基于SV/GOOSE共网的继电保护安全检修隔离系统研究与设计

刘正高，何伟杰，李梦琪

（广东电网有限责任公司 中山供电局，广东 中山 528400）

0 引 言

新一代智能变电站以SV、GOOSE共同组网为显著特点，其光纤组网简洁、二次系统网络化且信息充分共享，与IEC-61850提出的智能变电站理念相吻合。将现有成熟应用的功能、设备进行深度集成，可以使智能变电站的前期施工建设和后续的运行维护更加高效和方便[1]。

在过程层网络采样采用交换机延时累加技术可以解决智能变电站继电保护采用网络采样的同步难题，打破跨间隔保护对外部时钟的依赖性。但是，SV/GOOSE共同组网也给日常的定检、维护以及扩建工作带来一定困难。

1 当前检修方法及存在问题

目前，在SV/GOOSE共同组网的智能变电站进行保护测控装置的功能校验、出口传动等试验过程中，需要利用常规继保测试仪对保护测控装置发送SV、GOOSE数据报文，以便测试保护装置在模拟的各种故障状态下是否能正确可靠进行动作或校验测控装置是否能正确上送模拟量、开入量等数据信息到后台机、远动机[2]。在实际工作中，需要利用继保测试仪在检修间隔智能汇控柜的合并单元试验端子排进行模拟量加量，合并单元通过光纤上送SV数据报文至保护测控装置，实现保护测控装置的各种功能校验、出口传动试验，如图1所示。此外，现有的检修调试方法存在以下问题。

图1 当前检修调试方法示意图

（1）存在安全隐患。检修间隔智能汇控柜中电流绕组较多（包括母线保护等运行设备的绕组），在调试检修过程中，容易将模拟量接入至运行设备的绕组中，从而发生保护装置误动或测控装置误上送突变量遥测等问题，加大调试检修工作风险。

（2）工作效率低。常规站检修工作的逻辑试验可在继保室完成，通常只需要两名作业人员。而SV/GOOSE共同组网的智能站调试检修过程中，为满足作业及安全需求，在高压场及保护测控装置所在继保室至少各需配置两名人员。对比可知，一是作业人数需求增大，二是需要携带沉重的模拟继保测试仪往返继保室和高压场地，检修效率低下，违背智能变电站节省人力资源、提高工作效率的理念。

2 解决方案分析

2.1 数字继保测试仪对过程层交换机输入数据报文

此方案是数字继保测试仪通过尾纤接入至SV/GOOSE组网过程层交换机，将数据报文发送至整个SV/GOOSE组网中，保护测控装置从SV/GOOSE组网过程层交换机取得数据报文信息，实现保护测控装置的各种功能校验、出口传动试验，如图2所示。

图2 解决方案1方法示意图

在SV/GOOSE组网过程层交换机中直接加入数据报文容易发送SV数据报文至运行间隔，导致运行间隔的保护装置误动或遥测数据跳变，引发严重的电力事故。此外，在过程层交换机屏插拔光纤过程中，如果误触碰运行间隔光纤导致光纤松动或脱落，易造成运行间隔装置误动、拒动或上送错误信息，从而引发运行间隔失去远方监控功能。综上，该方案在运行的智能变电站不具备实施意义。

2.2 数字继保测试仪对保护测控装置输入数据报文

此方案是断开保护测控装置至SV/GOOSE组网交换机的接收光纤，利用尾纤将数字化继保测试仪接入至保护测控装置，数字化继保测试仪通过光纤发送SV数据报文给保护测控装置，实现保护测控装置的各种功能校验、出口传动试验，如图3所示。

图3 解决方案2方法示意图

在SV/GOOSE组网的网络结构下，保护测控装置通过同一根光纤从SV/GOOSE组网交换机中采集合并单元和智能终端的SV、GOOSE数据报文。在主控室断开保护测控装置的接收光纤，利用数字式继保测试仪进行数字量加量，由于智能终端与保护测控装置的数据链路断开，因此保护测控装置仅能收到数字式继保测试仪模拟的开关变位信息，无法收到智能终端上送的开关实时分合位置的变位信息[3]。此时进行开关传动等需要现场实时分合位置的变位信息配合的试验，试验结果将与正常预期结果不符，故不建议使用该方案。

2.3 使用SV/GOOSE共同组网的智能变电站继电保护安全检修隔离系统

在仔细分析研究智能变电站SV/GOOSE共同组网的网络结构和调试检修工作的各类试验要求后，设计一种基于SV/GOOSE共同组网智能变电站的继电保护安全检修隔离系统，实现检修间隔数据与运行间隔数据的隔离，同时解决了如何安全高效地在继保室直接对保护测控装置输出SV数据报文进行各类试验的难题。

此方案在SV/GOOSE组网过程层交换机屏中，将检修间隔的智能终端、手持式数字继保测试仪以及保护测控装置接入便携式SV/GOOSE共网继电保护安全检修隔离装置，如图4所示。

图4 解决方案3方法示意图

对比前两种方案，该方案具备以下优点。

（1）安全隔离。将检修间隔的智能终端与保护装置接入便携式隔离装置后，保护装置接收数字化继保测试仪模拟的SV采样报文，经过逻辑判断后输出GOOSE跳闸报文，通过检修隔离装置发送至智能终端，最后实现开关传动。由于待传动的间隔与运行的过程层网络完全隔离，因此降低了试验过程中影响运行间隔的风险，可完全隔离运行间隔，且显著降低调试风险。

（2）联跳出口矩阵校验。现有运行网络状态下，在主变保护调试过程中进行保护传动时，由于联跳运行设备的GOOSE出口软压板必须退出,故无法直接进行联跳运行设备的出口矩阵校验来判断GOOSE发送数据集中的出口是否生效。而运用便携式SV/GOOSE共网继电保护安全检修隔离装置后，可利用手持式数字继保测试仪输出SV采样报文至保护装置，保护装置动作后发送GOOSE数据报文至检修隔离装置。手持式数字继保测试仪从隔离装置接收GOOSE数据报文，调试人员从手持式数字继保测试仪读取结果，判断保护装置动作是否正确，从而实现联跳出口矩阵校验，且不会误出口联跳运行间隔[4]。

（3）减少人员需求。采用检修隔离装置后，只需一组人员即可在继保室利用手持式数字测试仪完成保护调试，减少一半的人员需求，提升了调试检修的效率。

综上所述，建议使用该方案。

3 技术原理

设计一种便携式SV/GOOSE共网继电保护安全检修隔离装置，装置支持IEC-61850协议，主要由低功耗通信芯片组、支持100M/1000M传输速率的SFP光口、管理单元以及内置锂电池组成。装置具有8个光纤接口，光纤接口使用LC接口类型，百兆光口为SFP插槽，和智能变电站的智能装置接口类型相匹配，支持热插拔。

隔离装置体积约为普通交换机的1/4，方便检修人员携带和使用，具有体积小、易携带的优点。内置可充电锂电池，具备续航能力显示。外置电池电量显示灯，额定功率下可连续使用至少12 h，无需外接电源、接线简单且即插即用。

本文研制的便携式继电保护安全检修隔离装置能够适应多场景，在采用新一代试点智能变电站（“网采网跳”）标准的智能变电站调试检修工作中具备明显优势，同时在基于南网V2.1标准设计（“模采网跳”）的智能变电站中也具有可推广性。此外，也可作为学习智能变电站GOOSE、SV报文传输机制的网络设备。便携式隔离装置示意如图5所示。

图5 便携式隔离装置示意

4 应用前景

本系统自主研制的便携式SV/GOOSE共网继电保护安全检修隔离装置，针对“网络跳闸”模式下智能站设备检修中无明显断开点给日后检修、改扩建的调试传动工作带来风险以及对于采用“网采网跳”、“SV/GOOSE共网”模式的新一代智能变电站继电保护装置检修调试时无法在保护屏加数字量进行调试的情况，将涉及检修设备的光纤转接至本隔离装置，可实现对运行设备的有效隔离，无需携带继保测试仪往返继保室和高压场地，可直接在保护屏进行单机和传动试验，节省了人力资源，提升了检修效率。

该装置易于携带、使用便捷，经成果转化后可以在所有的智能变电站推广应用，具有较好的市场推广价值。

5 结 论

本文探讨了基于SV/GOOSE共网模式的智能变电站保护测控装置调试检修的现状，针对调试检修的难点提出几种可实现的解决方案，并分析了这几种解决方案的优缺点，得出使用SV/GOOSE共同组网的智能变电站继电保护安全检修隔离系统是最优解决办法的结论。使用本系统进行调试检修可以实现对运行间隔的有效安全隔离，防止输出故障量SV数据报文到其他间隔，解决了直接对保护测控装置输出数据报文导致无法接受智能终端GOOSE数据报文的问题，提高了调试检修结果的准确性，同时大大降低了SV/GOOSE共网智能变电站调试检修的人员需求，为其他智能变电站的作业提供了一定参考。