智能变电站GOOSE通信异常分类研究及影响分析

王进虎，王 娜

(1.天津送变电工程有限公司，天津 300000；2.天津市电子信息技师学院，天津 300350)

GOOSE是用报文方式表示的一种面向通用对象的变电站事件是IEC61850中规定的一种对快速报文进行可靠传输的机制，也采用“发布-订阅”的模式。与SV通信服务不同之处在于SV通信服务是对采样值进行传输，GOOSE通信服务主要是用于各种事件传输，如智能变电站内各种IED设备相互之间的实时信号传输。GOOSE报文实时传输的信息包括：保护装置到智能终端的跳、合闸命令、遥控命令；各种保护装置间的信息，如线路保护到母差保护的分相启动失灵开入、闭锁重合闸、远跳等；一次断路器隔离开关设备的遥信信号，包括断路器隔离开关分合位、低气压告警、压力低闭锁跳合闸等；间隔层的联闭锁信息等[1]。基于GOOSE传输信息的重要性，GOOSE通信状态对智能变电站的正常运行至关重要。

1 GOOSE通信技术

在常规变电站中各装置之间的信号传输是通过电缆硬接线实现，每根电缆线芯只能传输一个信号的状态。在智能变电站中采用了GOOSE通信服务利用网络传输代替了常规的电缆，不仅大大减少了电缆的使用，节省了投资造价，而且可以实现对电缆线芯的实时监测。GOOSE通信服务在数据传输过程中能够实时监测通信链路是否正常，实现整个装置之间二次回路实时监测，有利于开展运维工作，并且由于二次电缆使用减少，也大大减少了智能变电站内直流接地、绝缘破坏等现象的出现。

IEC61850-7-2定义的GOOSE服务模型使输入、输出数据值在整个智能变电站系统范围内快速、可靠地传输成为可能。目前智能变电站工程应用中GOOSE报文的发送机制如图1所示。其中T0为心跳时间，其意义是发送端在装置正常的情况下，无状态变位时，每隔T0时间装置会发送1帧报文，用于传输当前各通道状态，该报文又称为心跳报文。正常运行时，GOOSE报文以T0时间间隔循环发送，每帧GOOSE报文的信息相同。当数据集中的任意一个数据成员状态发生变化时，装置会立刻停止心跳报文发送，立即发送整个数据集的事件变化报文，此时发送间隔被缩短T1。变化后的GOOSE报文发送完成1次后，GOOSE服务器将以最短时间T1再次发送1帧相同的报文，通过这种方式将变化的GOOSE报文快速重传2次。在3次快速传输完成后，GOOSE报文的发送间隔将再次拉长，分别以T2、T3时间间隔各发送1次GOOSE报文，最后又将进入稳态传输过程，以T0时间间隔循环发送心跳报文[2]。

图1 GOOSE报文发送机制

在国内工程应用中，根据相关的规范，GOOSE报文的心跳时间T0一般设置为5000 ms，2倍的GOOSE报文心跳时间即2T0称为GOOSE报文允许生存时间。T1一般设置为2 ms，T2一般设置为4 ms，T3一般设置为8 ms。在接收装置一端如果接收报文的时间超过2T0仍未接收到下一帧GOOSE报文，装置报出告警信号，以此判断为GOOSE通信中断，从而监视通信状态是否正常，实现实时在线监测。这样就能够克服传统的电缆连接方式无法对电缆线芯进行实时监测的弊端，能够大大提高智能变电站二次回路的可靠性。

2 GOOSE通信异常分类及影响分析

在智能变电站中GOOSE通信的实现需要在ICD文件中预先定义GOOSE控制块，配置好GOID、APPID等参数，在设置过程中保证全站的唯一性，根据SCD文件的通信配置具体实现相应的GOOSE功能。虚端子模型也同样适用于GOOSE通信，并且只允许一对一或者一对多的连接方式，不支持多对一[3]。当报文出现配置文件不一致时，接收方送出告警信号，具体判断依据是配置版本号及DA类型不匹配。当GOOSE通信中断时应送出告警信号，设置网络断链告警。GOOSE断链不是断链后立即发出的，而是在2倍心跳报文的时间内没有接收到下一帧报文才发出断链告警，双网通信时需要分别设置双网的网络断链告警。

发送方智能设备GOOSE报文发送实施过程是当装置启动完成后，GOOSE控制块会自动使能，当数据集中的数据均完成初始化后，智能设备会将数据集变位情况统一发送1次，将GOOSE数据集内的信息初始状态迅速告知接收方智能设备。对于220 kV及以上电压等级的智能变电站，由于保护装置需要双重化配置，对于组网方式的通信，GOOSE通信需要采用A、B双网的方式实现，使2套保护装置间完全隔离。采用直接跳闸方式的所有GOOSE网口同一组报文应同时发送，除源MAC地址外，报文内容应完全一致，系统配置时不必体现物理网口差异[4]。

接收方的智能设备具有相应的GOOSE接收机制来保证通信的正常进行。在智能变电站中接收方的智能设备在收到GOOSE报文时，要对接收到的报文进行严格的检查，确保报文的格式和内容符合相应的规范及现场实际要求。检查的具体内容主要包括AppID、GOID、GOCBRef、DataSet、ConfRev 等参数是否与接收方智能设备的配置文件内容一致。接收方接收GOOSE报文过程中要判断通信是否中断或者发送方装置是否出现故障。当检测到通信中断或发送方配置版本不一致时，接收方的装置处理方式是保持GOOSE接收信息与中断前一致，只有个别的如启动失灵开入等要清零处理。间隔层装置虚端子通常不关联时标采用本装置时标。GOOSE报文无论是直接传输还是经过交换机组网传输，接收方收到报文的时刻都不是真正变位的时刻，因此，智能终端要在发出该报文时带UTC时标信息，用来标注发生变位的绝对时间，以便其他智能设备使用该GOOSE报文能够获取具体的变位时刻[5-6]。

GOOSE通信异常时发出的告警信息主要有接收报文的配置不一致和GOOSE通信链路中断告警。同时GOOSE通信告警与SV通信告警也有相似之处，引起原因也主要分为智能电子设备配置文件和通信链路物理连接两大类。GOOSE报文中的AppID、GOID、GOCBRef、DataSet、ConfRev等参数正确与否会直接影响GOOSE通信的状态。

a.配置文件异常对GOOSE通信的影响

在配置版本ConfRev、配置的数据集数目、数据集对应位置的数据类型不一致时接收方装置会报出配置文件出错或者不一致等告警信息。例如：在GOOSE数据集中跳闸命令的数据属性为BOOL，各种隔离开关、断路器分合位置的数据属性为Bstring，电流电压交流采样值的数据属性为P，标准的时标数据属性为Utctime，额定延时的数据属性为C等。各种不同的数据成员都对应于自己的数据属性，当数据成员的属性不正确时，接收方的智能电子设备就会报出装置配置文件出错的告警。配置版本ConfRev在数据集成员删除、类型改变、顺序变化时相应的配置版本会发生变化，如果发送方与接收方的配置版本不一致会导致两者无法正常的通信。如果发送方与接收方中配置文件中的数据集条目数参数不同也会导致相应的告警的信息出现。需要指出的是对于发送方的装置，数据集条目数参数不能为0，否则相应的数据集内的数据成员将无法发送。上述的情况会导致GOOSE通信异常，接收方的装置将无法正常接收到相应的信息，从而导致无法实现相应的功能。

接收方的装置也会严格校验所收到的GOOSE报文的MAC目标地址、VLAN和优先级信息、APPID、GOID等参数与自身的配置参数是否一致。如果相关参数不一致会直接导致GOOSE通信链路中断，接收方装置会报出GOOSE链路中断的告警。需要注意的是接收方的装置在检查相应的MAC目标地址、VLAN和优先级信息、APPID、GOID等参数时会严格区分英文字母的大小写格式是否一致，因此需要特别注意。

b.物理链路异常对GOOSE通信的影响

物理链路异常对GOOSE通信影响至关重要，通信链路中断的原因是由于通信链路中硬件设备损坏使得物理连接出现中断。造成物理链路异常的原因包括智能设备装置的光模块端口损坏、光模块端口衰耗过大、光纤衰耗过大、弯折损坏、光纤配线架中的光口法兰损坏或衰耗过大、光缆与光纤配线架的熔接工艺不好导致衰耗过大等。此时由于物理链路已经中断，所以接收方的装置将会发出GOOSE告警信息，同时装置会闭锁相关的装置功能。

GOOSE异常通信或通信链路中断会严重影响到相关保护功能实现，例如：当智能终端装置接收保护装置跳闸命令的数据集出现上述问题，保护装置会正确动作，智能终端无法接收到相应的跳闸命令，从而导致跳闸失败。当母差保护接收线路保护装置的启动失灵命令时，链路异常或中断，将导致线路保护动作后虽然发出了启动母差失灵的命令，但母差装置无法正常接收到相应信息的情形，使得母差失灵保护功能无法启动，造成母差失灵保护拒动的严重后果。其他情况也是如此，当相应的链路出现异常或中断时，会影响到与之相关的保护功能实现，导致保护装置无法动作或引起智能终端无法接收命令等问题。

3 检修机制对通信状态影响

在智能变电站中通信技术方案中无论是SV通信还是GOOSE通信都存在检修机制问题。为了便于每一设备单体检修测试，减少对运行监控人员的干扰，智能变电站中合并单元、智能终端、保护测控装置上均配置了“装置检修”硬压板。智能变电站中保护装置、合并单元、智能终端的检修状态切换是通过装置检修硬压板开入实现的。检修硬压板不能远方控制，只能就地操作，当检修硬压板投入时，表示装置处于检修状态。装置应通过适当的方式提醒运维人员该装置处于检修状态。智能变电站检修硬压板配置的目的与常规变电站相同，但由于智能变电站保护装置的发展、数据传输方式的变化使得检修机制的实现方式及对其他设备的影响有很大不同。智能二次设备的信息主要是以SV、GOOSE、MMS报文方式传输，检修机制会对其产生相应的影响。

GOOSE报文检修处理机制主要用于各种开关量传输。当某一个装置处于检修状态时，该装置所发送的GOOSE报文中的品质位会置检修位。接收方会将报文检修位与自身装置检修状态对比，当两者一致时才将报文数据作为有效数据进行相应的逻辑运算。测控装置则不同，当测控装置检修硬压板投入或接收到的GOOSE报文中的检修位任意一种情况发生时，装置GOOSE报文中传输的数据品质位会置检修位。

4 结束语

本文以天津范庄村220 kV新一代智能变电站为例，基于新一代智能变电站三层两网通信结构的特点，详细研究了GOOSE通信的要求和技术方案，提出了GOOSE通信异常的分类方式，分别分析了配置文件异常、物理链路异常对GOOSE通信的影响，检修机制对GOOSE通信状态影响,并通过工程实践加以验证，阐明了智能变电站现场调试及运行过程中针对GOOSE通信异常需注意的关键点，对现场实际工作有较好的指导作用。