智能變電站智能終端GOOSE斷鏈定位及處理方法

湯雪鵬，高 強(qiáng)，張 駿，王 偉

(國網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，變電站建設(shè)規(guī)模與日俱增，伴隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的日臻成熟，智能變電站建設(shè)已經(jīng)成為了變電站建設(shè)的主要方向，智能變電站以IEC61850通訊規(guī)約為基礎(chǔ)，將變電站一、二次系統(tǒng)設(shè)備按功能分為“三層兩網(wǎng)”[1]，即過程層、間隔層、站控層和過程層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)。

如圖1所示，過程層設(shè)備包括合并單元、智能終端等；間隔層設(shè)備包括保護(hù)裝置、測控裝置等二次設(shè)備，間隔層和過程層之間的通訊采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV網(wǎng)絡(luò)分別用于傳輸開關(guān)量和模擬量信號(hào)，間隔層和站控層之間通過MMS網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。智能變電站用光纜代替了傳統(tǒng)變電站中的電纜，將變電站中的采樣、跳閘和信號(hào)傳輸?shù)榷位芈诽摂M化、網(wǎng)絡(luò)化，這就給智能變電站的消缺工作帶來了極大不便，傳統(tǒng)變電站中的電纜松動(dòng)、絕緣不良等缺陷被光纜、光口等功率衰耗過大導(dǎo)致GOOSE或者SV斷鏈缺陷替代，因此，本文著重分析智能變電站中最典型、常見的智能終端GOOSE斷鏈缺陷產(chǎn)生的原因；并給出缺陷的處理方法和流程。

圖1 智能變電站“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)圖

1 智能變電站GOOSE網(wǎng)

1.1 GOOSE鏈路監(jiān)測方式

通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录礼OOSE(Generic Object Oriented Substation Event)是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義的一種快速報(bào)文傳輸機(jī)制[2]，是間隔層和過程層設(shè)備通訊的基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 GOOSE報(bào)文傳輸時(shí)間圖

T0為心跳報(bào)文，裝置正常運(yùn)行時(shí)每隔T0時(shí)間發(fā)送一次當(dāng)前狀態(tài)，即心跳報(bào)文。當(dāng)裝置有事件發(fā)生(如保護(hù)動(dòng)作)時(shí)，GOOSE數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，裝置立即發(fā)送該數(shù)據(jù)集的所有數(shù)據(jù)，然后間隔T1發(fā)送第2幀、第3幀，間隔T2、T3發(fā)送第4幀、第5幀，T2為2倍的T1，T3為2倍的T2，后續(xù)報(bào)文以此類推，直到增加到T0，報(bào)文再次成為心跳報(bào)文。工程中，T1設(shè)置為2ms，心跳報(bào)文T0設(shè)置為5s，對傳輸過程進(jìn)行了精簡，一般共發(fā)5幀數(shù)據(jù)，即以0ms-2ms-2ms-4ms-8ms的時(shí)間間隔重發(fā)GOOSE報(bào)文，連發(fā)5幀后便以5000ms的時(shí)間間隔變成心跳報(bào)文，報(bào)文的允許存活時(shí)間為2倍的T0，若超過2倍的存活時(shí)間(4倍的T0=20s)裝置沒有收到GOOSE報(bào)文即判斷為GOOSE斷鏈，發(fā)GOOSE斷鏈告警信號(hào)，由此，通過GOOSE通信機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對裝置間二次回路狀態(tài)的在線監(jiān)測。

1.2 智能終端GOOSE斷鏈物理原因

智能變電站中，設(shè)備正常運(yùn)行情況下，對于波長1310nm光纖光口的發(fā)送功率為-20～-14dBm，接收功率為-31～-14dBm；波長為850nm光纖光口發(fā)送功率為-19～-10dBm，接收功率為-24～-10dBm[3]。當(dāng)智能終端的光口接收到的光功率衰耗大于-31dBm(1310nm)或-24dBm(850nm)時(shí)，智能終端會(huì)報(bào)GOOSE異常，后臺(tái)報(bào)智能終端GOOSE斷鏈。GOOSE板損壞、背板光口損壞、光纖折斷、交換機(jī)故障、交換機(jī)光口故障等多種因素均會(huì)導(dǎo)致光纖衰耗過大，進(jìn)而導(dǎo)致GOOSE斷鏈。由于智能終端和保護(hù)和測控裝置不同，沒有液晶顯示，繼電保護(hù)專業(yè)人員無法通過光纖異常燈來判斷是哪個(gè)光口斷鏈，為防止在缺陷處理時(shí)插拔光纖造成保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，因此，處理GOOSE斷鏈缺陷時(shí)，應(yīng)首先做出相應(yīng)判斷，停用相關(guān)保護(hù)后，再對缺陷進(jìn)行處理。智能終端GOOSE命令涉及到母差保護(hù)GOOSE直接跳閘命令、線路保護(hù)直接跳閘命令以及測控裝置的遠(yuǎn)方分合閘命令的接收，因此，智能終端出現(xiàn)GOOSE斷鏈，是緊急缺陷，涉及到故障出現(xiàn)時(shí)，保護(hù)跳閘命令能否傳送到智能終端，進(jìn)而跳開開關(guān)，隔離故障，應(yīng)盡快處理。

2 智能終端GOOSE斷鏈的定位及處理

2.1 智能變電站GOOSE網(wǎng)信息流

GOOSE網(wǎng)主要用于智能設(shè)備之間傳送開關(guān)量狀態(tài)信號(hào)、保護(hù)跳合閘信號(hào)及聯(lián)、閉鎖信號(hào)。220kV變電站中，線路保護(hù)、主變保護(hù)及母線保護(hù)到智能終端采用的是GOOSE直接跳閘方式，如圖3所示，可以看出直跳GOOSE鏈路路徑為：線路保護(hù)裝置經(jīng)尾纜跳接至光配1，光配1經(jīng)熔接的光纜接至現(xiàn)場光配2，現(xiàn)場光配2經(jīng)尾纜跳接至智能終端背板直跳口1；母差保護(hù)裝置經(jīng)屏間的長尾纜跳接至光配1，光配1經(jīng)熔接的光纜接至現(xiàn)場光配2，現(xiàn)場光配2經(jīng)尾纜跳接至智能終端背板直跳口2，即保護(hù)裝置到智能終端不經(jīng)過交換機(jī)；測控裝置到智能終端采用GOOSE組網(wǎng)方式，其鏈路路徑為：測控裝置經(jīng)長尾纜跳接至保護(hù)屏上的間隔交換機(jī)，間隔交換機(jī)經(jīng)尾纜跳接至光配1，光配1經(jīng)熔接的光纜接至現(xiàn)場光配2，現(xiàn)場光配2經(jīng)尾纜跳接至智能終端背板組網(wǎng)口3；母線保護(hù)、線路保護(hù)、主變保護(hù)、合并單元、智能終端、測控裝置等設(shè)備均經(jīng)過光纜接入220kV中心交換機(jī)，將各自的組網(wǎng)信號(hào)傳送至220kV中心交換機(jī)，220kV故障錄波器通過中心交換機(jī)取SV模擬量信號(hào)和GOOSE開關(guān)量信號(hào)。

圖3 220kV智能變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)圖

2.2 智能終端GOOSE斷鏈的定位

以220kV線路智能終端為例，智能終端有三個(gè)接收光口，分別為GOOSE組網(wǎng)光口1、母差保護(hù)直跳光口2、線路保護(hù)直跳光口3，當(dāng)智能終端面板上GOOSE異常燈點(diǎn)亮?xí)r，應(yīng)該為三個(gè)光口中的至少一個(gè)發(fā)生GOOSE斷鏈，由于智能終端無顯示屏，現(xiàn)場人員無法確定斷鏈發(fā)生在哪個(gè)光口，此時(shí)，需要用智能終端廠家的模擬液晶界面，通過筆記本連接智能終端，查看斷鏈報(bào)文，對斷鏈光口進(jìn)行確認(rèn)，以長園深瑞公司的模擬液晶界面為例[4]。

圖4 模擬液晶斷鏈界面

如圖4所示，當(dāng)智能終端GOOSE組網(wǎng)斷鏈時(shí)，模擬液晶顯示GOCB02組網(wǎng)口A通訊中斷，GOOSE控制塊為CL2204PIGO01，CL代表測控裝置斷鏈；當(dāng)線路保護(hù)直跳斷鏈時(shí)，模擬液晶顯示GOCB00直連口通訊中斷，GOOSE控制塊為PL2204APIGO，PL代表線路保護(hù)裝置斷鏈；當(dāng)母差保護(hù)直跳斷鏈時(shí)，模擬液晶顯示GOCB01直連口通訊中斷，GOOSE控制塊為PM220APIGO，PM代表母差保護(hù)裝置斷鏈，其他繼電保護(hù)廠家的模擬液晶原理一樣，可以通過模擬液晶來查看智能終端的斷鏈告警信息。

2.3 智能終端GOOSE斷鏈的處理

2.3.1 處理前的安全措施

由于智能終端出現(xiàn)GOOSE斷鏈后，與之對應(yīng)的保護(hù)可能已經(jīng)不具備實(shí)現(xiàn)跳閘傳輸?shù)墓δ?，因此，為防止在處理缺陷過程中造成保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)，GOOSE斷鏈位置定位后，在進(jìn)行缺陷處理前，需要將和該智能終端相關(guān)的保護(hù)停用，安全措施如下：

(1) 將相對應(yīng)的母差保護(hù)停用；

(2) 將相對應(yīng)的線路保護(hù)停用；

(3) 將智能終端檢修硬壓板投入。

2.3.2 處理流程

安全措施做好后，現(xiàn)場采用分段針對確定的鏈路進(jìn)行分段查找，以確定斷鏈位置，然后更換備用光纖或備用口，直至消除GOOSE斷鏈缺陷。

2.3.2.1 處理缺陷需準(zhǔn)備的工具

處理GOOSE斷鏈缺陷，現(xiàn)場需攜帶以下工具：(1)武漢凱默DM5000E手持式光數(shù)字測試儀；(2)光功率計(jì)；(3)光筆；(4)ST-ST轉(zhuǎn)換頭；(5)LC-ST尾纖。

2.3.2.2 GOOSE組網(wǎng)斷鏈處理流程

若采用模擬液晶界面顯示，斷鏈發(fā)生在GOOSE網(wǎng)口，處理缺陷采用武漢凱默DM5000E手持式光數(shù)字測試儀依次對以下光口進(jìn)行光功率測試，直至接收功率在合格范圍內(nèi)：(1)智能終端組網(wǎng)收口RX光纖；(2)現(xiàn)場光配2的GOOSE組網(wǎng)RX口；(3)保護(hù)屏光配1上智能終端GOOSE組網(wǎng)RX光纖；(4)間隔交換機(jī)上智能終端GOOSE組網(wǎng)的TX口；(5)間隔交換機(jī)測控組網(wǎng)的RX口光纖；(6)測控裝置的背板的TX口。若在(2)處接收功率合格，說明是光配2至智能終端背板的尾纜衰耗過大，需更換新的尾纜，并重新測試智能終端背板光功率合格，恢復(fù)光纖后，GOOSE異常消失；若(3)處接收功率合格，說明是光配1和光配2之間隔光纜出現(xiàn)問題，需更換備用光纜的備用芯，通過用光筆確定光纜備用芯的兩端光配的對應(yīng)光口，然后用光功率計(jì)發(fā)端在一端發(fā)送光功率，在另一端用光功率收端檢查備用光纜的衰耗是否滿足要求，檢查合格后，更換光纜備用芯，恢復(fù)光纖后，GOOSE異常消失。通過此種方法可以逐段判斷出問題光纖或光口，采取更換備用光纜或備用口的措施解決。

2.3.2.3 線路保護(hù)直跳斷鏈處理流程

若采用模擬液晶界面顯示，斷鏈發(fā)生在線路保護(hù)直跳光口，處理流程和3.3.2.2一致，依次對以下光口進(jìn)行光功率測試，直至接收功率在合格范圍內(nèi)：(1)智能終端線路保護(hù)直跳收口RX光纖；(2)現(xiàn)場光配2的線路保護(hù)直跳RX口；(3)保護(hù)屏光配1上智能終端線路保護(hù)直跳RX光纖；(4)線路保護(hù)裝置直跳TX口。通過3.3.2.2中的方法逐段判斷出問題光纖或光口，采取更換備用光纜或備用口的措施解決。

2.3.2.4 母差保護(hù)直跳斷鏈處理流程

若采用模擬液晶界面顯示，斷鏈發(fā)生在母差保護(hù)直跳光口，處理流程和3.3.2.2一致，依次對以下光口進(jìn)行光功率測試，直至接收功率在合格范圍內(nèi)：(1)智能終端母差保護(hù)直跳收口RX光纖；(2)現(xiàn)場光配2的母差保護(hù)直跳RX口；(3)保護(hù)屏光配1上智能終端母差保護(hù)直跳RX光纖；(4)母線保護(hù)裝置直跳TX口。通過3.3.2.2中的方法逐段判斷出問題光纖或光口，采取更換備用光纜或備用口的措施解決。

3 結(jié)束語

本文介紹了智能變電站中智能終端斷鏈時(shí)的準(zhǔn)確定位方法與處理措施，同樣適用于智能變電站中其他裝置GOOSE斷鏈的情況。為了減少后期GOOSE斷鏈的發(fā)生，在新建智能變電站驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)對各光纖、光口及備用光纖、光口進(jìn)行光功率測試，確保各光纜衰耗在合格范圍內(nèi)；在智能變電站日常運(yùn)行和檢修中應(yīng)加強(qiáng)對各個(gè)設(shè)備光口的維護(hù)，備用光口應(yīng)套上防塵罩，避免光口直接暴露在空氣中，同時(shí)應(yīng)盡量少插拔光纖，以免損傷光纖和光口。