摘要：当前我国经济发展迅速，工业、民用、国防用电的可靠性、安全性要求越来越高。微机保护的普遍使用，不仅局限于能够快速切除系统电力故障，对系统供电的连续可用性也有了很好的支撑。目前，常见的双电源单母分段的供电方式已无法满足用户对供电高可靠性、高连续性的要求。在供电方式及电压等级不变的情况下，用户更多地选择了多电源供电甚至加自备应急柴发电源的方式，来保证工厂供电的连续可用，减少停产的损失。本文讲述的是利用IEC61850通讯中的Goose信息互传，来优化原有多保护间的硬节点传送方式实现的备自投功能，取得了良好的经济效益及优于原有电气技术性能的效果。
关键词：微机保护；IEC61850；Goose信息；多电源供电。
The Automatic Transfer System Schedule of Multiply Power Supply for SIEMENS Micro-computer Protection 7SJ686
[Abstract]In current，with the rapid economic development in China，the reliability and safety requirements of industrial，civil and national defense power consumption are getting higher and higher.The universal use of microprocessor-based protection is not only limited to the rapid removal of system power failures，but also has a good support for the continuous availability of power supply to the system.At present，the common power supply mode of double power supply and single bus subsection can not meet the requirements of users for high reliability and continuity of power supply.In the case of constant power supply mode and voltage level，users have more choices of multi-power supply or even self-contained emergency diesel generator system to ensure the continuous availability of plant power supply and reduce the loss of shutdown.This paper describes the use of Goose information transmission in IEC61850 communication to optimize the original multi-protection hard contacts transmission mode to realize the automatic transfer switching function，and achieved good economic benefits and superior to the original electrical technology performance.
[Key Words]Micro-computer；IEC61850；Goose Information；Multi-power supply.
前言
我国在工业、民用、国防项目的供电可靠性、连续性要求越来越高，停电将给相应的单位生产、办公、医疗和国土防卫造成不可预计的损失；3电源、4电源供电甚至更多系统电源供电变得越来越普遍，传统的备自投装置已无法满足如此复杂的供电网络功能需求；如何常规微机保护功能实现的基础上满足了供电的快速性、稳定性、可靠性的原则下，挖掘微机保护的潜能，经济高效可靠地解决多电源供电备自投的方案。西门子微机保护7SJ686提供了不同的解决方案。本文以工程实例来介绍西门子微机保护7SJ686提供的两种不同方案。
一、用户需求
1.1系统运行方式描述
正常运行时，1#，2#，3#进线断路器1DL，2DL，3DL，应急母联断路器7DL均为合位，1#/2#分段断路器5DL及2#3#分段断路器6DL，应急母线进线断路器4DL均为分位；
当Bus I失电，跳1DL，合1#/2#分段断路器5DL；
当Bus II失电，跳2DL，合1#/2#分段断路器5DL；
当Bus III失电备投启动失败，跳应急母联断路器7DL，自动发启动柴发信号，由柴发控制系统起并所有柴发发电机（要求25s内），合柴发馈线经检测判定后合柴发馈线断路器8DL，然后顺序合应急母线进线断路器4DL。
1.2 用户的需求
上述供电系统运行方式是常见的3个市电电源加一个柴油发电机组的多电源供电方式，要求能够实现多电源的自动切换，优先切换市电，在全部市电市电时，提供应急电源。
二、传统多保护配合解决方案实施的备自投
西门子微机保护7SJ686原有方案是利用保护装置内嵌的CFC逻辑编程功能，使进线、母联、柴发馈线、柴发进线之间的微机保护多点联动，实现备自投多电源之间的自动投切。实施方案描述如下：
2.1 保护之间的信号采集传递
充分利用保护装置的所有模拟量输入端，采集不同段的母线电压及电流，保护提供3相相电压及1相参考电压（可采集另一段电压或线路侧电压）、3相相电流和1相零序电流的采集；16路开入量（可扩展至45路）采集来自不同间隔的位置信号，由于逻辑判定的需要，需要在每个间隔保护交叉采集其他间隔断路器位置、手车位置、逻辑判定的母线失压信号、母线有压信号、备自投启动闭锁等等信号。7路（可扩展至28路）保护装置的继电器输出可根据每个间隔的信号采集情况输出保护动作及逻辑判定传递信号。当然这些信号的采集传递均需要控制电缆的辅助。
2.2 保护之间的逻辑判定
2.2.1进线保护的逻辑判定
进线保护除提供基本的保护功能速断、过流、过负荷、过压、低压保护外，可通过CFC逻辑判定进线母线失压启动备自投（考虑三相无压及有流闭锁且无速断故障发生无手跳开关信号）及失压跳进线断路器，判定母线有压，线路有压，线路失压等。
2.2.2市电分段保护的逻辑判定
市电分段除提供保护功能速断、限时过流外，可通过CFC逻辑判定母联备自投准备就绪，考虑市电分段所连两段进线柜保护输出信号---进线母线有压、进线断路器合位，母联断路器合位，母联无保护动作，备自投功能投退压板投入情况，及相连分段保护有无备自投启动闭锁信号；确认母联备自投是否准备就绪。在备自投准备就绪的情况下，若其中一段母线失电，由本分段保护启动备自投合闸，同时发出备自投启动闭锁另一分段备自投保护功能。
2.2.3 应急段进线保护逻辑判定
应急段进线保护除提供基本的保护功能速断、过流、过负荷、过压、低压保护外，可通过CFC逻辑判定应急进线有压、应急母线无压（考虑无流闭锁），判定柴油发电机启动且上级开关合闸后合应急进线命令输出，判定条件需要考虑应急母线相邻市电母线无压、应急母线无压，备自投自动投入功能压板，应急进线断路器分位、应急母联分位，无应急进线故障且应急进线上级馈线合闸。当上述条件就绪后输出柴油发电机启动且上级开关合闸后合应急进线信号。最后需要判定市电恢复后自动断开柴油发电机供电。该信号仅需判定相邻市电进线有压，应急母联分位，应急进线合位即可
2.2.4 应急段分段保护逻辑判定
应急分段除提供保护功能速断、限时过流外，可通过CFC逻辑判定应急母线无压，应急进线侧有压，应急母线有压，市电恢复自动合 应急母联断路器，启停柴油发电机信号，市电失电跳应急母联断路器命令。市电恢复自动合应急母联断路器信号需要考虑和应急分段相邻的市电线路侧有压，市电断路器合位，应急进线断路器合位；市电失电跳应急母联断路器信号需要考虑市电母线失压，应急母线无压，自动启停柴发功能投入，应急进线断路器分位，应急母联断路器合位即可。启停柴发信号考虑市电失电跳应急母联断路器触发并由市电线路侧有压且市电进线断路器合位来复归。
三、传统多保护配合方案存在的问题
3.1电气回路复杂及故障率增加
从第二段描述可以看出，保护之间的信号传递需要很多信号，如“母线失压”“线路有压”“断路器位置”等信号，这必然需要增加一个保护装置的输出电气回路，并增加另一个保护装置的输入信号电气回路；这就增加了保护控制柜内电气的复杂度，以及对应的相关故障升高几率。
3.2保护成本增加
上述描述的保护开入输出信号及保护逻辑输入输出仅仅是以母联备自投功能的相关描述，没有涉及进线互投、自投自复等功能的要求，如果增加相应功能的要求，必然要增加现有微机保护装置硬件配置的复杂度，如在进线侧增加线路侧PT的三相相电压输入端，在所有保护装置端增加开入开出数量；这些不仅增加制造的复杂度，也增加了保护装置的硬件成本。而且目前也极少有现成设备满足要求。西门子需要使用最新的第五代微机保护装置（模块化设计）来实现，成本增加几乎是翻倍式。
3.3控制电缆成本增加
由于保护之间信号输入输出的增加，必然导致柜间的控制电缆增加以及对柜间布设电缆二次桥架的空间挤占，增加检修维护人员的工作难度。
四、智能数字保护备自投方案的优化
4.1 IEC61850通讯解决方案
我们清楚上述问题的存在后，就不难找出解决问题的办法，利用IEC61850智能变电站协议中关于Goose数据传送的应用，可以完美地解决这个问题，因为IEC61850标准是采用面向对象的数据建模技术编制的智能变电站通讯协议，他定义了变电站层、间隔层、过程层之间的通讯接口，IEC61850协议引用了UCA的面向对象的通用变电站状态事件机制GSSE，形成了Goose，她是一种实时信息传送机制，是间隔层与间隔层之间数据快速传送的一种机制，他可以极大可能地省却装置与装置间的电缆连接、降低微机保护装置的硬件配置要求。故IEC61850通信解决方案就非常具有优势。
4.2 Goose信息优化的基础
传统微机保护信号判定后通过保护内继电器动作闭合干节点，通常在20~30ms左右，加上电气路径传送时间，对端间隔光耦信号接收延迟时间，远超20ms；Goose信息传送取决于实时传送机制，他是不断重复广播发送信息，直到对端确认接收，发送间隔也是从最短间隔逐渐加大发送间隔时间，逐渐趋于稳定时间间隔，西门子保护的发送时间间隔如下图所示：
根据西门子保护根据西门子IEC61850设备通讯GOOSE互传信息的发送时间间隔公式 ，其中 为1ms， 为0，1，2…. ；我们很容易得知，发送的最短间隔为1ms，最慢500ms，加上网络（Ruggedcom交换机）传送时长，西门子实测两台间隔间的正常信息传送时间延时为10ms，优于传统节点传送的方式。
4.3 网络可靠性优化方案
基于IEC61850通讯的基础是网络，它是由符合IEC61850规范的工业交换机及网络连接线组成，网络的中断将失去Goose信息互传的基础，故西门子提供了Goose信息专网及IEC61850系统光纤环网同时确保网络的可靠性，正常环网系统即可确保网络任一点断开均不会引起网络中断。
4.4 Goose信息及逻辑判定优化方案
Goose信息的互传放开了保护装置本身节点的限制，网络内的任何一台IEC61850设备的信息均可在网络内共享互传；在设计备自投方案时，可以避免同一信号被多个装置重复采集，不仅节省了保护装置的开关输入输出信号接口，也节省了信号传递的电缆，甚至还简化了电气控制回路。除了考虑Goose信息的传送外，在可能的情况下考虑每台微机保护装置的逻辑运算负荷；在分段微机保护上实现母联备自投及自投自复逻辑功能外，可考虑在进线上实现进线互投及自投自复功能。
五、结束语
随着社会的经济发展，人们对多电源供电的要求将逐步增高，多电源自动切换将越来越普遍，如何经济可靠地完成这个高要求，将是电气人必须面对的问题。本文以西门子保护为例，讲述了利用IEC61850协议中的Goose应用优化传统备自投功能实现的方法，可以大大节约微机保护配置的硬件成本及信号传送的控制电缆成本，同时简化了设计人员二次控制回路设计的复杂度，提高了备自投功能的可用性。
参考文献：
[1] 西门子.7SJ686_Manual_A9_V049005_zh.2018.
[2] 韩明峰、张捷 郑永志.IEC61850 GOOSE实时通信的实现方法 2009；
[3] IEC61850，Communication Networks and Systems in Substation.2009
[4] 范建忠，等.Goose通信与应用[J].电力系统自动化2007，31（19）：85-89.
[5] 曹海鸥，等.数字化变电站Goose组网方案.2011，4
[6]基于IEC61850-9-2及Goose共网传输的数字化变电站技术应用与分析.2010.12
[7]张文娟.备自投功能设计中需要注意的问题分析.现代制造2017，36
[8]张帆，等.备自投装置在设计时应该注意的问题.电子测试.2016，15
[9]王文龙，等.智能变电站中SMV网和GOOSE网共网可能性探讨.中国电机工程学报2011，S1
[10]黄少雄，等.智能变电站Goose网配置方案研究.东北电力技术.2010
[11]催明宇.备用电源自动投入装置CSB21A在工程应用中的问题及改机办法.2006
[12]刘颖.基于Goose的智能变电站通信网络研究与应用.西南交通大学.2012
[13]黄忠胜，等.智能变电站Goose组网应用.中国电力.2105.12
[14]黄智宇.基于IEC61850的变电站网络通信及装置的研究.大连理工大学.2008
[15]丁书文，等.智能变电站应用Goose技术存在的问题及策略.电工技术.2012，9
[16]宋丽君，等.Goose机制分析、实现及其在数字化变电站中的应用.电力系统保护与控制.2009，14
[17]何磊，等.Goose技术在变电站中应用的问题分析.河北电力技术.2010，04
[18]徐成斌，等数字化变电站过程层Goose通信方案.电力系统自动化.2007，19
[19]胡道徐，等.IEC61850通信冗余实施方案.电力系统自动化.2007，08
[20]邬小坤，等新型多电源备自投装置在110kV及以上电网的研究及运用.贵州电力技术.2015，07
[21]丁素英.110kV变电站备自投装置配置方案探讨.山东电机工程学会2012年度学术年会论文集.2012
[22]孙延岭，等.一个用于智能水电厂IED的GOOSE通信实现设计.电力系统保护与控制.2018，46（21）：145：151
[23]祖其舞，等.基于弹性负荷分时调度和多电源联合供电的微网经济运行.电力系统保护与控制.2018，46（4）：20-27
[24]谢黎，等.一种智能变电站新型双网冗余设备及实现电力系统保护与控制.2019，47（11）：151-156
作者简介：
丁明，男，1980.12.02出生，本科，技术支持负责人，当前主要研究西门子电力系统自动化应用。
论文作者:丁明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：断路器论文; 市电论文; 母线论文; 信号论文; 变电站论文; 微机论文; 间隔论文; 《电力设备》2019年第7期论文;