0 引言

随着智能电网技术的兴起，变电站数字化、智能化的发展对于通信的要求逐渐提高，特别是对于信息传输的实时性来说，原有的 TCP /IP 协议已经不能满足需求，所以出现了基于 IEC 61850标准的实时通信协议 GOOSE 报文。GOOSE 是IEC 61850 标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求，尤其是保护跳闸、开关变位信息传输而提出的一种快速报文机制［1］。智能终端作为智能变电站过程层设备，主要负责传输与跳闸信号以及开关刀闸位置等信息有关的 GOOSE 报文，GOOSE 时 标 是 根 据 IEC 61850 标 准，在GOOSE 报文中开关刀闸等双点位置后的时间标记，用于标示变位时刻，因此 GOOSE 时标会影响到保护装置跳闸和重合闸的时间以及装置各种保护之间的配合。所以对于时标的准确性要进行测试使之满足预先设定的要求，从而来避免实际时间与整定时间不符而造成的保护装置拒动或者误动。

目前，对 GOOSE 时标的准确性尚无成熟的验证方法，本文在参考现有时钟同步测试方法的基础上，对比现有的 GOOSE 时标测试方案提出了一种可以**测试 GOOSE 时标准确性的方法，即使用 GPS 主时钟给数字式继电保护测试仪和被测智能终端对时，使用数字式继电保护测试仪的快速开关量输出搭建电路，在整秒时输出信号，使用示波器对时间测试回路发出的被测智能终端接收的测试信号和主时钟的秒脉冲信号进行比对，用来消除掉数字式继电保护测试仪快速开关量输出存在的延时，以得到较为**的被测智能终端开关量输入的时间，然后截获被测智能终端发出的报文并检测其中的时标准确度，*后通过现场试验进行了验证，其结果证明了该方法的可行性。

1 与 GOOSE 时标相关的时钟同步精度测试

GOOSE 时标也常常用来进行时钟同步的精度测试，现有的两种方法是:

一种是基于 GOOSE 机制的 IED 网络化时钟同步精度的测试方法［2，3］，从 GOOSE 源引出两条等长同性的短距光纤分别与时钟测试仪和被测IED 相连，且被测 IED 与时钟测试仪时钟同步;GOOSE 源向时钟测试仪和被测 IED 同时发送GOOSE 报文;被测 IED 与时钟测试仪接收到报文，并分别获取时间标签 T2、T3 ; 被测 IED 将GOOSE 报文上送至时钟测试仪，则时间标签 T2与 T3 的差值为被测 IED 时钟同步误差值。测试系统示意图如下图 1 所示。本方法中各功能独立，可以根据需求，实现 IEEE 1588、SNTP 等多种同步方式的时钟同步精度测试。

在这个方法中，GOOSE 时标是用来反映时钟的准确度，GOOSE 时标是手段，测试目标是 IED设备的时钟，方法是两组实验的测试时间做差。而本文所说的测试方法是指通过开关硬接点来测试 GOOSE 时标准确度，硬接点是测试手段，测试目标是 GOOSE 时标，方法是用 GOOSE 时标与**时间进行比较。

另一种是采用 IEEE 1588 协议的智能装置时间同步精度测试方法［4-6］，测试系统示意图如下图 2 所示，时间测试仪作为主钟，向被测智能设备发出 IEEE 1588 同步报文建立稳定时间同步;信号发生设备向被测智能装置和时间测试仪同时输入开关量电信号;时间测试仪和被测智能装置分别捕获输入的开关量电信号的时间戳，被测智能装置产生 GOOSE 报文向时间测试仪发送;时间测试仪提取接收到 GOOSE 报文中的被测智能装置开关量输入时间戳，该时间戳与时间测试仪时间戳差值的**值就是被测智能装置的时间同步误差以上两种方法都是介绍了时钟同步精度的测试方法，并且在测试过程中涉及到了 GOOSE时标，但是没有给出 GOOSE 时标较为**的测试方法。而本文主要是对智能装置的 GOOSE 时标(时间戳［7］)进行测试，所以说测试目的和测试

方法与上述两者都不相同。

从上述对于时间同步的分析中可以看出，时钟同步测试可以分为两个步骤，一是选取合适的参照点，二是用时间测试仪进行被测信号与参照点的比对。测试的准确性取决于两个方面，一方面是选择用来作为参照的时间是否**，另一方面是尽可能减少引起被测信号与参照时间之间差值误差的因素。从波形的角度来说就是要求参照波形尽可能接近于理想的脉冲波形，即上升与下降的速度快，并且被测信号与参照信号在进行比对时，要尽可能减小两者之间差值的误差。

2 GOOSE 时标的测量方法

2． 1 现有的 GOOSE 时标的测试方法对 GOOSE 时标进行测试的时候可以参照上述测试同步的方法，即选取合适的参照时间点，然后用截获的 GOOSE 报文与之进行比对，现有的 GOOSE 时标测试方法主要有两种:一种是采用 GPS 主时钟直接开关量输出硬节点信号给被测智能终端，截获被测智能终端发出的报文并检测其中的时标准确度。在这种方案里面，GPS 主时钟作为参照点，然后用截获的GOOSE 报文与主时钟进行比对。

它的缺点在于 GPS 主时钟提供的开关量输出硬节点为机械节点，存在节点抖动，因此被测智能终端接收到的信号就存在抖动，无法**标记信号的时标，测试结果的误差范围过大。

另一种是采用 GPS 主时钟给数字式继电保护测试仪和被测智能终端对时，使用数字式继电保护测试仪快速开关量输出信号给被测智能终端，截获被测智能终端发出的报文并检测其中的时标准确度。

这种测试方法在**种方法的基础上做出改进，基于数字式继电保护测试仪的开关量输出信号进行时标**度的测试，虽然可以避开机械节点的抖动，但是由于数字式继电保护测试仪的快速开关量输出具有上升快、下降略慢的特点，其波形如图 3 所示，被测智能终端收到信号的时标**，但信号复归的时标测量结果误差较大。

2． 2 **测量 GOOSE 时标的方法

本文结合了上述两种方法的优点，重新设计了时间测试回路，测试系统的示意图如图 4 所示。所用到的设备主要有 GPS 主时钟、数字式继电保护测试仪、报文截获设备以及示波器，其中GPS 主时钟分别连接于所述被测智能终端、数字式继电保护测试仪和示波器，GPS 主时钟通过光纤给数字式继电保护测试仪和被测智能终端进行 B 码对时;被测智能终端接收数字式继电保护测试仪传送的电平信号，并将接收到的电平信号转换为报文;报文截获设备与被测智能终端连接，从被测智能终端上截获 GOOSE 报文，记录报文中被测智能终端开入变位的时刻;示波器连接数字式继电保护测试仪和 GPS 主时钟，监视并记录 GPS 主时钟的秒脉冲信号与被测智能终端接收到的电平信号(即数字式继电保护测试仪开关量输出信号)，通过这种方法可以避开数字式继电保护测试仪开关量输出时的延时，能够得到较为**的 GOOSE 时标。

基于以上的论述，结合被测智能终端的内部阻抗，搭建如图 5 所示的时间测试回路。

在图 5 中，220 V 直流电源的正极通过匹配的电阻接入被测智能终端的开关量输入，被测智能终端的开关量公共端连接到 220 V 直流电源的负极;数字式继电保护测试仪的开关量输出一端连接在被测智能终端的开关量输入上，另一端连接在被测智能终端的开关量公共端上;GPS 主时钟通过光纤给数字式继电保护测试仪和被测智能终端对时;报文截获设备通过光纤从被测智能终端上截获其发出的报文。

测试开始前，数字式继电保护测试仪开关接点断开，虚线以上回路断开，被测智能终端开入信号为 1(高电平);在设定时间点 T1 (一般选择整秒的时刻)上，数字式继电保护测试仪开关节点快速闭合，从而导通虚线以上部分回路，使得被测智能终端开入信号为 0(低电平);经过设定时间后，数字式继电保护测试仪开关节点快速打开，断开虚线以上部分回路，直流正电通过电阻加到被测智能终端开关量输入上，使得被测智能终端开入信号为 1，通过示波器来监视主时钟的秒脉冲和被测智能终端接收的测试信号，得到秒脉冲信号的变位时刻 T1 与所述被测智能终端的开入变位时刻 T3，两者的时间差记为△t，可以确

认被测智能终端接收的信号与秒脉冲的时间差值在 15 μs 左右。

被测智能终端接收到开入信号后，发出的GOOSE 报文被截获，GOOSE 报文中该开入变位时间记为 T2。对比报文中的时标与主时钟的时间，就可以达到检测智能终端 GOOSE 时标准确性的目的，即 t = T2 － Δt － T1。主时钟的秒脉冲、被测智能终端和被截获的GOOSE 报文 3 个信号所对应的时间的位置关系如图 6 所示。

3 现场应用

在现场实际测试中，首先搭建如图 5 所示的智能终端时间性能测试回路。本测试方法中使用示波器记录被测智能终端的开入变位时刻，故可以保证测试的时间精度。具体测试步骤如下:

(1)在图 5 所示的测试系统中，初始状态数字继电保护测试仪接点为断开状态，正电通过电阻连接到被测智能终端的开入输入端，被测智能终端的开入为 1;

(2)主时钟给数字式继电保护测试仪和被测智能终端对时;

(3)在设定时间 T1 (通常选取整秒时间)，数字继电保护测试仪接点闭合，负电通过数字继电保护测试仪的接点连接至被测智能终端的开入输入端，该开入变位为 0;

(4) 在此过程中，使用示波器监视并记录PPS 脉冲和被测智能终端的开入输入电位，得到开入量变位的时刻与秒脉冲变位的时间差 Δt，如图 7 所示，图 7 中给出了开入信号分别处于上升和下降时的比对波形，图 7 中上方曲线为测试信号，下方曲线为秒脉冲，a，b 两个时刻之间的差值为两者变位的时间差 Δt，数值小于 15 μs;

(5)捕获智能终端变位后发出的 GOOSE 报文，查看被测智能终端报文中记载的开入变位的时刻 T2 ;

(6)计算得到被测智能终端的 GOOSE 时标的记录偏差 t = T2 － Δt － T1。整个过程中引入了被测智能终端开入量变位时刻与秒脉冲变位的时间差，给出了较为**的参考时间，从而可以大大的提高 GOOSE 时标的测量**性。

4 结论

(1 ) **提出了能够**检测智 能 终 端GOOSE 时标的方法，重新设计了时间测试回路给出了整个测试的流程，并通过此方法检验了不同厂家智能终端 GOOSE 时标的准确性，对智能终端性能检测有重要意义。

(2)通过试验，发现了某些装置存在时标不准确的问题，厂家针对问题进行了整改，消除了智能变电站运行中的隐患。试验成果为电网规划、设计及设备选型提供了有力的依据。