智能变电站智能终端GOOSE断链定位及处理方法

汤雪鹏，高 强，张 骏，王 伟

(国网合肥供电公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近年来，随着中国经济的快速发展，电网规模不断扩大，变电站建设规模与日俱增，伴随着网络通信技术的日臻成熟，智能变电站建设已经成为了变电站建设的主要方向，智能变电站以IEC61850通讯规约为基础，将变电站一、二次系统设备按功能分为“三层两网”[1]，即过程层、间隔层、站控层和过程层网络、站控层网络。

如图1所示，过程层设备包括合并单元、智能终端等；间隔层设备包括保护装置、测控装置等二次设备，间隔层和过程层之间的通讯采用GOOSE网络和SV网络分别用于传输开关量和模拟量信号，间隔层和站控层之间通过MMS网传输数据。智能变电站用光缆代替了传统变电站中的电缆，将变电站中的采样、跳闸和信号传输等二次回路虚拟化、网络化，这就给智能变电站的消缺工作带来了极大不便，传统变电站中的电缆松动、绝缘不良等缺陷被光缆、光口等功率衰耗过大导致GOOSE或者SV断链缺陷替代，因此，本文着重分析智能变电站中最典型、常见的智能终端GOOSE断链缺陷产生的原因；并给出缺陷的处理方法和流程。

图1 智能变电站“三层两网”结构图

1 智能变电站GOOSE网

1.1 GOOSE链路监测方式

通用面向对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)是IEC61850标准定义的一种快速报文传输机制[2]，是间隔层和过程层设备通讯的基础，如图2所示。

图2 GOOSE报文传输时间图

T0为心跳报文，装置正常运行时每隔T0时间发送一次当前状态，即心跳报文。当装置有事件发生(如保护动作)时，GOOSE数据集中的数据发生变化，装置立即发送该数据集的所有数据，然后间隔T1发送第2帧、第3帧，间隔T2、T3发送第4帧、第5帧，T2为2倍的T1，T3为2倍的T2，后续报文以此类推，直到增加到T0，报文再次成为心跳报文。工程中，T1设置为2ms，心跳报文T0设置为5s，对传输过程进行了精简，一般共发5帧数据，即以0ms-2ms-2ms-4ms-8ms的时间间隔重发GOOSE报文，连发5帧后便以5000ms的时间间隔变成心跳报文，报文的允许存活时间为2倍的T0，若超过2倍的存活时间(4倍的T0=20s)装置没有收到GOOSE报文即判断为GOOSE断链，发GOOSE断链告警信号，由此，通过GOOSE通信机制来实现对装置间二次回路状态的在线监测。

1.2 智能终端GOOSE断链物理原因

智能变电站中，设备正常运行情况下，对于波长1310nm光纤光口的发送功率为-20～-14dBm，接收功率为-31～-14dBm；波长为850nm光纤光口发送功率为-19～-10dBm，接收功率为-24～-10dBm[3]。当智能终端的光口接收到的光功率衰耗大于-31dBm(1310nm)或-24dBm(850nm)时，智能终端会报GOOSE异常，后台报智能终端GOOSE断链。GOOSE板损坏、背板光口损坏、光纤折断、交换机故障、交换机光口故障等多种因素均会导致光纤衰耗过大，进而导致GOOSE断链。由于智能终端和保护和测控装置不同，没有液晶显示，继电保护专业人员无法通过光纤异常灯来判断是哪个光口断链，为防止在缺陷处理时插拔光纤造成保护装置误动、拒动，因此，处理GOOSE断链缺陷时，应首先做出相应判断，停用相关保护后，再对缺陷进行处理。智能终端GOOSE命令涉及到母差保护GOOSE直接跳闸命令、线路保护直接跳闸命令以及测控装置的远方分合闸命令的接收，因此，智能终端出现GOOSE断链，是紧急缺陷，涉及到故障出现时，保护跳闸命令能否传送到智能终端，进而跳开开关，隔离故障，应尽快处理。

2 智能终端GOOSE断链的定位及处理

2.1 智能变电站GOOSE网信息流

GOOSE网主要用于智能设备之间传送开关量状态信号、保护跳合闸信号及联、闭锁信号。220kV变电站中，线路保护、主变保护及母线保护到智能终端采用的是GOOSE直接跳闸方式，如图3所示，可以看出直跳GOOSE链路路径为：线路保护装置经尾缆跳接至光配1，光配1经熔接的光缆接至现场光配2，现场光配2经尾缆跳接至智能终端背板直跳口1；母差保护装置经屏间的长尾缆跳接至光配1，光配1经熔接的光缆接至现场光配2，现场光配2经尾缆跳接至智能终端背板直跳口2，即保护装置到智能终端不经过交换机；测控装置到智能终端采用GOOSE组网方式，其链路路径为：测控装置经长尾缆跳接至保护屏上的间隔交换机，间隔交换机经尾缆跳接至光配1，光配1经熔接的光缆接至现场光配2，现场光配2经尾缆跳接至智能终端背板组网口3；母线保护、线路保护、主变保护、合并单元、智能终端、测控装置等设备均经过光缆接入220kV中心交换机，将各自的组网信号传送至220kV中心交换机，220kV故障录波器通过中心交换机取SV模拟量信号和GOOSE开关量信号。

图3 220kV智能变电站GOOSE网络图

2.2 智能终端GOOSE断链的定位

以220kV线路智能终端为例，智能终端有三个接收光口，分别为GOOSE组网光口1、母差保护直跳光口2、线路保护直跳光口3，当智能终端面板上GOOSE异常灯点亮时，应该为三个光口中的至少一个发生GOOSE断链，由于智能终端无显示屏，现场人员无法确定断链发生在哪个光口，此时，需要用智能终端厂家的模拟液晶界面，通过笔记本连接智能终端，查看断链报文，对断链光口进行确认，以长园深瑞公司的模拟液晶界面为例[4]。

图4 模拟液晶断链界面

如图4所示，当智能终端GOOSE组网断链时，模拟液晶显示GOCB02组网口A通讯中断，GOOSE控制块为CL2204PIGO01，CL代表测控装置断链；当线路保护直跳断链时，模拟液晶显示GOCB00直连口通讯中断，GOOSE控制块为PL2204APIGO，PL代表线路保护装置断链；当母差保护直跳断链时，模拟液晶显示GOCB01直连口通讯中断，GOOSE控制块为PM220APIGO，PM代表母差保护装置断链，其他继电保护厂家的模拟液晶原理一样，可以通过模拟液晶来查看智能终端的断链告警信息。

2.3 智能终端GOOSE断链的处理

2.3.1 处理前的安全措施

由于智能终端出现GOOSE断链后，与之对应的保护可能已经不具备实现跳闸传输的功能，因此，为防止在处理缺陷过程中造成保护误动、拒动，GOOSE断链位置定位后，在进行缺陷处理前，需要将和该智能终端相关的保护停用，安全措施如下：

(1) 将相对应的母差保护停用；

(2) 将相对应的线路保护停用；

(3) 将智能终端检修硬压板投入。

2.3.2 处理流程

安全措施做好后，现场采用分段针对确定的链路进行分段查找，以确定断链位置，然后更换备用光纤或备用口，直至消除GOOSE断链缺陷。

2.3.2.1 处理缺陷需准备的工具

处理GOOSE断链缺陷，现场需携带以下工具：(1)武汉凯默DM5000E手持式光数字测试仪；(2)光功率计；(3)光笔；(4)ST-ST转换头；(5)LC-ST尾纤。

2.3.2.2 GOOSE组网断链处理流程

若采用模拟液晶界面显示，断链发生在GOOSE网口，处理缺陷采用武汉凯默DM5000E手持式光数字测试仪依次对以下光口进行光功率测试，直至接收功率在合格范围内：(1)智能终端组网收口RX光纤；(2)现场光配2的GOOSE组网RX口；(3)保护屏光配1上智能终端GOOSE组网RX光纤；(4)间隔交换机上智能终端GOOSE组网的TX口；(5)间隔交换机测控组网的RX口光纤；(6)测控装置的背板的TX口。若在(2)处接收功率合格，说明是光配2至智能终端背板的尾缆衰耗过大，需更换新的尾缆，并重新测试智能终端背板光功率合格，恢复光纤后，GOOSE异常消失；若(3)处接收功率合格，说明是光配1和光配2之间隔光缆出现问题，需更换备用光缆的备用芯，通过用光笔确定光缆备用芯的两端光配的对应光口，然后用光功率计发端在一端发送光功率，在另一端用光功率收端检查备用光缆的衰耗是否满足要求，检查合格后，更换光缆备用芯，恢复光纤后，GOOSE异常消失。通过此种方法可以逐段判断出问题光纤或光口，采取更换备用光缆或备用口的措施解决。

2.3.2.3 线路保护直跳断链处理流程

若采用模拟液晶界面显示，断链发生在线路保护直跳光口，处理流程和3.3.2.2一致，依次对以下光口进行光功率测试，直至接收功率在合格范围内：(1)智能终端线路保护直跳收口RX光纤；(2)现场光配2的线路保护直跳RX口；(3)保护屏光配1上智能终端线路保护直跳RX光纤；(4)线路保护装置直跳TX口。通过3.3.2.2中的方法逐段判断出问题光纤或光口，采取更换备用光缆或备用口的措施解决。

2.3.2.4 母差保护直跳断链处理流程

若采用模拟液晶界面显示，断链发生在母差保护直跳光口，处理流程和3.3.2.2一致，依次对以下光口进行光功率测试，直至接收功率在合格范围内：(1)智能终端母差保护直跳收口RX光纤；(2)现场光配2的母差保护直跳RX口；(3)保护屏光配1上智能终端母差保护直跳RX光纤；(4)母线保护装置直跳TX口。通过3.3.2.2中的方法逐段判断出问题光纤或光口，采取更换备用光缆或备用口的措施解决。

3 结束语

本文介绍了智能变电站中智能终端断链时的准确定位方法与处理措施，同样适用于智能变电站中其他装置GOOSE断链的情况。为了减少后期GOOSE断链的发生，在新建智能变电站验收时，应对各光纤、光口及备用光纤、光口进行光功率测试，确保各光缆衰耗在合格范围内；在智能变电站日常运行和检修中应加强对各个设备光口的维护，备用光口应套上防尘罩，避免光口直接暴露在空气中，同时应尽量少插拔光纤，以免损伤光纤和光口。