探析繼電保護(hù)工程中IEC 61850 GOOSE技術(shù)的應(yīng)用

李嗣嘉

(國網(wǎng)福建尤溪縣供電有限公司,福建尤溪 365100)

探析繼電保護(hù)工程中IEC 61850 GOOSE技術(shù)的應(yīng)用

李嗣嘉

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電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工程的發(fā)展方興未艾,本文從繼電保護(hù)的可靠性出發(fā),通過對GOOSE技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)分析,探討如何保護(hù)裝置GOOSE網(wǎng)口設(shè)置及數(shù)據(jù)處理,研究數(shù)字化變電站中GOOSE技術(shù)的幾點(diǎn)保護(hù)應(yīng)用方案。

繼電保護(hù) 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用方案

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)提供了通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?GOOSE)的快速報文機(jī)制,因此在理論上可以在繼電保護(hù)工程中得到運(yùn)用。繼電保護(hù)工程在采用GOOSE機(jī)制后能減少二次電纜的設(shè)計及施工調(diào)試工作,解決了二次回路電磁干擾等問題,并能有效實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)檢修。目前國內(nèi)外對于GOOSE機(jī)制的應(yīng)用大多是在監(jiān)控系統(tǒng)工程,在繼電保護(hù)工程中的應(yīng)用相對較少。因此,對IEC 61580 GOOSE技術(shù)的可靠性及快速性進(jìn)行討論研究,有著重要的現(xiàn)實(shí)意義,本文就針對GOOSE在繼電保護(hù)工程中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c交換機(jī)選擇

安全可靠的數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及交換機(jī)的配置,無疑是GOOSE技術(shù)在變電站繼電保護(hù)工程中應(yīng)用的基本要求。

在220kv及其以上電壓等級的變電站中,基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用可靠性要求,運(yùn)行雙星網(wǎng)絡(luò)組圖,是確保變電站繼電保護(hù)工程安全可靠、配置維護(hù)簡單的一個方案。但是在采用換網(wǎng)結(jié)構(gòu)時,應(yīng)特別注意網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴問題,避免因網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴問題造成的變電站繼電保護(hù)功能喪失,同時應(yīng)對交換機(jī)自愈和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制能力進(jìn)行綜合考慮。對于110KV以下電壓等級的變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢赃m當(dāng)程度上的進(jìn)行簡化,可以采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)、制造報文規(guī)范與GOOSE共同組網(wǎng)。

2 IEC 61850 GOOSE技術(shù)在智能操作箱中的應(yīng)用

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為過程層設(shè)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(jī)制應(yīng)用在了隔層設(shè)備以及過程層設(shè)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(hù)工程中需要將以往的智能操作箱進(jìn)行智能化,由此來代替IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)模型中的智能化斷路器,由此可見智能操作箱設(shè)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(jiān)視功能、異常報警功能等。

智能操作箱采用GOOSE信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬接點(diǎn)的信號傳遞方式,通過電纜成本的有效簡化了屏柜的設(shè)計以及施工程序,在一定程度上降低了日后工作中的運(yùn)行維護(hù)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(xiàn)死機(jī)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(yīng)該注意采用CPU相互閉合解鎖的結(jié)構(gòu)模式。伴隨著此項技術(shù)在繼電保護(hù)工程中的逐漸成熟,智能操作箱將朝著就地安裝的趨勢發(fā)展,在其拓展應(yīng)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(shí)現(xiàn)智能操作箱到智能控制終端的轉(zhuǎn)變。

3 GOOSE的數(shù)據(jù)處理工作

目前國內(nèi)傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)必須在啟動CPU信號且保護(hù)CPU發(fā)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(hù)誤動。所以在應(yīng)用GOOSE技術(shù)后,如何實(shí)現(xiàn)硬件啟動與動作之間的邏輯關(guān)系,是目前值得思考的重要問題,具體可以采用以下方案進(jìn)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(jī)制傳送給接收裝置的方式,由接收裝置通過軟件處理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)兩者之間的邏輯關(guān)系。方案二,由負(fù)責(zé)GOOSE信號發(fā)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(fā)“0”。

但是由于方案一存在這一定的缺陷,當(dāng)出現(xiàn)故障或者其他擾動因素時,容易出現(xiàn)連續(xù)多次的重復(fù)發(fā)送情況,造成GOOSE網(wǎng)絡(luò)的阻塞,對母差保護(hù)GOOSE報文的接收處理能力是一個重大的考驗(yàn)。方案二的風(fēng)險主要來自于GOOSE報文主板出錯造成的邏輯關(guān)系失效問題,但是從目前的實(shí)際情況來看,元器件問題主要是在電容元器件上,CPU出現(xiàn)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(bǔ)這一點(diǎn)上的不足。

4 保護(hù)裝置獨(dú)立GOOSE網(wǎng)口

由國外進(jìn)口的保護(hù)裝置并沒有管理CPU的概念,只有保護(hù)CPU。相反在國內(nèi)傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置中,大多數(shù)都采用了管理+保護(hù)的組織架構(gòu),傳統(tǒng)形式上的保護(hù)開入與開除都直接由保護(hù)CPU進(jìn)行處理,管理CPU則負(fù)責(zé)完成軟報文信息的傳輸工作。但是如果GOOSE報文信息經(jīng)由管理CPU與保護(hù)CPU之間通信,那么勢必會造成管理CPU任務(wù)的復(fù)雜性,從而影響報文信息的收發(fā)及處理的實(shí)時有效性。另一方面,由于GOOSE報文采用多播機(jī)制,若和MMS網(wǎng)絡(luò)公用一個網(wǎng)口,很容易導(dǎo)致GOOSE網(wǎng)口多播報文重復(fù)性接收。所以,GOOSE網(wǎng)口的獨(dú)立,能有效的實(shí)現(xiàn)重復(fù)接收率的降低,并且減少了CPU的處理負(fù)荷,其報文信息接收的實(shí)時性及可靠性也得到了保障。GOOSE網(wǎng)口獨(dú)立主要是出于220KV以上電壓等級的繼電保護(hù)裝置對實(shí)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(hù)裝置在原則上可以采用合用網(wǎng)口。

5 GOOSE配置及工程設(shè)計

GOOSE的應(yīng)用使二次電纜連線的設(shè)計和連接工作轉(zhuǎn)變成了通信組態(tài)及配置文件的下載工作,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二次設(shè)計和實(shí)施過程的轉(zhuǎn)變。另外一方面由于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的不足,在現(xiàn)階段的應(yīng)用方案中,保護(hù)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(jié)點(diǎn)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(yīng)作為GOOSE連線的依據(jù)。在引入虛端子概念之后,工程設(shè)計人員可以參考以往的傳統(tǒng)設(shè)計方法,依據(jù)虛端子對GOOSE連線進(jìn)行相關(guān)設(shè)計,后期的施工調(diào)試人員可以有效通過GOOSE組態(tài)工具并參照設(shè)計部門提供的設(shè)計圖紙進(jìn)行施工和配置工作。

6 IEC 61850在繼電保護(hù)工程中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

(1)對于IEC 61850數(shù)字化變電站的二次系統(tǒng)設(shè)計,應(yīng)逐漸打破傳統(tǒng)設(shè)計方案的束縛,設(shè)計出結(jié)構(gòu)相對合理并能滿足實(shí)際運(yùn)用需要的可靠系統(tǒng)。這就要求了要對IEC 61850設(shè)備的各個功能邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深入熟悉了解,確保能夠?qū)⑽锢碓O(shè)備與邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有效連接從而達(dá)到所需功能。(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的變電站安裝調(diào)試過程賦予了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的新內(nèi)涵,應(yīng)針對其特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和完善工作,使其適應(yīng)新系統(tǒng)的要求。 在整個過程中應(yīng)注意要充分考慮到交接性試驗(yàn)的重要性,為日后的變電站安全運(yùn)行及繼電保護(hù)提高可靠的前提條件。(3)應(yīng)根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn),對系統(tǒng)中的軟硬件、說明文檔、配置參數(shù)文檔以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息模型都應(yīng)有一個全面的驗(yàn)收,以便于更好的進(jìn)行數(shù)字化變電站的建設(shè)及繼電保護(hù)工作。

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