSE數據報文，調試人員從手持式數字繼保測試儀讀取結果，判斷保護裝置動作是否正確，從而實現聯跳出口矩陣校驗，且不會誤出口聯跳運行間隔[4]。

（3）減少人員需求。采用檢修隔離裝置后，只需一組人員即可在繼保室利用手持式數字測試儀完成保護調試，減少一半的人員需求，提升了調試檢修的效率。

綜上所述，建議使用該方案。

3 技術原理

設計一種便攜式SV/GOOSE共網繼電保護安全檢修隔離裝置，裝置支持IEC-61850協議，主要由低功耗通信芯片組、支持100M/1000M傳輸速率的SFP光口、管理單元以及內置鋰電池組成。裝置具有8個光纖接口，光纖接口使用LC接口類型，百兆光口為SFP插槽，和智能變電站的智能裝置接口類型相匹配，支持熱插拔。

隔離裝置體積約為普通交換機的1/4，方便檢修人員攜帶和使用，具有體積小、易攜帶的優點。內置可充電鋰電池，具備續航能力顯示。外置電池電量顯示燈，額定功率下可連續使用至少12 h，無需外接電源、接線簡單且即插即用。

本文研制的便攜式繼電保護安全檢修隔離裝置能夠適應多場景，在采用新一代試點智能變電站（“網采網跳”）標準的智能變電站調試檢修工作中具備明顯優勢，同時在基于南網V2.1標準設計（“模采網跳”）的智能變電站中也具有可推廣性。此外，也可作為學習智能變電站GOOSE、SV報文傳輸機制的網絡設備。便攜式隔離裝置示意如圖5所示。

圖5 便攜式隔離裝置示意

4 應用前景

本系統自主研制的便攜式SV/GOOSE共網繼電保護安全檢修隔離裝置，針對“網絡跳閘”模式下智能站設備檢修中無明顯斷開點給日后檢修、改擴建的調試傳動工作帶來風險以及對于采用“網采網跳”、“SV/GOOSE共網”模式的新一代智能變電站繼電保護裝置檢修調試時無法在保護屏加數字量進行調試的情況，將涉及檢修設備的光纖轉接至本隔離裝置，可實現對運行設備的有效隔離，無需攜帶繼保測試儀往返繼保室和高壓場地，可直接在保護屏進行單機和傳動試驗，節省了人力資源，提升了檢修效率。

該裝置易于攜帶、使用便捷，經成果轉化后可以在所有的智能變電站推廣應用，具有較好的市場推廣價值。

5 結 論

本文探討了基于SV/GOOSE共網模式的智能變電站保護測控裝置調試檢修的現狀，針對調試檢修的難點提出幾種可實現的解決方案，并分析了這幾種解決方案的優缺點，得出使用SV/GOOSE共同組網的智能變電站繼電保護安全檢修隔離系統是最優解決辦法的結論。使用本系統進行調試檢修可以實現對運行間隔的有效安全隔離，防止輸出故障量SV數據報文到其他間隔，解決了直接對保護測控裝置輸出數據報文導致無法接受智能終端GOOSE數據報文的問題，提高了調試檢修結果的準確性，同時大大降低了SV/GOOSE共網智能變電站調試檢修的人員需求，為其他智能變電站的作業提供了一定參考。