繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)探討

曾亞恒

（南京國(guó)電南自軟件工程有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，通過(guò)切斷故障電路，防止故障擴(kuò)大，以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。為了提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能和可靠性，自動(dòng)測(cè)試技術(shù)在其調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)階段具有重要意義。

1 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的關(guān)鍵要素

1.1 測(cè)試儀器的選擇與配置

測(cè)試儀器的選擇和配置直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，因此在實(shí)施自動(dòng)測(cè)試時(shí)，需充分考慮測(cè)試儀器的性能和適用性[2]。常用的測(cè)試儀器包括電流互感器、電壓互感器、繼電器測(cè)試儀等，這些設(shè)備在繼電保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。選擇合適的測(cè)試儀器并進(jìn)行正確配置是實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)[3-5]。在測(cè)試儀器選型過(guò)程中，應(yīng)充分考慮儀器的精度、穩(wěn)定性、可靠性，以滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試的需求，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

1.2 測(cè)試方法與技術(shù)

1.2.1 參數(shù)自動(dòng)化校驗(yàn)

參數(shù)自動(dòng)化校驗(yàn)是對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與校驗(yàn)的過(guò)程，包括設(shè)備參數(shù)、保護(hù)參數(shù)、通信參數(shù)等。通過(guò)利用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)，可以大幅提高校驗(yàn)速度和準(zhǔn)確性，減少人為因素的影響，從而提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，參數(shù)自動(dòng)化校驗(yàn)需要與測(cè)試設(shè)備和儀器緊密配合，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的參數(shù)檢測(cè)與調(diào)整。

1.2.2 保護(hù)設(shè)備功能自動(dòng)化測(cè)試

保護(hù)設(shè)備功能自動(dòng)化測(cè)試是指通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的各項(xiàng)功能進(jìn)行全面、系統(tǒng)地檢測(cè)與驗(yàn)證，包括保護(hù)動(dòng)作特性、跳閘邏輯、通信功能等。通過(guò)實(shí)施保護(hù)設(shè)備功能自動(dòng)化測(cè)試，在短時(shí)間內(nèi)全面評(píng)估設(shè)備性能和可靠性，發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整與修復(fù)，有助于確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，降低故障率，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，保護(hù)設(shè)備功能自動(dòng)化測(cè)試需要與先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備、儀器及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的功能測(cè)試和分析，為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

1.3 測(cè)試數(shù)據(jù)管理與分析

1.3.1 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

測(cè)試數(shù)據(jù)的采集通常涉及到各種類型的繼電保護(hù)設(shè)備，如斷路器、變壓器等，需要采集的數(shù)據(jù)包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、參數(shù)設(shè)定等。表1 中是一些主要的繼電保護(hù)設(shè)備和對(duì)應(yīng)需要采集的數(shù)據(jù)類型、采集頻率以及正常運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)范圍。

表1 不同類型繼電保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)數(shù)值

假設(shè)斷路器開合狀態(tài)是二進(jìn)制值，0 表示開，1表示合，變壓器的溫度范圍為0 ～100 ℃，壓力范圍為0 ～300 kPa。所有數(shù)據(jù)都需要通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化采集，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)則需要考慮數(shù)據(jù)的可用性和安全性。為了保證數(shù)據(jù)的可用性，需要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在可以隨時(shí)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)需要定期進(jìn)行備份，以防數(shù)據(jù)丟失。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，并且限制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)權(quán)限。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)分析在繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試中是至關(guān)重要的一環(huán)，不僅可以更好地理解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還可以發(fā)現(xiàn)其中的故障并及時(shí)進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，需要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除無(wú)效或者錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和可視化工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。例如，通過(guò)計(jì)算各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值以及最小值等，以了解設(shè)備的正常運(yùn)行范圍。同時(shí)，可以借助故障信息找出故障發(fā)生的時(shí)間、頻率、原因，以使更好地改進(jìn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。數(shù)據(jù)分析結(jié)果示例如表2 所示。

表2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果示例

由表2 可知，斷路器開合狀態(tài)的平均值為0.05，這意味著大部分時(shí)間斷路器都處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，變壓器的平均溫度為45 ℃，平均壓力為150 kPa，均在正常的運(yùn)行范圍內(nèi)。對(duì)于故障信息的分析，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)故障發(fā)生的時(shí)間序列圖，以了解故障發(fā)生的模式。例如，在某些特定的時(shí)間段或者在某些特定的設(shè)備參數(shù)設(shè)置下，故障發(fā)生的頻率更高。這些信息可以有效預(yù)防未來(lái)的故障，從而提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的實(shí)施流程

2.1 測(cè)試計(jì)劃與設(shè)計(jì)

實(shí)施自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的首要步驟是制定詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃和設(shè)計(jì)，清楚地定義測(cè)試目標(biāo)，確定測(cè)試范圍和深度、具體的測(cè)試方法和工具。測(cè)試目標(biāo)通常包括驗(yàn)證繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能，檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和故障。測(cè)試的范圍和深度需要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)復(fù)雜度和測(cè)試資源確定。例如，對(duì)于大型的繼電保護(hù)系統(tǒng)，需要進(jìn)行全面的系統(tǒng)測(cè)試；對(duì)于小型的系統(tǒng)，只需要進(jìn)行部分的功能測(cè)試。在確定了測(cè)試目標(biāo)和范圍后，需要設(shè)計(jì)具體的測(cè)試方法和工具，在此過(guò)程中，需要考慮測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性、測(cè)試數(shù)據(jù)的管理和分析。一般來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化的測(cè)試方法和工具具有更高的效率和準(zhǔn)確性，而且可以方便管理和分析測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試計(jì)劃示例如表3 所示。

表3 測(cè)試計(jì)劃示例

根據(jù)表3 可知，驗(yàn)證性能的測(cè)試需要全系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試，預(yù)計(jì)需要2 周的時(shí)間；檢查穩(wěn)定性的測(cè)試則需要對(duì)關(guān)鍵部分進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行測(cè)試，預(yù)計(jì)需要1 周的時(shí)間；發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和故障的測(cè)試同樣需要全系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試，預(yù)計(jì)只需要1 周的時(shí)間。

2.2 測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控

在測(cè)試計(jì)劃與設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)上，測(cè)試團(tuán)隊(duì)開始執(zhí)行具體的測(cè)試工作。首先，根據(jù)測(cè)試計(jì)劃搭建適當(dāng)?shù)臏y(cè)試環(huán)境，配置所需的測(cè)試設(shè)備與儀器，確保測(cè)試過(guò)程中硬件與軟件的兼容性。其次，按照預(yù)定的測(cè)試方案，測(cè)試人員進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試的操作，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面檢驗(yàn)。在測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中，測(cè)試團(tuán)隊(duì)需要對(duì)測(cè)試進(jìn)度和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保測(cè)試工作按照預(yù)定計(jì)劃順利進(jìn)行。不管遇到任何問(wèn)題，如測(cè)試設(shè)備故障、數(shù)據(jù)異?；驕y(cè)試結(jié)果不符合預(yù)期等，都應(yīng)及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)措施予以解決。最后，測(cè)試團(tuán)隊(duì)需密切關(guān)注測(cè)試過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保測(cè)試人員遵循安全操作規(guī)程，預(yù)防意外事故的發(fā)生。

例如，在重慶市雙橋電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)實(shí)施中，測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控環(huán)節(jié)被詳細(xì)地安排與執(zhí)行。工程師創(chuàng)建了一份詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃，包括預(yù)定對(duì)10 種不同類型的故障和5 種常規(guī)操作進(jìn)行模擬。并設(shè)置了一個(gè)專門模擬雙橋電站具體環(huán)境的測(cè)試環(huán)境，準(zhǔn)備進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。在執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃時(shí)，工程師借助專門的監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)收集并記錄所有數(shù)據(jù)和信息，列出了每個(gè)測(cè)試步驟的執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行結(jié)果、出現(xiàn)的問(wèn)題或異常。測(cè)試執(zhí)行完成后，工程師進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)果分析，根據(jù)這些結(jié)果改進(jìn)了雙橋電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)。某電站在測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控測(cè)試的具體流程如表4 所示。

表4 某電站在測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控測(cè)試的具體流程

2.3 測(cè)試結(jié)果評(píng)估與報(bào)告

在完成測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控階段后，測(cè)試團(tuán)隊(duì)需要對(duì)所收集的實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，判斷是否符合預(yù)期目標(biāo)和設(shè)計(jì)要求。對(duì)于未通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目，需要深入探究原因，針對(duì)問(wèn)題采取相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化措施，以確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能達(dá)到預(yù)期水平。在測(cè)試結(jié)果評(píng)估的基礎(chǔ)上，測(cè)試團(tuán)隊(duì)需撰寫詳盡的測(cè)試報(bào)告，對(duì)整個(gè)自動(dòng)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行完整記錄和總結(jié)。測(cè)試報(bào)告應(yīng)包含測(cè)試計(jì)劃與設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控、測(cè)試結(jié)果評(píng)估等各個(gè)環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息及測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和采取的措施。

3 結(jié) 論

繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)于提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。從自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的關(guān)鍵要素和實(shí)施流程2 個(gè)方面進(jìn)行了探討，涵蓋了測(cè)試設(shè)備與儀器、測(cè)試方法與技術(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)管理與分析、測(cè)試計(jì)劃與設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控以及測(cè)試結(jié)果評(píng)估與報(bào)告等方面。實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的高效實(shí)施關(guān)鍵在于各環(huán)節(jié)的協(xié)同與完善，文章所研究?jī)?nèi)容能為電力行業(yè)從業(yè)者在實(shí)際工作中應(yīng)用自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、提升繼電保護(hù)系統(tǒng)性能提供有益參考。