0 引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的興起，變電站數(shù)字化、智能化的發(fā)展對于通信的要求逐漸提高，特別是對于信息傳輸?shù)膶?shí)時性來說，原有的 TCP /IP 協(xié)議已經(jīng)不能滿足需求，所以出現(xiàn)了基于 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時通信協(xié)議 GOOSE 報文。GOOSE 是IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中用于滿足變電站自動化系統(tǒng)快速報文需求，尤其是保護(hù)跳閘、開關(guān)變位信息傳輸而提出的一種快速報文機(jī)制［1］。智能終端作為智能變電站過程層設(shè)備，主要負(fù)責(zé)傳輸與跳閘信號以及開關(guān)刀閘位置等信息有關(guān)的 GOOSE 報文，GOOSE 時 標(biāo) 是 根 據(jù) IEC 61850 標(biāo) 準(zhǔn)，在GOOSE 報文中開關(guān)刀閘等雙點(diǎn)位置后的時間標(biāo)記，用于標(biāo)示變位時刻，因此 GOOSE 時標(biāo)會影響到保護(hù)裝置跳閘和重合閘的時間以及裝置各種保護(hù)之間的配合。所以對于時標(biāo)的準(zhǔn)確性要進(jìn)行測試使之滿足預(yù)先設(shè)定的要求，從而來避免實(shí)際時間與整定時間不符而造成的保護(hù)裝置拒動或者誤動。

目前，對 GOOSE 時標(biāo)的準(zhǔn)確性尚無成熟的驗證方法，本文在參考現(xiàn)有時鐘同步測試方法的基礎(chǔ)上，對比現(xiàn)有的 GOOSE 時標(biāo)測試方案提出了一種可以**測試 GOOSE 時標(biāo)準(zhǔn)確性的方法，即使用 GPS 主時鐘給數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和被測智能終端對時，使用數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的快速開關(guān)量輸出搭建電路，在整秒時輸出信號，使用示波器對時間測試回路發(fā)出的被測智能終端接收的測試信號和主時鐘的秒脈沖信號進(jìn)行比對，用來消除掉數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀快速開關(guān)量輸出存在的延時，以得到較為**的被測智能終端開關(guān)量輸入的時間，然后截獲被測智能終端發(fā)出的報文并檢測其中的時標(biāo)準(zhǔn)確度，*后通過現(xiàn)場試驗進(jìn)行了驗證，其結(jié)果證明了該方法的可行性。

1 與 GOOSE 時標(biāo)相關(guān)的時鐘同步精度測試

GOOSE 時標(biāo)也常常用來進(jìn)行時鐘同步的精度測試，現(xiàn)有的兩種方法是:

一種是基于 GOOSE 機(jī)制的 IED 網(wǎng)絡(luò)化時鐘同步精度的測試方法［2，3］，從 GOOSE 源引出兩條等長同性的短距光纖分別與時鐘測試儀和被測IED 相連，且被測 IED 與時鐘測試儀時鐘同步;GOOSE 源向時鐘測試儀和被測 IED 同時發(fā)送GOOSE 報文;被測 IED 與時鐘測試儀接收到報文，并分別獲取時間標(biāo)簽 T2、T3 ; 被測 IED 將GOOSE 報文上送至?xí)r鐘測試儀，則時間標(biāo)簽 T2與 T3 的差值為被測 IED 時鐘同步誤差值。測試系統(tǒng)示意圖如下圖 1 所示。本方法中各功能獨(dú)立，可以根據(jù)需求，實(shí)現(xiàn) IEEE 1588、SNTP 等多種同步方式的時鐘同步精度測試。

在這個方法中，GOOSE 時標(biāo)是用來反映時鐘的準(zhǔn)確度，GOOSE 時標(biāo)是手段，測試目標(biāo)是 IED設(shè)備的時鐘，方法是兩組實(shí)驗的測試時間做差。而本文所說的測試方法是指通過開關(guān)硬接點(diǎn)來測試 GOOSE 時標(biāo)準(zhǔn)確度，硬接點(diǎn)是測試手段，測試目標(biāo)是 GOOSE 時標(biāo)，方法是用 GOOSE 時標(biāo)與**時間進(jìn)行比較。

另一種是采用 IEEE 1588 協(xié)議的智能裝置時間同步精度測試方法［4-6］，測試系統(tǒng)示意圖如下圖 2 所示，時間測試儀作為主鐘，向被測智能設(shè)備發(fā)出 IEEE 1588 同步報文建立穩(wěn)定時間同步;信號發(fā)生設(shè)備向被測智能裝置和時間測試儀同時輸入開關(guān)量電信號;時間測試儀和被測智能裝置分別捕獲輸入的開關(guān)量電信號的時間戳，被測智能裝置產(chǎn)生 GOOSE 報文向時間測試儀發(fā)送;時間測試儀提取接收到 GOOSE 報文中的被測智能裝置開關(guān)量輸入時間戳，該時間戳與時間測試儀時間戳差值的**值就是被測智能裝置的時間同步誤差以上兩種方法都是介紹了時鐘同步精度的測試方法，并且在測試過程中涉及到了 GOOSE時標(biāo)，但是沒有給出 GOOSE 時標(biāo)較為**的測試方法。而本文主要是對智能裝置的 GOOSE 時標(biāo)(時間戳［7］)進(jìn)行測試，所以說測試目的和測試

方法與上述兩者都不相同。

從上述對于時間同步的分析中可以看出，時鐘同步測試可以分為兩個步驟，一是選取合適的參照點(diǎn)，二是用時間測試儀進(jìn)行被測信號與參照點(diǎn)的比對。測試的準(zhǔn)確性取決于兩個方面，一方面是選擇用來作為參照的時間是否**，另一方面是盡可能減少引起被測信號與參照時間之間差值誤差的因素。從波形的角度來說就是要求參照波形盡可能接近于理想的脈沖波形，即上升與下降的速度快，并且被測信號與參照信號在進(jìn)行比對時，要盡可能減小兩者之間差值的誤差。

2 GOOSE 時標(biāo)的測量方法

2． 1 現(xiàn)有的 GOOSE 時標(biāo)的測試方法對 GOOSE 時標(biāo)進(jìn)行測試的時候可以參照上述測試同步的方法，即選取合適的參照時間點(diǎn)，然后用截獲的 GOOSE 報文與之進(jìn)行比對，現(xiàn)有的 GOOSE 時標(biāo)測試方法主要有兩種:一種是采用 GPS 主時鐘直接開關(guān)量輸出硬節(jié)點(diǎn)信號給被測智能終端，截獲被測智能終端發(fā)出的報文并檢測其中的時標(biāo)準(zhǔn)確度。在這種方案里面，GPS 主時鐘作為參照點(diǎn)，然后用截獲的GOOSE 報文與主時鐘進(jìn)行比對。

它的缺點(diǎn)在于 GPS 主時鐘提供的開關(guān)量輸出硬節(jié)點(diǎn)為機(jī)械節(jié)點(diǎn)，存在節(jié)點(diǎn)抖動，因此被測智能終端接收到的信號就存在抖動，無法**標(biāo)記信號的時標(biāo)，測試結(jié)果的誤差范圍過大。

另一種是采用 GPS 主時鐘給數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和被測智能終端對時，使用數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀快速開關(guān)量輸出信號給被測智能終端，截獲被測智能終端發(fā)出的報文并檢測其中的時標(biāo)準(zhǔn)確度。

這種測試方法在**種方法的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，基于數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的開關(guān)量輸出信號進(jìn)行時標(biāo)**度的測試，雖然可以避開機(jī)械節(jié)點(diǎn)的抖動，但是由于數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的快速開關(guān)量輸出具有上升快、下降略慢的特點(diǎn)，其波形如圖 3 所示，被測智能終端收到信號的時標(biāo)**，但信號復(fù)歸的時標(biāo)測量結(jié)果誤差較大。

2． 2 **測量 GOOSE 時標(biāo)的方法

本文結(jié)合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，重新設(shè)計了時間測試回路，測試系統(tǒng)的示意圖如圖 4 所示。所用到的設(shè)備主要有 GPS 主時鐘、數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀、報文截獲設(shè)備以及示波器，其中GPS 主時鐘分別連接于所述被測智能終端、數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和示波器，GPS 主時鐘通過光纖給數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和被測智能終端進(jìn)行 B 碼對時;被測智能終端接收數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀傳送的電平信號，并將接收到的電平信號轉(zhuǎn)換為報文;報文截獲設(shè)備與被測智能終端連接，從被測智能終端上截獲 GOOSE 報文，記錄報文中被測智能終端開入變位的時刻;示波器連接數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和 GPS 主時鐘，監(jiān)視并記錄 GPS 主時鐘的秒脈沖信號與被測智能終端接收到的電平信號(即數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀開關(guān)量輸出信號)，通過這種方法可以避開數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀開關(guān)量輸出時的延時，能夠得到較為**的 GOOSE 時標(biāo)。

基于以上的論述，結(jié)合被測智能終端的內(nèi)部阻抗，搭建如圖 5 所示的時間測試回路。

在圖 5 中，220 V 直流電源的正極通過匹配的電阻接入被測智能終端的開關(guān)量輸入，被測智能終端的開關(guān)量公共端連接到 220 V 直流電源的負(fù)極;數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的開關(guān)量輸出一端連接在被測智能終端的開關(guān)量輸入上，另一端連接在被測智能終端的開關(guān)量公共端上;GPS 主時鐘通過光纖給數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和被測智能終端對時;報文截獲設(shè)備通過光纖從被測智能終端上截獲其發(fā)出的報文。

測試開始前，數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀開關(guān)接點(diǎn)斷開，虛線以上回路斷開，被測智能終端開入信號為 1(高電平);在設(shè)定時間點(diǎn) T1 (一般選擇整秒的時刻)上，數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀開關(guān)節(jié)點(diǎn)快速閉合，從而導(dǎo)通虛線以上部分回路，使得被測智能終端開入信號為 0(低電平);經(jīng)過設(shè)定時間后，數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀開關(guān)節(jié)點(diǎn)快速打開，斷開虛線以上部分回路，直流正電通過電阻加到被測智能終端開關(guān)量輸入上，使得被測智能終端開入信號為 1，通過示波器來監(jiān)視主時鐘的秒脈沖和被測智能終端接收的測試信號，得到秒脈沖信號的變位時刻 T1 與所述被測智能終端的開入變位時刻 T3，兩者的時間差記為△t，可以確

認(rèn)被測智能終端接收的信號與秒脈沖的時間差值在 15 μs 左右。

被測智能終端接收到開入信號后，發(fā)出的GOOSE 報文被截獲，GOOSE 報文中該開入變位時間記為 T2。對比報文中的時標(biāo)與主時鐘的時間，就可以達(dá)到檢測智能終端 GOOSE 時標(biāo)準(zhǔn)確性的目的，即 t = T2 － Δt － T1。主時鐘的秒脈沖、被測智能終端和被截獲的GOOSE 報文 3 個信號所對應(yīng)的時間的位置關(guān)系如圖 6 所示。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

在現(xiàn)場實(shí)際測試中，首先搭建如圖 5 所示的智能終端時間性能測試回路。本測試方法中使用示波器記錄被測智能終端的開入變位時刻，故可以保證測試的時間精度。具體測試步驟如下:

(1)在圖 5 所示的測試系統(tǒng)中，初始狀態(tài)數(shù)字繼電保護(hù)測試儀接點(diǎn)為斷開狀態(tài)，正電通過電阻連接到被測智能終端的開入輸入端，被測智能終端的開入為 1;

(2)主時鐘給數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀和被測智能終端對時;

(3)在設(shè)定時間 T1 (通常選取整秒時間)，數(shù)字繼電保護(hù)測試儀接點(diǎn)閉合，負(fù)電通過數(shù)字繼電保護(hù)測試儀的接點(diǎn)連接至被測智能終端的開入輸入端，該開入變位為 0;

(4) 在此過程中，使用示波器監(jiān)視并記錄PPS 脈沖和被測智能終端的開入輸入電位，得到開入量變位的時刻與秒脈沖變位的時間差 Δt，如圖 7 所示，圖 7 中給出了開入信號分別處于上升和下降時的比對波形，圖 7 中上方曲線為測試信號，下方曲線為秒脈沖，a，b 兩個時刻之間的差值為兩者變位的時間差 Δt，數(shù)值小于 15 μs;

(5)捕獲智能終端變位后發(fā)出的 GOOSE 報文，查看被測智能終端報文中記載的開入變位的時刻 T2 ;

(6)計算得到被測智能終端的 GOOSE 時標(biāo)的記錄偏差 t = T2 － Δt － T1。整個過程中引入了被測智能終端開入量變位時刻與秒脈沖變位的時間差，給出了較為**的參考時間，從而可以大大的提高 GOOSE 時標(biāo)的測量**性。

4 結(jié)論

(1 ) **提出了能夠**檢測智 能 終 端GOOSE 時標(biāo)的方法，重新設(shè)計了時間測試回路給出了整個測試的流程，并通過此方法檢驗了不同廠家智能終端 GOOSE 時標(biāo)的準(zhǔn)確性，對智能終端性能檢測有重要意義。

(2)通過試驗，發(fā)現(xiàn)了某些裝置存在時標(biāo)不準(zhǔn)確的問題，廠家針對問題進(jìn)行了整改，消除了智能變電站運(yùn)行中的隱患。試驗成果為電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計及設(shè)備選型提供了有力的依據(jù)。