胡再超，姚 亮，張 堯

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 211100)

隨著電力系統(tǒng)發(fā)展及通信技術(shù)進步，數(shù)字化變電站越來越受到專業(yè)人員的重視。經(jīng)過前期智能變電站試點工程的探索，在電力系統(tǒng)內(nèi)部，相關(guān)智能變電站的設(shè)計、生產(chǎn)、建設(shè)標準已經(jīng)初步完善。2012年以來智能變電站的建設(shè)速度大大加快，其建設(shè)規(guī)模越來越大。在繼電保護設(shè)備從生產(chǎn)到運行的各個環(huán)節(jié)，自動化程度越來越高，測試作為研發(fā)生產(chǎn)、變電站投運前的重要環(huán)節(jié)，由于自動化程度還不高，導(dǎo)致繼電保護進行全面測試需要占用很多的資源，工作效率較低，即便如此也不能保證對保護設(shè)備測試的充分性。尤其是智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的交流接入、開關(guān)量輸入和輸出，取消了傳統(tǒng)電纜連接，采用光纖通信技術(shù)，模擬量和開關(guān)量都不再是電信號，而以報文方式傳輸，因此亟需對目前測試方法進行改進。通過自動化測試，分析動作報文和監(jiān)視智能終端動作接點，測試每一個環(huán)節(jié)，提高研發(fā)效率和工程質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)繼電保護測試的現(xiàn)狀

目前繼電保護測試通常是基于保護原理的單一功能測試，在裝置層面的系統(tǒng)測試需要測試人員全程參與，而且測試項目有限[1，2]。以距離保護為例，其測試流程通常如下：（1）將測試儀相應(yīng)的電壓、電流輸出端子接到保護的電壓、電流輸入端子上；保護裝置的跳、合閘輸出接點連接到測試儀的開關(guān)量輸入端。（2）根據(jù)不同測試項目在保護裝置上修改定值參數(shù)及壓板。（3）選擇測試應(yīng)用軟件中距離保護功能測試組件，設(shè)置試驗參數(shù)：故障類型、故障阻抗、故障電流及故障時間和方向等，確認上述測試項目，聯(lián)機測試。（4）評估當(dāng)前項目結(jié)果是否正確，測試人員記錄測試數(shù)據(jù)。然后進入下一個測試項目，再重復(fù)第（2）～（4）步的過程。

由此可見整個測試過程每個測試環(huán)節(jié)都需要人工參與，工作效率不高，而且對測試人員的水平有較高要求，在整理報告中的大量試驗數(shù)據(jù)時也往往容易出現(xiàn)人為錯誤[3]。

2 智能繼電保護的特點

智能變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層(過程層、間隔層、站控層)構(gòu)建，建立在IEC 61850通信標準基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。智能變電站是應(yīng)用IEC 61850進行建模和通信的變電站，體現(xiàn)在過程層設(shè)備數(shù)字化、整個站內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)化和開關(guān)設(shè)備智能化。智能繼電保護相對傳統(tǒng)繼電保護裝置，其模擬量輸入采用采樣值（SV）報文傳輸和開關(guān)量信號通過面向通用對象的變電站事件（GOOSE）報文傳輸，不再采用電纜接線的方式將跳閘信號、電壓電流跟測試儀連接，因此傳統(tǒng)的繼電保護測試儀不能滿足智能繼電保護測試的需求。對于采用SV和GOOSE的繼電保護裝置來說，需要開發(fā)全新的測試系統(tǒng)，解讀不是很直觀的報文，將抽象的信息實例化。由于智能繼電保護基于IEC 61850標準開發(fā)，采用統(tǒng)一的面向?qū)ο竽Ｐ秃妥晕颐枋?，滿足應(yīng)用互操作和信息共享的要求，因此自動測試軟件只要解析裝置中智能電子設(shè)備的能力描述（ICD）文件就能適應(yīng)于不同設(shè)備制造廠家生產(chǎn)的不同保護裝置。

3 基于IEC 61850智能變電站繼電保護自動測試

傳統(tǒng)繼電保護自動測試由通信控制程序和測試平臺程序組成。通信控制程序與保護裝置通信實現(xiàn)修改保護定值、投退功能壓板、上傳保護動作信息功能。測試平臺程序除了實現(xiàn)自動測試項目，在完成測試后自動生成文本格式的報告，還提供與通信控制程序的通信接口和規(guī)約。通過通信控制程序和測試平臺程序相配合，實現(xiàn)繼電保護的自動測試。該自動測試系統(tǒng)的工作流程如圖1所示，可分為以下5部分。

圖1 傳統(tǒng)自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）自動測試控制中心平臺連接保護裝置和測試儀；（2）測試平臺程序作為測試項目執(zhí)行單元輸出模擬量和開出量，按照測試方案配置測試項目；（3）由控制中心平臺發(fā)起自動測試功能，通信控制程序?qū)崿F(xiàn)保護裝置的控制和接受信息反饋；（4）控制中心平臺根據(jù)測試項目和裝置反饋信息智能評估保護動作行為是否正確，并自動進入下一步的測試項目，直至完成保護裝置全部測試項目；（5）控制中心平臺完成保護裝置測試后，自動生成測試報告。

傳統(tǒng)測試方法的關(guān)鍵是測試模板的設(shè)計，測試模板主要包括2個部分：一是與保護裝置相關(guān)的定值、壓板等功能設(shè)置；二是與測試儀相關(guān)的輸入輸出配置。對于每一個繼電保護功能都需要設(shè)計對應(yīng)測試模板，再以距離保護為例，其需要測試其阻抗繼電器測量精度及邊界范圍、時間繼電器精度及阻抗定值、時間定值整定范圍邊界。因此需要在保護測試前建立測試模板庫，并驗證模板文件的正確性和完整性。模板庫形成后，作為該裝置的測試用例，但在后續(xù)軟件版本的測試中，仍需要根據(jù)軟件的變動情況做相應(yīng)調(diào)整[4]。

4 智能變電站繼電保護自動測試方法

智能變電站的繼電保護裝置應(yīng)用SV和GOOSE報文傳輸，因此通信控制程序要實現(xiàn)解析ICD文件對SV、GOOSE信息實現(xiàn)自動配置，測試儀需既可以支持IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2幀格式發(fā)送SV、收發(fā)GOOSE信息，也能輸出符合IEC 60044-7/8規(guī)范的FT3格式的SV，訂閱/發(fā)布多個不同制造報文規(guī)范（MMS）和GOOSE控制塊信息，實現(xiàn)對保護裝置及智能操作箱的測試[5-8]，如圖2所示。

圖2 智能化自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在對指定裝置測試過程中，傳統(tǒng)測試方法已基本實現(xiàn)了自動化測試，但仍需人工維護測試模板。該模板對指定的裝置可以重復(fù)利用，但是不同軟件版本或保護裝置，由于保護功能和定值差異，測試模板需要重新編寫或修改，當(dāng)測試模板庫較多時，測試模板維護工作量就很大?；贗EC 61850通信標準，各個廠家的保護裝置具有信息共享，可實現(xiàn)互操。因此可以通過讀取保護的ICD文件，根據(jù)文件中保護邏輯節(jié)點（LN）及LN對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象（DO）實現(xiàn)自動生成測試模板，能適用于不同功能的保護裝置。該方法提高了自動測試的適應(yīng)性，簡化了模板文件的設(shè)計工作，提高了工作效率。

4.1 通信控制程序

通信控制程序與保護裝置連接，根據(jù)自動測試控制中心命令對保護裝置進行以下操作：（1）整定定值、投退壓板；（2）上召保護裝置動作事件、錄波并保存；（3）讀取保護裝置的ICD文件。

其通過自動測試控制中心平臺接受測試平臺的反饋信息：（1）接收控制中心平臺的信息是否成功，成功則繼續(xù)進行自動測試，失敗則提示通信失敗，自動測試結(jié)束；（2）裝置運行狀態(tài)異?；蚋婢?，若返回裝置告警，則立即停止測試，記錄裝置告警事件和日志等；（3）根據(jù)自動測試項目，記錄保護裝置的動作信息和錄波數(shù)據(jù)。自動測試控制中心平臺界面如圖3所示。

4.2 保護測試模板的自動生成

利用通信控制程序解析ICD文件，根據(jù)ICD文件中不同的LN種類調(diào)用基礎(chǔ)測試模塊，再通過LN中DO，對定值、壓板做詳細的功能測試，例如解析LN距離（Distance，PDIS）就可以調(diào)用阻抗測試的模塊，再根據(jù)“Phstr”相間距離Ⅰ段定值，結(jié)合“Rislod”負荷限制電阻定值、“LinAng”線路正序靈敏角等參數(shù)，“Phstr”中數(shù)據(jù)屬性（DA）“setMag”表示阻抗定值，“units”表示單位，“minVal”表示定值下限，“maxVal”表示定值上限，“stepSize”表示定值變化步長等[9]，其他不再贅述，依此就可以生成詳細的測試用例，自動實現(xiàn)相間距離Ⅰ段阻抗邊界的測量精度和段動作時間的測試。

4.3 測試平臺程序

自動測試控制中心通過通信接口及控制命令集與測試平臺程序交互。測試平臺程序解析測試模板，根據(jù)測試項目實現(xiàn)自動測試啟停和切換，并記錄測試數(shù)據(jù)。

測試平臺程序接受測試儀的反饋信息，每次測試判斷接收控制程序的信息成功與否，若測試項目結(jié)果出現(xiàn)非預(yù)期狀況，測試儀立即上送異常信息告知測試平臺該項測試失敗，測試模板中全部項目完成后，告知測試平臺。測試平臺根據(jù)這些反饋信號實現(xiàn)測試，通過與自動測試控制中心通信，實現(xiàn)測試記錄。

4.4 MMS和GOOSE報文解析

MMS報文解析包括命令過程分析、MMS到ACSI（抽象通信服務(wù)接口）映射分析、各種信息與應(yīng)用數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，報文異常告警，監(jiān)測報文是否符合每種服務(wù)定義的報文格式，并按順序記錄報文。正在測試的保護裝置中遙信數(shù)據(jù)集如圖4所示。

GOOSE報文解析包括檢查報文APDU(應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元)和ASDU(應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元)格式是否符合標準，通信過程分析（T0，T1，T2的時間間隔和對應(yīng)的StNum與SqNum變化關(guān)系），判斷報文是否存在發(fā)布超時、幀不連續(xù)、丟幀或者錯序等。正在測試的保護裝置中GOOSE數(shù)據(jù)集如圖5所示。

4.5 測試報告的生成

根據(jù)測試結(jié)果自動測試控制中心平臺程序應(yīng)用文本格式自動輸出測試報告。同時文本格式報告有很好的可讀性和兼容性，便于進一步整理分析和歸納總結(jié)。

5 結(jié)束語

基于IEC 61850標準的繼電保護設(shè)備可以實現(xiàn)信息共享和具有互操作性，測試平臺可以讀取不同設(shè)備制造廠家的保護裝置的ICD文件，驗證ICD文件的標準化和合法性，解析文件中LN的DO實例中定值、控制字、壓板等自動生成測試模板，根據(jù)研發(fā)和工程實際需要選取測試項目，實現(xiàn)繼電保護裝置自動測試。比較傳統(tǒng)測試方法，能自適應(yīng)不同保護裝置，既保證完整測試，又更大程度減少手動測試工作。其不僅適用設(shè)計開發(fā)階段，也能應(yīng)用在裝置生產(chǎn)和工程投運中，可提高開發(fā)制造產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短變電站調(diào)試工期。

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