智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)分析

徐 煌，李海欣

（國網(wǎng)福州供電公司，福建福州 350009）

通信技術(shù)、電子技術(shù)在新時代背景下日漸完善，而模糊邏輯、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能技術(shù)現(xiàn)已逐漸被應用到變電站繼電保護裝置中，促進了繼電保護測試工作的數(shù)字化發(fā)展，并有助于智能變電站的建設。但現(xiàn)階段智能變電站繼電保護裝置自動測試相關(guān)技術(shù)仍存有一定缺陷，測試儀自動測試性能不佳，仍需人工輔助，且需手動記錄測試結(jié)果，在一定程度上增加了人工工作量。在此情況下，需要借助數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建行之有效的繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)。

1 繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)整體架構(gòu)思路

1.1 硬件設計

智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是確保其性能良好發(fā)揮的主要支撐，包括測試儀、交換機、測試端、數(shù)字保護裝置，以交換機為紐帶銜接測試儀、測試端與數(shù)字保護裝置，搭建一個完整的通信鏈路，同時用光纖連接數(shù)字保護裝置與測試儀[1]。在此硬件結(jié)構(gòu)中，所有自動測試活動均基于測試端完成，自動測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

圖1 自動測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.2 軟件框架

自動測試系統(tǒng)軟件框架見圖2，其主要由兩個軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即自動測試結(jié)構(gòu)和二次開發(fā)結(jié)構(gòu)。自動測試結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于自動測試模塊，其與標準報告、MMS（多媒體信息服務協(xié)議）通信模塊、測試儀接口相連接。當自動測試系統(tǒng)運行時，標準報告模塊與自動測試模塊將會自動運行，并調(diào)動測試儀及其接口，對繼電保護裝置故障問題進行通信，在此基礎上運用MMS 通信模塊傳輸信息數(shù)據(jù)，繼而良好完成數(shù)據(jù)讀取。二次開發(fā)部分的核心在于編輯模塊，其與測試功能標準庫、測試通信命令標準庫、測試模塊相連接，可根據(jù)智能變電站繼電保護裝置測試需求編制測試模板，最終以編輯報告的形式呈現(xiàn)出來。

圖2 自動測試系統(tǒng)軟件框架

2 繼電保護裝置自動測試結(jié)構(gòu)的設計要點

2.1 測試儀控制接口

以測試儀保護功能模塊參數(shù)為基礎抽象分析測試結(jié)果參數(shù)，由此獲得測試儀自動測試功能接口及其規(guī)范情況。借助XML（可擴展標記語言）文件技術(shù)描述對象結(jié)構(gòu)化信息，將所得接口規(guī)范存儲至XML 文件內(nèi)，以此可構(gòu)成基本的數(shù)據(jù)接口庫，而該接口庫能夠?qū)Y(jié)果參數(shù)、通用參數(shù)、故障參數(shù)等繼電保護執(zhí)行測試參數(shù)進行描述，并為各參數(shù)定義屬性，為后續(xù)測試記錄工作的落實奠定基礎。抽象分析測試儀功能模塊測試流程，并借助軟件接口函數(shù)進行功能測試，具體如下：①設置函數(shù)能夠確定測試儀端口號及IP 地址，并基于兩者展開接口程序測試連接工作。②測試函數(shù)能夠?qū)⒐收蠀?shù)、測試功能ID 上傳至系統(tǒng)模塊，進一步展開測試儀驅(qū)動測試工作。③停止測試函數(shù)能夠使故障輸出終止。④獲取報告函數(shù)功能在于確保報告數(shù)據(jù)的獲取。⑤異常信息函數(shù)主要用于采集繼電保護裝置自動測試期間所發(fā)現(xiàn)的異常信息文本。依托于上述函數(shù)即可基本保障測試儀功能。

為進一步完善測試儀接口程序，可將信息接收窗口進行綁定，當測試儀執(zhí)行命令時，自動測試模塊可接收到來自Windows 的測試狀態(tài)變化信息，并將該信息傳輸至接收窗口內(nèi)。接收窗口所能接收到的信息主要有測試開始信息、聯(lián)機狀態(tài)信息、異常數(shù)據(jù)信息等，此外，為便于調(diào)試自動測試功能，可選擇COM組件（組件對象模型）為接口組件，在測試儀接口程序內(nèi)將COM 組件接口開放，以此便于測試功能的調(diào)整[2]。

2.2 MMS通信模塊

通信模塊的設定關(guān)乎整個自動測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸，在系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計的過程中，可應用異步調(diào)用方式確定MMS 通信模塊與自動測試程序之間的測試關(guān)系。若在自動測試系統(tǒng)通信期間遭遇異常情況，系統(tǒng)內(nèi)測試模塊可自動判斷異常狀況影響程度，并對通信流程進行調(diào)整優(yōu)化，如多次執(zhí)行通信命令、中斷測試過程、開啟警報通告等。為保障自動測試系統(tǒng)通信功能有效性，在系統(tǒng)內(nèi)設置通信命令文件，其中完整存儲了MMS 通信模塊所支持的命令。在設計MMS 通信模塊時，應綜合考慮自動測試系統(tǒng)通信流程，使MMS 通信模塊功能能夠完整。

對MMS 通信模塊功能進行總結(jié)，具體如下：①可加載設備點表，并可連接設備點表與繼電保護裝置。②能夠按照裝置規(guī)約執(zhí)行通信命令操作。③可采用直觀性表格及樹狀目錄的方式呈現(xiàn)出繼電保護裝置的點表數(shù)據(jù)。④可采用點表數(shù)據(jù)編輯的效果修改裝置數(shù)據(jù)。⑤能夠支撐自動測試系統(tǒng)監(jiān)視界面的通信，以此良好把控裝置報文數(shù)據(jù)的傳輸與接收。⑥要求MMS 通信模塊可調(diào)整系統(tǒng)通信參數(shù)。⑦對接口命令及數(shù)據(jù)訪問接口進行通信連接，確保測試信息、裝置參數(shù)等內(nèi)容能夠良好傳輸，為告警信息傳遞、測試數(shù)據(jù)采集、保護動作執(zhí)行等功能的實現(xiàn)奠定基礎。

2.3 方案編輯技術(shù)

現(xiàn)階段自動測試系統(tǒng)存在一個顯著缺陷，即測試結(jié)果需人工統(tǒng)計整理，導致繼電保護裝置測試過程仍存在人工干預。為解決該問題，需增設標準文件格式，使系統(tǒng)能夠根據(jù)該文件格式自動生成測試報告，用于記錄測試過程、方法及結(jié)果。而這一功能的實現(xiàn)需運用方案編輯技術(shù)，對繼電保護裝置測試規(guī)程進行編輯。結(jié)合上述所提出的自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，測試方案相關(guān)內(nèi)容主要涉及報告模塊、測試模塊，在此基礎上增設測試子模塊，并從測試項目定義、數(shù)據(jù)接口兩方面確定測試子模塊功能。在系統(tǒng)實際運行期間，系統(tǒng)可根據(jù)測試方案詳細存儲測試明細，依靠系統(tǒng)內(nèi)智能模塊自動生成測試方案，以此直觀清晰地呈現(xiàn)測試過程狀況。

測試方案的設置需借助方案編輯技術(shù)，在本次設計中，主要應用數(shù)據(jù)模型替換技術(shù)處理該問題，使測試方案編輯功能可良好實現(xiàn)?；跀?shù)據(jù)模型替換技術(shù)實現(xiàn)方案編輯功能的流程如下：①以現(xiàn)有模塊方案及機電保護數(shù)據(jù)參數(shù)為依據(jù)進行數(shù)據(jù)匹配，并可在智能匹配算法的映射下確定數(shù)據(jù)之間的對應關(guān)系。②對算法所形成的數(shù)據(jù)映射關(guān)系進行修正優(yōu)化。③以數(shù)據(jù)映射關(guān)系為依據(jù)，將數(shù)據(jù)名稱ID 集中至新建數(shù)據(jù)集內(nèi)。④對自動測試系統(tǒng)內(nèi)故障計算公式進行檢測，基于數(shù)據(jù)映射關(guān)系替換源數(shù)據(jù)ID，以此產(chǎn)生新數(shù)據(jù)ID，基于新數(shù)據(jù)ID 更便于生成測試方案。

2.4 自動測試模塊

自動測試模塊功能的實現(xiàn)需建立在測試項目順序基礎上，確保系統(tǒng)能夠按照既定順序測試繼電保護裝置，輔以規(guī)約引擎及通信模塊，使自動測試系統(tǒng)可良好獲取測試數(shù)據(jù)，進一步分析繼電保護裝置測試是否合格，并將測試結(jié)果輸入測試方案，并進一步形成標準化測試報告。完成上述測試步驟后，自動測試系統(tǒng)將對用戶發(fā)送提醒信息，使用戶可盡快執(zhí)行操作[3]。在自動測試模塊作用下，還可將測試結(jié)果呈現(xiàn)為圖形曲線。為提高數(shù)據(jù)安全性，可在自動測試模塊內(nèi)增設加密技術(shù)，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改丟失現(xiàn)象。自動測試模塊設置效果可直接影響整個測試系統(tǒng)的運行，故必須重視自動測試模塊。

對自動測試模塊功能進行總結(jié)：①能夠?qū)y試現(xiàn)場過程進行控制，并根據(jù)繼電保護裝置測試過程進行程序跳轉(zhuǎn)。雖自動測試系統(tǒng)可在無干預狀態(tài)下開展測試工作，但若具有特殊測試需求，測試人員可通過操作自動測試模塊選擇或取消某一測試項目。②用戶可將自身檢測需求設置到該模塊中，上傳特定數(shù)據(jù)標準或依據(jù)，此時自動測試模塊將以用戶數(shù)為依據(jù)確定故障計算算法，并完成繼電保護故障的計算工作。③明確裝置狀態(tài)及危險點，并發(fā)出警報提醒，此外，自動測試模塊能夠調(diào)用測試儀接口，進一步驅(qū)動測試端測試繼電保護裝置電氣量數(shù)據(jù)，同時該模塊可對參數(shù)計算腳本進行控制，以此確保自動測試系統(tǒng)可良好實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)計算功能。④自動測試模板與MMS 通信模塊逐漸存在關(guān)聯(lián)，可通過調(diào)用通信模塊執(zhí)行各通信指令，并將測試所得參數(shù)結(jié)果進行整理，以測試報告的形成呈現(xiàn)，同時可將檢測過程信息整理為方案報告，并可輸出相應的圖形曲線。⑤可對報告數(shù)據(jù)內(nèi)容進行檢驗，并在加密算法幫助下提高數(shù)據(jù)真實性。⑥具有自動恢復功能，若遭遇突然斷電等情況，也不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失問題。⑦可采用不同顏色信號燈代表繼電保護裝置測試狀態(tài)，即若繼電保護裝置尚未進行測試，則系統(tǒng)顯示黑色信號燈，若已完成測試工作，則顯示為綠色信號燈，若經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)繼電保護功能不合格，則顯示為紅色信號燈。⑧在智能變電站繼電保護裝置自動測試過程中，可能存在不同測試需求，即僅測試某一項目、僅測試不合格項目等，為良好應對該情況，在自動測試模塊內(nèi)設置不同程序，即“從該項目繼續(xù)測試”“測試已選定的單個或多個項目”“測試不合格項目”，測試人員可根據(jù)具體需求選擇不同程序。

3 繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)在智能變電站中的實現(xiàn)討論

本次所提出的自動測試系統(tǒng)框架以軟件開發(fā)技術(shù)為基礎，對以往繼電保護測試系統(tǒng)實踐經(jīng)驗進行總結(jié)，基于開放性平臺搭建了自動測試系統(tǒng)，經(jīng)實踐驗證，該系統(tǒng)的自動化功能體系完備，可取代原有人工現(xiàn)場測試工作模式，降低了繼電保護測試人為干預度，且大幅提升測試效率與精準度，效果顯著。此外，在本次系統(tǒng)設計中，增設了“測試模板”，其與MMS 通信、測試儀接口形成了完整的技術(shù)組合，可使自動測試功能良好實現(xiàn)。還可將繼電保護裝置專業(yè)測試人員技術(shù)經(jīng)驗以數(shù)據(jù)信息的方式上傳至“測試模板”內(nèi)，用于提高測試效果。該自動測試系統(tǒng)用于現(xiàn)場檢驗作業(yè)時，僅需系統(tǒng)操作人員開啟自動測試任務，該系統(tǒng)在按照保護邏輯分析故障信息，通過調(diào)節(jié)測試儀電流電壓信號即可完成保護裝置的邏輯功能效果，并將產(chǎn)生所得保護信息以報文的形式傳輸至測試模塊，進一步判斷測試結(jié)果，同時由系統(tǒng)自動整理測試過程，生成測試報告[4]。結(jié)合實踐應用情況來看，本次所設計的自動測試系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢：①具有較高實用性，在智能變電站實際工作中能夠表現(xiàn)出優(yōu)異效果；②該系統(tǒng)兼容性較好，能夠與標準接口相連接，適用于不同型號的測試儀，保障了自動測試系統(tǒng)與測試儀的接口對接效果；③該系統(tǒng)可將測試過程及結(jié)果以報告的形式呈現(xiàn)，解決了現(xiàn)階段需人工整理統(tǒng)計的困境。

4 結(jié)論

本次研究從整體架構(gòu)思路、結(jié)構(gòu)設計要點、系統(tǒng)實現(xiàn)討論3個方面分析了智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)，經(jīng)最終性能驗證后，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異效果，可實現(xiàn)零干預，大幅減少了繼電保護測試工作量。此外，在該自動測試系統(tǒng)增設了“測試模塊”，可將現(xiàn)有測試人員專業(yè)能力及經(jīng)驗以信息數(shù)據(jù)的方式存儲至“測試模塊”內(nèi)，進一步保障了系統(tǒng)實效，避免了人為干預帶來的測試誤差，具有較強應用價值。