智能变电站新型母差刀闸位置指示装置研究

2022-04-22袁瑞辉卢泳茵李梦琪

电子测试 2022年6期

袁瑞辉，卢泳茵，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

本文提出一种智能变电站新型母差刀闸位置指示装置，其使用触摸面板显示线路的主接线图，集合一套母线保护装置中对应母线上的多条线路母线侧刀闸位置指示，具备刀闸变位情况和变位时间记录、刀闸位置异常告警功能，解决了母线保护装置无直观刀闸位置指示、不便于作业人员确认刀闸位置、存在造成母差保护误动风险的问题，排除了电力系统安全隐患，提高供电可靠性。

1 装置硬件结构

智能变电站新型母差刀闸位置指示装置由电源模块、CPU模块、FPGA模块、以太网接口模块、光串口模块、人机交互模块、存储控制器模块组成，图1为装置硬件结构图。

图1 装置硬件结构图

电源模块作为装置内部各模块的供电装置，其220V交流电压通过AC-DC转换，生成多组1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V等直流电源信号，为装置内部的所有硬件模块提供DC工作电压。

装置的FPGA模块的PCIE硬核及编写文件实现和CPU之间的快速通信，并实现对PCIE各BAR数据的搬移存储，TLP包的解析和组包。CPU模块通过FPGA模块的提供的报文数据，打包发送给CPU，CPU筛选出母线保护接收的GOOSE控制块，并将控制块中对应的隔离刀闸和断路器的虚端子信息经过图像处理，反馈到人机交互界面上。

光纤以太网接口模块主要用于接收交换机装置发送过来的报文，并传递给FPGA进行处理，本具备两个光纤以太网接口，通过GOOSE分别接收A1网和A2网的线路母线侧刀闸双点位置开入，为刀闸位置开入实现冗余配置，提高装置可靠性。

在实际运行时，光纤分别与A1网、A2网的中心交换机进行数据交换，A1网、A2网中心交换机通过VLAN配置将所需的线路母线侧刀闸信息通过GOOSE发送至线路刀闸位置监视装置，并通过主接线图及母线分图进行显示。

所述光串口模块实现对PPS，B码以及多速率及格式的FT3的自适应接收，主要用于接收光B码对时信号，将时钟信号给FPGA处理，使得装置与变电站内的时钟保持一致。

存储控制器模块实现大数据量的通信数据的缓存，包括接收GOOSE报文的打时标报文存储，接收数据的存储和数字量加量时的大量各种以太网报文的缓存。还包括对各种数据流的处理、分包、打包、转移。

2 装置关键技术

2.1 报文接收传输

图2为报文接收传输流程图，智能变电站新型母差刀闸位置指示装置对报文的接收传输流程为：

图2 报文接收传输流程图

（1）GOOSE报文等接收以后，在报文的头添加时标以及帧计数值，通道，速率，类型等信息，存储到初级RAM。接收的时候，如果帧与帧之间的间隔过短，容易造成存储溢出，导致丢帧；设置过滤条件的时候，MAC地址过滤最大可以64组，可以是目的地址，也可以是源地址，TYPE类型过滤最大只能16组。新型母差通过过滤将其他报文信息，提取母线保护GOOSE报文。

（2）各通路的RAM存储完一帧信息后发起触发信号，告知有数据到来，然后状态机判断当前二级RAM当前是否有其他路的RAM存储操作，有的话其他路等待。

（3）次级RAM有数据后，发起对PCIE映射的AM5728的地址写数据信息（数据是写到AM5728分配的地址空间），写完通知CPU有数据。

交换机时刻接收大量的报文，本发明装置快速找到GOOSE的方法为：将FPGA传送给CPU的每一帧报文再进行一次过滤处理，CPU通过报文类型、目的地址进行筛选，将筛选过后的报文逐帧进行解码，解包的报文与此变电站的SCD文件内容逐条对比，经过对APPID类型、goosePDU、gocbRef、dateSet、goID等的一番核验，则能识别出母线保护装置对应的GOOSE报文，其余报文不处理。

2.2 刀闸位置GOOSE混合接收

智能变电站新型母差刀闸位置指示装置采用刀闸位置GOOSE混合接收模式，即将A1网和A2网收到的报文通过FPGA和CPU的筛选过后，通过核验APPID类型、goosePDU、gocbRef、dateSet、goID等分别识别出A1网和A2网的母线保护装置的报文，并对报文的事件时标Event TimeStamp、状态序号StNum、顺序号SqNum等进行识别，当以上内容完全一致时，最后对A1网和A2网的所传输的GOOSE报文虚端子当前值（对应的刀闸通道）进行对比，当A1网和A2网的当前刀闸位置信息一致时，将位置信息实时反馈给主界面并显示当前刀闸位置情况；当A1网和A2网的当前刀闸位置信息不一致时，界面弹出告警信号，并在告警界面显示出详细异常通道的信息。

2.3 网络风暴抑制

智能变电站新型母差刀闸位置指示装置抑制网络风暴的方法：新型母差位置指示装置在接收交换机过来的报文时，通过光网口模块将每一帧报文传递给FPGA逐条处理，FPGA对接收的报文的目的地址（MAC地址）和以太网类型值进行判别等进行过滤，若报文类型为88B8，则将报文转送给CPU解包处理，报文类型值范围见表1。

表1 报文类型值范围

智能变电站新型母差刀闸位置指示装置在网络风暴抑制下可快速获取所需的GOOSE报文，即将FPGA传送给CPU的每一帧报文再进行一次过滤处理，CPU通过报文类型、目的地址进行筛选，将筛选过后的报文逐帧进行解码，解包的报文与此变电站的SCD文件内容逐条对比，经过对APPID类型、goosePDU、gocbRef、dateSet、goID等的一番核验，则能识别出母线保护装置对应的GOOSE报文，其余报文不处理。

3 装置应用实例

实际运行时，智能变电站将互感器和断路器的信息通过二次回路传输给合并单元和智能终端，合并单元和智能终端再将模拟信号转换成光数字报文传递给交换机，交换机再通过光纤传输给母线保护装置，同时将报文传递给新型母差位置指示装置。此时母线保护装置和新型母差位置指示装置可同时接收到交换机过来的信号，显示对应母线上的多条线路母线侧刀闸位置。示意图见图3。