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《電氣時代》2014年第五期

一、網絡結構

如圖1所示，在變電站內部署監測設備，接收與二次設備同源的時鐘設備授時，并且以GOOSE訂閱者身份接入GOOSE交換機，接收二次設備作為者周期性發送的對時狀態監測專用GOOSE報文。監測裝置根據接收到GOOSE報文的時間Ts和報文中攜帶的時標信息Td，并且考慮到組包與發包延遲Ks和網絡延遲Kn等影響因素，可計算出二次設備的對時時差Δt。監測裝置將監測數據（時標信息及時差數據）上送給監視平臺，由監視平臺顯示二次設備的對時狀態和對時精度。監測平臺提供了多種統計分析監測數據的方法，方便用戶統計、對比、分析二次設備對時時差。

二、GOOSE報文發送時刻選擇

二次設備周期性主動發送包含二次設備時標信息的GOOSE報文。變電站內二次設備眾多，若同時發送對時監測GOOSE報文，有可能引起網絡風暴，影響真正的GOOSE變位報文的傳送，也為對時監測裝置造成了瞬時計算壓力。因此選擇對時監測GOOSE報文的發送時刻變得極為重要。本文設計了對時GOOSE報文發送規則，使得發送時刻滿足二次設備間能夠錯時發送對時監測GOOSE報文。對時監測GOOSE報文發送時刻算法，是根據二次設備的MAC地址以及發送周期，換算出一個延時數，當發送周期到來時，延時一定時間（根據延時數確定）后再發送對時監測GOOSE報文。延時Tdly計算方法如下Tdly＝（X1X2^X3X4^X5X6）%Ts（2）式中，X1，X2，X3，X4，X5，X6為二次設備MAC地址，Ts為發送周期（單位：s）。發送周期可以選擇5min、10min、15min、20min或者30min。上式中，把MAC地址6段中的連續兩段作為2字節的十六進制數值，將3個數值進行異或運算；將異或運算后的結果除以周期秒數取余數。

三、對時監測GOOSE報文發送機制

iec61850標準規定，在事件發生后，通過重發相同的數據來獲得額外的可靠性，報文發送的時間間隔如圖2所示。根據本方案的特性以及對GOOSE網絡低使用率的原則，規定以下重傳機制。1）取消原有以固定時間間隔T0發送的報文，僅發送時間間隔為T1、T2和T3的報文。2）T1、T2和T3的時間間隔按照IEC61850的規定執行。3）周期發送時刻達到后，二次設備連續發送報文，其中每一個報文的EventTimestamp均需標記新時標，監測裝置以此時標作為二次設備的發送時刻。4）在該次發送的對時監測GOOSE報文組中，選取準確性最高監測數據作為本次監測結果。

四、對時狀態的判定及分析方法

IEC61850標準中要求GOOSE的處理傳輸時間小于4ms，為此Ts和Td的時差理論上應小于4ms，在實測系統中GOOSE處理傳輸時間一般小于2ms。1）由于二次設備自身的組包與發包延時Ks無法統計，且Ks計入二次設備的對時誤差。2）根據不同的GOOSE交換機和具體設備，網絡延時應視為常數，且適用于所有二次設備。3）二次設備所采用的對時方式不同，會直接影響其對時精度。4）所以，把Δd＝Ts－Td視為二次設備的對時精度。5）根據不同的對時方式設置不同的時差絕對值和相鄰時差的差值判定范圍，用于對二次設備的對時精度進行評級；允許1～2次對時狀態的異常，在穩態跳動狀態下才判定為異常；對二次設備之間進行橫向比對，判斷設備之間的對時準確性。6）同時，可以對單個設備進行長時間的跟蹤記錄，找出對時狀態的跳動規律，嘗試分析出引起對時狀態異常的原因。

五、對時監測GOOSE報文格式

1）GOOSE控制塊和數據集分別定義為gocbTmMon和dsTmMon。2）數據集僅包含一條布爾型數據，表示二次設備的對時狀態同步與否。3）對EventTimestamp字段的含義進行重新定義，表示每個報文的發送時刻，即每個GOOSE報文都需要重新標記時標。

六、二次設備對時狀態監測結果

監視后臺接收到監測裝置上傳的二次設備時間和基準時間并進行差值計算，若連續3個差值超過設定值時，則判定此二次設備的對時狀態有誤，并給出告警信息。圖3給出了某二次設備100min內的對時精度曲線。

七、結束語

本文根據智能變電站的特點，給出了智能變電站二次設備時間同步狀態的在線監測方案及實現。目前，以本方案為基礎的變電站二次設備時間狀態在線監測系統已經在常州、鎮江、揚州和淮安等變電站中部署。系統實時顯示了變電站內二次設備的對時狀態，為變電站工作人員及時發現對時故障設備提供了便利，并有助于發現設備的對時狀態規律，取得了良好的使用效果。

作者：沈琴霍雪松單位：南京農業大學工學院江蘇省電力公司