智能變電站繼電保護(hù)裝置一鍵式測(cè)試方法及系統(tǒng)

劉 巍，趙 勇，石 光

（1.河南省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052；2.河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052）

0 引言

隨著輸變電設(shè)備的大量運(yùn)行，繼電保護(hù)檢驗(yàn)的工作量也成倍增加，繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試技術(shù)逐漸受到關(guān)注［1-7］，但由于繼電保護(hù)的重要性和復(fù)雜性，一直不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)測(cè)試。

智能變電站的建設(shè)及IEC61850協(xié)議的應(yīng)用為繼電保護(hù)自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的發(fā)展提供了更好的技術(shù)支撐平臺(tái)［8-12］，保護(hù)裝置需要的電流、電壓以采樣值（SV）報(bào)文的形式從光以太網(wǎng)口獲取，因而測(cè)試不再需要考慮模擬量的接線及功率放大問(wèn)題；保護(hù)的開(kāi)入信號(hào)及跳合閘出口以GOOSE報(bào)文的形式通過(guò)光以太網(wǎng)口傳輸，且通過(guò)GOOSE指令也可對(duì)智能開(kāi)關(guān)置檢修模式，閉鎖智能開(kāi)關(guān)的跳閘和合閘功能，測(cè)試不再需要復(fù)雜的接線。

目前，整個(gè)智能變電站繼電保護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)過(guò)程需要2人以上在現(xiàn)場(chǎng)共同完成，檢驗(yàn)一套復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置一般需要2～3 d，而且要求現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)保護(hù)原理、測(cè)試方法、裝置配置等均非常熟悉，因此在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤檢驗(yàn)或檢驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行的情況。另外，目前還存在測(cè)試報(bào)告格式不固定、試驗(yàn)報(bào)告的整理需要花費(fèi)大量時(shí)間的問(wèn)題，且由于報(bào)告為手工處理，很難保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

本文從智能變電站繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)和測(cè)試需求出發(fā)，提出了智能變電站繼電保護(hù)裝置一鍵式測(cè)試的概念。采用該測(cè)試方法能夠極大簡(jiǎn)化繼電保護(hù)測(cè)試過(guò)程，提高工作效率，是智能變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。

1 一鍵式測(cè)試方法

1.1 配置信息自動(dòng)導(dǎo)入

由于智能變電站中各智能電子設(shè)備（IED）的各種信息（功能、指標(biāo)、參數(shù)等）都包含在系統(tǒng)配置描述（SCD）文件和自身的IED配置描述（CID）文件中，這就給繼電保護(hù)裝置一鍵式測(cè)試提供了技術(shù)基礎(chǔ)［13］。

繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)一鍵式測(cè)試最重要的是按照繼電保護(hù)裝置保護(hù)定值自動(dòng)計(jì)算測(cè)試參數(shù)，繼電保護(hù)裝置通道配置及定值的導(dǎo)入是非常關(guān)鍵的步驟。一鍵式測(cè)試裝置可以通過(guò)導(dǎo)入被測(cè)繼電保護(hù)裝置的CID文件或者全站配置的SCD文件來(lái)獲取被測(cè)繼電保護(hù)裝置的參數(shù)、通道配置、指標(biāo)等信息，通過(guò)MMS網(wǎng)絡(luò)獲取定值信息，并且還可以通過(guò)發(fā)送和接收GOOSE信息自動(dòng)投退檢驗(yàn)所需的軟壓板，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置。

1.2 一鍵式自動(dòng)測(cè)試

一鍵式測(cè)試系統(tǒng)接線圖如圖1所示，IEC61850一鍵式測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)光纖分別接入SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)和MMS網(wǎng)?；贗EC61850網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的特點(diǎn)，一鍵式測(cè)試裝置通過(guò)SCD文件配置待測(cè)繼電保護(hù)裝置和智能單元信息，通過(guò)MMS網(wǎng)獲取保護(hù)裝置保護(hù)定值信息，尤其對(duì)于新建變電站，以配置文件形式配置好所有待測(cè)保護(hù)裝置（如線路保護(hù)、主變保護(hù)、母差保護(hù)等）的信息；將原有的MU斷電，一鍵式測(cè)試系統(tǒng)模擬MU給相應(yīng)保護(hù)裝置發(fā)信息，通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收保護(hù)裝置的跳閘信息和智能終端的斷路器位置信息，同時(shí)通過(guò)MMS網(wǎng)接收保護(hù)裝置上傳給主站系統(tǒng)的SOE和故障動(dòng)作報(bào)文信息。

例如過(guò)流保護(hù)裝置的測(cè)試，一鍵式測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)配置信息，通過(guò)MMS光以太網(wǎng)口向繼電保護(hù)裝置發(fā)送信息自動(dòng)投退保護(hù)試驗(yàn)項(xiàng)目所需的軟壓板及相關(guān)聯(lián)閉鎖條件，再向繼電保護(hù)裝置發(fā)送SV報(bào)文，SV報(bào)文分別為繼電保護(hù)裝置定值的95%和1.05倍。若繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作，則一鍵式測(cè)試裝置自動(dòng)調(diào)整輸出的SV報(bào)文，使其分別為保護(hù)定值的1.2倍（過(guò)量）或70%（欠量），并自動(dòng)記錄動(dòng)作時(shí)間；若被測(cè)裝置不正確動(dòng)作，一鍵式測(cè)試裝置將發(fā)出該繼電保護(hù)裝置測(cè)試項(xiàng)目異常告警，并停止試驗(yàn)。一個(gè)保護(hù)項(xiàng)目完成后自動(dòng)切換進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，直至全部試驗(yàn)項(xiàng)目完成。一鍵式測(cè)試裝置根據(jù)測(cè)試情況自動(dòng)給出實(shí)驗(yàn)報(bào)告供測(cè)試人員查閱。

圖1 一鍵式測(cè)試系統(tǒng)Fig.1 One-key test system

1.3 一鍵式測(cè)試具體流程

通過(guò)導(dǎo)入SCD文件，獲取全站裝置的配置，得到各個(gè)裝置中的數(shù)據(jù)流向，包括SV流向和GOOSE流向。在這些信息的基礎(chǔ)上，后臺(tái)軟件搭建全站模型，列舉全站設(shè)備信息。測(cè)試之前用戶需要選擇測(cè)試哪些設(shè)備，選定測(cè)試設(shè)備和測(cè)試項(xiàng)目后，測(cè)試系統(tǒng)會(huì)列出需要配置的信息，包括各相相關(guān)定值和保護(hù)裝置的相關(guān)動(dòng)作行為定義等內(nèi)容。用戶可手動(dòng)配置這些信息，也可通過(guò)導(dǎo)入保護(hù)裝置的內(nèi)部配置文件獲取動(dòng)作行為定義，通過(guò)之前導(dǎo)入的全站定值單選取相關(guān)定值。測(cè)試系統(tǒng)將裝置信息、動(dòng)作行為定義和定值三方面信息進(jìn)行整合，得到測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方案以及測(cè)試結(jié)果模板，用戶可對(duì)測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試結(jié)果模板進(jìn)行調(diào)整，確認(rèn)所有信息后即可開(kāi)始進(jìn)行一鍵式測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)之前的相關(guān)配置進(jìn)行測(cè)試并輸出測(cè)試結(jié)果。一鍵式測(cè)試流程如圖2所示。

圖2 一鍵式測(cè)試流程Fig.2 Flowchart of one-key test

2 一鍵式測(cè)試系統(tǒng)

2.1 硬件平臺(tái)

一鍵式測(cè)試智能變電站繼電保護(hù)裝置的系統(tǒng)包括IEC61850繼電保護(hù)測(cè)試儀、計(jì)算機(jī)、被測(cè)繼電保護(hù)裝置等，計(jì)算機(jī)通過(guò)電以太網(wǎng)口與IEC61850繼電保護(hù)測(cè)試儀連接。計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)SCD和CID文件的導(dǎo)入、測(cè)試過(guò)程控制管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成、用戶圖形用戶界面（GUI）等；IEC61850繼電保護(hù)測(cè)試儀接收計(jì)算機(jī)下發(fā)的配置、試驗(yàn)控制等指令，發(fā)出相應(yīng)的SV報(bào)文或GOOSE報(bào)文，對(duì)被測(cè)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試；為兼容現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量硬接點(diǎn)信號(hào)，設(shè)計(jì)了8路硬接點(diǎn)開(kāi)入量接入和4路硬接點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出；系統(tǒng)可以通過(guò)GPS的光IRIG-B碼進(jìn)行對(duì)時(shí)。系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。

圖3 一鍵式測(cè)試硬件平臺(tái)框圖Fig.3 Hardware platform of one-key test

IEC61850繼電保護(hù)測(cè)試儀可以通過(guò)4組光以太網(wǎng)口對(duì)多個(gè)不同的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，也可以對(duì)一個(gè)繼電保護(hù)裝置的不同光以太網(wǎng)接口進(jìn)行試驗(yàn)，IEC61850繼電保護(hù)測(cè)試儀是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，采用新一代數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）+現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）構(gòu)成的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力使其發(fā)送SV報(bào)文時(shí)仍能夠保證極高的輸出穩(wěn)定性，同時(shí)保證最大采樣率不低于現(xiàn)場(chǎng)電子式電壓互感器（EVT）和電子式電流互感器（ECT）采樣率，能夠發(fā)送和接收解析多達(dá)20組GOOSE報(bào)文，1組GOOSE報(bào)文最多支持32個(gè)GOOSE數(shù)據(jù)。

2.2 軟件平臺(tái)

測(cè)試軟件機(jī)構(gòu)應(yīng)包含公用平臺(tái)和功能模塊兩部分。功能模塊設(shè)計(jì)成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式，按照測(cè)試功能需要，劃分為多種不同的小模塊，由于劃分的功能很細(xì)，每個(gè)模塊的功能就相對(duì)簡(jiǎn)單，接口參數(shù)很少，便于使用。公用平臺(tái)只包含各個(gè)模塊的公用部分，其作為運(yùn)行平臺(tái)，始終處于打開(kāi)狀態(tài)，以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式調(diào)用測(cè)試功能模塊，隨時(shí)可以打開(kāi)和關(guān)閉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定。

公用平臺(tái)軟件是以模板方式調(diào)用功能模塊運(yùn)行的。模板是模塊調(diào)用和參數(shù)定義的格式文件，采用字符方式編寫。不同的測(cè)試功能通過(guò)不同的模板文件定義。測(cè)試軟件的運(yùn)行過(guò)程就是公用平臺(tái)運(yùn)行測(cè)試模板的過(guò)程?；跍y(cè)試模板技術(shù)，可以組織測(cè)試流程、定義測(cè)試方法、計(jì)算測(cè)試參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一鍵式測(cè)試過(guò)程。

3 結(jié)語(yǔ)

智能變電站和IEC61850規(guī)約的實(shí)施為繼電保護(hù)裝置的一鍵式智能測(cè)試打下了良好基礎(chǔ)。本文闡述了一鍵式智能測(cè)試的基本思想和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出了測(cè)試的流程，研究了一鍵式測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了智能變電站測(cè)試技術(shù)自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)。