智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施研究_侯伟宏

第47卷第9期年9月第期20149中国电力ELECTRICPOWER智能电网Vol．47，No．9Sept.2014智能变电站继电保护ＧＯＯＳＥ回路安全措施研究侯伟宏1，裘愉涛2，吴振杰1，吴靖1浙江杭州310009；2.国网浙江省电力公司，浙江杭州310009）（1.国网杭州供电公司，摘要：针对智能变电站继电保护装置运行维护中检修安全措施实施难题，分析了GOOSE回路不同隔离技术的实现机理及其优缺点，研究了检修机制和软压板的实现原理；考虑到现有隔离技术可靠性的问题，建议智能变电站GOOSE虚回路安全措施应该由至少两种不同原理的隔离技术构成；阐述了智能变电站安全措施实施原则，并以220kV线路间隔检修为例，介绍了检修设备与运行设备隔离措施实施案例，为实施智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施提供了参考依据。关键词：智能变电站；检修机制；软压板；隔离措施；继电保护装置；GOOSE；运行设备中图分类号：TM77文献标志码：A文章编号：1004-99（2014）09-0143-060引言智能变电站以IEC61850标准为基础，采用保护装置、智能终端、交换机以及GPS时钟。智能变电站保护装置通过GOOSE网络实现了跳合闸功能，GOOSE回路涉及面广、影响范围大，因此其隔离措施是本文研究的重点。网络光纤通信取代了传统二次电缆连线，具有抗干扰能力强、回路自动监视等许多优点，传统变电站原有相对解耦的保护系统进化为依靠通信网络联系的分布式智能保护系统[1-4]。新技术的使用也带了一系列新问题：①目前智能变电站普遍采用GOOSE发送软压板、GOOSE接收软压板及检修压板等新型隔离技术，这些措施都是依靠装置软件实现，而实际上往往难以保证软件可靠性；2智能变电站GOOSE隔离技术及其分析与传统变电站明显电气断开点的安全隔离技术相比，智能变电站二次回路中具备检修压板、GOOSE软压板、光纤、智能终端出口硬压板4种不同原理的安全隔离技术。如图2、图3及表1所示。表1

典型220kV线路保护GOOSE出口软压板设置

②与传统变电站的硬压板相比，GOOSE软压板及检修压板隔离措施存在不直观、易漏投退等问题。传统变电站“明显电气断点”安全措施的理论将无法在智能变电站中得到继承，传统变电站运行维护人员难以适应这种技术变革。当前技术条件下，有效解决上述问题是智能变电站大规模建设、运维的必要前提条件。Tab.1GOOSEsoftstrapsofthetypical220kVlinebay

软压板功能软压板投入时，保护数据集相应数据位反映跳闸信号实际状态软压板投入时，保护数据集相应数据位反映合闸信号实际状态软压板投入时，保护数据集相应数据位反映启动失灵信号实际状态软压板类型出口软压板重合闸软压板启动失灵软压板1典型智能变电站结构模式

目前典型的智能变电站继电保护系统的采样2.1

与跳闸模式主要有3种，如图1所示：①非常规互感器+就地合并单元（MU）+GOOSE跳闸；②常规互感器+就地MU+GOOSE跳闸；③常规互感器+常规采样+GOOSE跳闸。智能变电站继电保护检修工作涉及的设备主要包括：合并单元（MU）、收稿日期：2014-04-15检修压板

智能变电站中继电保护装置、智能终端均设置有检修状态压板[1，5]。投入装置检修压板时，相应装置发出的GOOSE报文的TEST位为TRUE，如图4所示。2.1.1GOOSE报文检修机制

智能变电站内装置在收到GOOSE报文后，将作者简介：侯伟宏（1986—），男，江西东乡人，硕士，工程师，从事继电保护运维管理工作。

E-mail:165551706@qq.com143智能电网中国电力第47卷图1智能变电站采样与跳闸模式Fig.1Samplingandtrippingmodesofsmartsubstations图2典型220kV线路保护间隔整组回路Fig.2Diagramofthetypical220kVlinebay算，但智能终端仍应以遥信方式转发收到的跳合闸命令，在不一致时宜保持一致前状态。以保护装置跳智能终端为例，检修处理机制如图5所示。该报文的检修位与装置本身检修状态相比较，两者相同时，该报文做有效处理，两者不同时，则接收装置认为该报文为无效报文，不参与逻辑运144智能电网第9期侯伟宏等：智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施研究

图3智能终端出口硬压板设置

图6IEC61850第2版的检修处理机制

Fig.3Hardstrapsoftheintelligentterminal

Fig.6MaintenancemechanismofIEC61850Ed2

装置的“远方投退压板”投入时，装置才响应后台下发的GOOSE软压板修改命令；装置管理板与后台进行通信，响应后台修改GOOSE软压板的命令后，管理板将GOOSE软压板下发给通信子板，当通信子板返回修改成功标记后，管理板才向后台回复GOOSE软压板修改成功报文。图4GOOSE报文带检修位GOOSEpacketwithtest

Fig.4

图5保护装置与智能终端检修处理机制示意图7GOOSE软压板操作流程

Fig.5Handlingmechanismbetweentheprotectiondeviceandtheintelligentterminal

Fig.7OperationflowchartoftheGOOSEsoftstraps

在装置正常运行或者上电等过程中，装置对2.1.2IEC61850第2版的检修机制

GOOSE软压板校验机制如下。（1）正常运行时，装置定期对GOOSE软压板状态进行校验：①管理板/通信子板的内存区（RAM）中GOOSE软压板的正反码校验；②管理板与通信子板之间的GOOSE软压板CRC的一致性校验。（2）装置上电或软压板更改后，装置自动对软压板状态执行一次校验：管理板/通信子板的中国根据工程需要利用GOOSE报文中的TEST位实现智能变电站检修处理机制。IEC61850第1版中未涉及检修机制相关的内容，在第2版已经吸收了中国智能保护的检修处理机制的思想，不同之处在于其借助GOOSE报文数据品质q的TEST位实现检修处理机制。虽然IEC61850第2版提出了新的检修机制，如图2所示。但是国内现有的检修机制较为成熟、可靠，若采用IEC61850第2版检修机制，则需要对现有装置模型进行修改，而且也会增大GOOSE报文字节长度，从而影响GOOSE报文传输的实时性，因此建议仍采用国内现有的检修机制。EEPROM中GOOSE软压板的CRC校验。（3）装置软压板更改过程中：通信帧中软压板更改值合法性校验以及CRC校验。2.2.1GOOSE出口软压板

根据文献[6]，智能变电站GOOSE出口软压板应按跳闸、启动失灵、闭锁重合、合闸、远传等重要信号在PTRC、RREC、PSCH中统一加Strap2.2GOOSE软压板操作流程

装置GOOSE软压板操作流程如图7所示。在145智能电网中国电力第47卷后缀扩充出口软压板，从逻辑上隔离相应信号输出。如图8所示，信号输入口为保护动作信号，信号输出为保护跳闸或者合闸信号。GOOSE输出信号为保护动作输入信号和压板数据对象共同决定，通过改变出口压板数据对象的状态便可以实现其中一路信号的通断，实现传统压板开断功能。离，控制保护重合及跳闸控制回路的通断，这个作法与传统变电站相同。需要指出的是对于单间隔保护（如线路保护）和跨间隔保护（如母差保护）是经过同一个跳、合闸硬压板出口的。2.5不同隔离技术对比从以上分析可见，投检修压板和退出口软压板属于发送方的信号隔离措施，退出接收软压板属于接收方的信号隔离措施，断开光纤链路属于传输环节隔离措施，四者各有优缺点，如表2所示。图8GOOSE出口软压板处理示意Tab.2隔离措施投入检修压板表2不同隔离措施特点比较Fig.8OperationflowchartofGOOSEexportsoftstraps当出口软压板设置为1时，保护动作信号数当出口软压板为0时，保护动作信号数据集Comparisonofdifferentisolationmeasures优点简单明确，仅需要对被检修设备进行操作，不会涉及运行设备操作较简单，仅需要缺点（1）装置出现软件异常时，可能失效，无法可靠隔离信号；（2）下一级设备缺乏确认上一级设备投检修态据集相应数据位反映信号输入的实际状态。相应数据位始终为0。不论GOOSE发送软压板为1或者0，保护装置均会按照GOOSE要求的时间间隔发送数据，不会导致接收方判断GOOSE断链。退出出口对被检修设备进行装置出现软件异常时，可能失效，软压板操作，不会涉及运行无法可靠隔离信号设备（1）缺乏对退出接收软压板安全措施实施情况的确认能力；退出接收软压板可靠隔离信号（2）在运行设备上实施安全措施，操作较为复杂；（3）智能终端未设置GOOSE接收软压板（1）多次插拔可能导致光纤接插断开光纤明显的光断开点，可口损坏；链路退出跳合闸出口硬压板靠的隔离信号（2）导致接收方报警干扰运行；（3）保护试验、回路无法完整测试明显的电气断开点，会导致跨间隔保护（如母差保护）可靠的隔离信号无法出口跳闸2.2.2GOOSE接收软压板根据文献[6]，宜简化保护装置之间、保护装置和智能终端之间的GOOSE软压板，除双母线和单母线接线启动失灵/失灵联跳接收软压板外，接收端不设相应GOOSE接收软压板。如图9所示，GOOSE输入信号由保护动作开关量输入信号和接收软压板数据对象共同决定，通过改变接收软压板数据对象的状态便可以实现其中一路信号的通断，实现传统压板隔离功能。2.6图9双重安全措施模式考虑到软件可靠性的问题，智能变电站GOOSE接收软压板处理示意GOOSE回路安全措施应该由至少两种不同原理的隔离技术构成，即采用双重安全措施的模式。（1）装置检修压板、发送软压板的双重安全措施：投入检修设备的检修压板；退出待检修装置的GOOSE出口软压板。该种安全措施模式的特点：所有安全措施均在待检修设备上完成，其余运行设备不需要做任何安全措施，符合运行习惯。（2）装置检修压板、接收软压板的双重安全措施：投入检修设备的检修压板；退出与待检修设备相关的运行设备GOOSE接收软压板。该种安全措施模式的特点：在仅考虑N-1装置异常的情况下，该模式安全措施可靠性高。但目前智能终端未设置GOOSE接收软压板，采用该种安全措施模式时需要对智能终端现有技术进行改进，增设智能终端GOOSE接收软压板等改进措施。Fig.9OperationflowchartofGOOSEreceivesoftstraps接收软压板为投入状态时，报文接收装置实际处理该报文数据集内对应的数据。接收软压板为退出状态时，报文接收装置不再处理GOOSE报文的实际内容，保护装置相应开关量输入始终为0。2.3装置间的光纤断开装置间的光纤能够保证检修装置（新上装置）与运行装置的可靠隔离[1]。但是多次插拔可能导致光纤接插口损坏，也会导致接收装置发GOOSE断链告警，从而影响接收装置正常逻辑。2.4智能终端出口硬压板

在智能终端与一次设备的控制回路中串行设置了智能终端出口硬压板，作为一个明显断点隔146智能电网第9期侯伟宏等：智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施研究

图10GOOSE回路安全措施示意

Fig.10TheflowchartoftheGOOSEisolation

2.7智能变电站安全措施实施原则

智能变电站内，为保证检修设备与运行设备4结语

与传统变电站的硬压板相比，智能变电站继的安全隔离，应该遵循4个原则[1]：①具备明显电气断点的二次回路可实施单重安全措施；电保护GOOSE软压板及检修压板隔离措施存在不直观、易漏投退等问题。本文分析了智能变电站②GOOSE虚回路须实施至少两重安全措施；③纵联保护两侧均改信号状态，如有需要可取下保护装置纵联光纤；④尽量减少光纤插拔，避免污染或损伤光头。GOOSE现有几种不同隔离技术的实现机理及其优缺点，论述了GOOSE检修机制、GOOSE出口软压板、接收软压板以及SV接收软压板的处理流程。为了保证安全措施可靠、有效，本文建议3

智能变电站220kV线路保护检修安全措施实例

以国家电网公司典型设计中220kV线路间隔GOOSE虚回路至少应执行两重及以上安全措施。并以220kV线路间隔为例，阐述了在不停用一次设备前提下，检修设备与运行设备的隔离措施。本文研究成果有利于提高运行维护人员对智能变电站GOOSE安全措施的理解，提升继电保护运行维护水平。为例，在一次设备不停电情况下，单套线路保护检修后，与母差保护内启动失灵，闭锁重合闸及远跳回路功能测试时，应该采用以下安全措施[1]。（1）退出母差保护内其他运行间隔GOOSE发送软压板、失灵联跳发送软压板。（2）放上母差保护、线路保护、间隔智能终端检修压板。（3）断开220kV线路差动保护通道，将对侧线路纵联（差动）保护改信号状态。（4）退出间隔智能终端跳、合闸压板。上述安全措施方案内，为了防止母差保护误跳运行设备，采用双重安全措施：母差保护检修压板作为第一重安全措施，退出母差保护内运行间隔发送软压板作为第二重安全措施，见图10。参考文献：

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（责任编辑张重实）

StudyonGOOSEIsolationMeasuresinSmartSubstationRelayProtection

HOUWei-hong1,QIUYu-tao2,WUZhen-jie1,WUJing1

（1.StateGridHangzhouPowerSupplyCompany,Hangzhou310009,China;2.StateGridZhejiangElectricityPowerCorporation,Hangzhou310009,China）

Abstract:InordertosolvetheimplementationproblemsofGOOSEisolationmeasures,thispaperanalyzesthemechanismofdifferentGOOSEisolationtechniquesandtheirfeaturesinSmartSubstation,andstudiesthemaintenancemechanismandthesoftstrapprinciple.Accordingtothereliabilityoftheexistingisolationtechniques,itisproposedthatthesafetymeasuresofGOOSEinSmartSubstationshouldconsistofatleasttwoisolationtechniqueswithdifferentprinciples.Finally,bytakingtheisolationmaintenanceofa220kVtransmissionlineforcasestudy,theimplementationprinciplesoftheSmartSubstationsafetymeasuresisintroducedandtheisolationmeasuresoftheoperatingandmaintenanceequipmentaredescribed,whichcanprovideareferencefortheimplementationofGOOSEsafetymeasures.

Keywords:smartsubstation;maintenancemechanism;softstrap;isolationmeasures;relayprotectiondevice;GOOSE;operationequipments

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!）（上接第117页

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（责任编辑张子龙）

AnalysisofDifferentialProtectionCharacteristicforOn-Load-Tap-Changer

TransformerofUHV

LIYan-jun1,ZHOUChun-xia1,XIAOYuan-qing2,GUOXiao3

（1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192,China;2.BeijingSifangAutomationCo.,Ltd.,Beijing100085,China;

3.GuodiainNanjingAutomationCo.,Ltd.,Nanjing210003,China）

Abstract:Inordertoinvestigatethedifferentialprotectioncharacteristicsforon-load-tap-changertransformersofUHV,thebasicperformancesofdifferentialtransformerprotectionanditsunbalanceddifferentialcurrentwerestudied,bywhichitisfoundthattheconventionalprotectionofon-load-tap-changertransformersmayhaveapotentialriskduringthetransformertapadjustment.Throughthefurtheranalysisoftheinfluencingfactorsonthecharacteristicsofunbalanceddifferentialcurrent,suggestionsabouttheselectionofratedcurrentofdifferentialprotectionforon-load-tap-changertransformerswereproposed.Inaddition,thedifferentialcurrentdistributionduringthetransformertapadjustmentisobtainedbythesimulationandthesettingstrategyisaccordinglyprovided,whichisalsovalidatedbythesimulation.

Keywords:voltage-regulatingtransformer;differentialprotection;ratedcurrent;settingstrategy;UHV;simulationtest;gear;differentialcurrent148