智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)應用路徑研究

劉耀宗

（許昌隆源電力實業(yè)（集團）有限公司長葛分公司，河南 長葛 461500）

智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)應用路徑和實施是一個循序漸進的過程，這是因為隨著技術進步及市場變化等因素的影響，行業(yè)所面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。只有不斷探索，不斷創(chuàng)新，才能適應時代發(fā)展需求。同時，作為電力系統(tǒng)重要組成部分之一的繼電保護裝置，在國內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛運用。但是，目前在實際運行中仍然存在許多問題，比如可靠性差等。這些都嚴重阻礙著保護裝置的正常使用，甚至導致事故發(fā)生，無法發(fā)揮應有作用。因此，需要對其研發(fā)與建設投入更多精力，也就是在整個開發(fā)和設計中不斷積累經(jīng)驗、解決問題并逐步完善的過程。

1 智能變電站繼電保護裝置測試需求分析

確保測試系統(tǒng)中包括適用于光纖鏈路測試的設備和模塊。這些設備可能包括光纖測試儀、OTDR（光時域反射儀）等。在測試腳本中包括專門用于測試光纖鏈路的部分。這些部分應能夠檢測光纖鏈路的性能、損耗和反射等參數(shù)。設計了一種基于OPNET 網(wǎng)絡模型來實現(xiàn)光纖鏈路的測試方法。將此方案應用于實際項目中，通過與傳統(tǒng)測試方法相比所獲得的結果證明了該方案是有效可行的。采用本設計方案后，可以使測試人員更容易地了解和掌握光纖通信技術的最新發(fā)展狀況，并具有更好的擴展性。該方法能滿足不同類型的業(yè)務需要，提供從一個終端到多個終端的可靠傳輸能力。使用Open Flow 協(xié)議進行通信，以提高網(wǎng)絡通信效率，保證測試數(shù)據(jù)的準確性。創(chuàng)建智能變電站光纖鏈路拓撲圖，以便在測試中確保所有光纖連接都得到適當?shù)母采w和測試。標記和管理所有光纖連接，以便快速識別和定位問題或故障。

對光纖鏈路的故障檢測和分析開發(fā)專門的算法和工具，以便快速識別和解決問題。實時監(jiān)控光纖鏈路的性能，包括損耗、延遲和信號質(zhì)量等參數(shù)。建立性能閾值，以便在性能下降時立即采取措施。確保測試系統(tǒng)能夠記錄和生成關于光纖鏈路測試的詳細數(shù)據(jù)和報告。這些報告應包括性能參數(shù)、故障信息和維護建議。培訓操作人員，使其熟悉光纖鏈路測試設備的使用和操作方法。將光纖鏈路測試系統(tǒng)整合到智能變電站的運行中，以持續(xù)監(jiān)控光纖鏈路的性能和可靠性。不斷關注光纖測試技術的發(fā)展，并對系統(tǒng)進行改進，以適應新的光纖鏈路技術和要求。確保自動測試系統(tǒng)具備適應光纖鏈路測試需求的特殊功能和能力，以確保智能變電站繼電保護裝置的光纖鏈路得到有效測試和維護。

2 智能變電站繼電保護裝置測試系統(tǒng)應用路徑研究

2.1 繼電保護裝置自動化測試軟件設計流程與方法

繼電保護裝置自動化測試軟件設計是繼電保護裝置測試系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)繼電保護裝置測試系統(tǒng)軟件設計都采用人工方式完成測試任務，存在工作量大、工作效率低的缺點。由于繼電保護裝置自動化測試程序必須在計算機上運行才能執(zhí)行，因此需要花費大量時間來編寫測試程序。這不僅增加了軟件開發(fā)費用，而且嚴重影響了整個繼電保護裝置測試系統(tǒng)軟件的可靠性。這種現(xiàn)狀已經(jīng)不能夠滿足當前電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。隨著電力市場體制改革的深入推進，對繼電保護裝置性能要求越來越高，為了提高測試效率，降低研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量，有必要將測試技術引入到繼電保護裝置自動測試軟件設計中來。通過對電力系統(tǒng)繼電保護裝置測試方法以及國內(nèi)外相關標準進行調(diào)研，提出了基于IEC61850 通信規(guī)約的繼電保護裝置自動測試軟件系統(tǒng)設計方案，并詳細介紹了該方案的主要功能模塊及其實現(xiàn)原理。

2.2 繼電保護裝置自動化測試結果評估方法研究

繼電保護裝置自動測試儀設計與開發(fā)過程中需要考慮多方面因素，比如：被測設備、測試環(huán)境、被測系統(tǒng)等。其中，被測設備是最關鍵也是最為復雜的一個環(huán)節(jié)。因為其直接關系到保護裝置是否能夠正確動作及能否正常運行。另外，由于各種原因?qū)е碌谋Ｗo裝置誤動或者拒動都會造成整個電網(wǎng)癱瘓，給用戶帶來巨大經(jīng)濟損失。而繼電保護裝置又屬于一種典型的機電一體化產(chǎn)品。它具有許多獨特之處，如體積大、功能多、結構復雜以及技術要求高等等。這些特點決定了繼電保護裝置的可靠性非常重要，一旦發(fā)生問題就難以挽回。隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，用電需求也越來越大，這使得對電能供應提出了更高要求。同時，中國人口眾多，目前人均用電量較少，這樣勢必會增加對電量的需求，從而進一步加劇供需矛盾。所以對于繼電保護裝置來說，如果出現(xiàn)故障將會對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生很大不利影響，輕則影響供電質(zhì)量，重則可能引起停電事故，不僅影響電力生產(chǎn)效率，更重要的是威脅人民群眾生命和財產(chǎn)安全。這將給企業(yè)和國家?guī)聿豢晒懒康膿p失，而且還會嚴重危及人身安全，甚至造成重大人員傷亡。因此，在繼電保護裝置自動測試軟件開發(fā)時必須充分考慮被測設備特性。只有合理地選擇和使用這些影響因素才能更好地完成繼電保護裝置測試工作，從而為提高繼電保護裝置自動測試工作效率提供依據(jù)。其次根據(jù)實際情況提出了具體測試方法，最后通過實例驗證了上述分析方法的正確性。

2.3 繼電保護裝置自動化測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

繼電保護裝置自動化測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析是確保電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。這種分析可以幫助評估保護裝置的性能，發(fā)現(xiàn)潛在的問題并及時進行修復。收集自動化測試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括測試結果、觸發(fā)保護裝置的條件、時間戳等。將這些數(shù)據(jù)整理成易于分析的格式，比如表格或數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)分析之前，必須先從采集到的信號中提取出故障特征量，如波形、電流相位等。由于保護動作原理不同，其對應的響應模式也會存在差異。對于保護設備而言，首先要對原始數(shù)據(jù)進行處理，即去除噪聲點，剔除不重要信息。根據(jù)需要確定采樣間隔，使之符合一定要求，選擇適當?shù)姆治龇椒?，獲得合理的分析模型。建立相應的數(shù)學模型，清理數(shù)據(jù)，檢查是否有缺失值、異常值或錯誤數(shù)據(jù)，進行必要地修復或刪除。然后進行數(shù)據(jù)預處理，包括數(shù)據(jù)平滑、歸一化、去噪等，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。

分析測試數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計特征，如平均值、中位數(shù)、標準差、極值等，以了解數(shù)據(jù)的分布和變化情況。評估保護裝置的性能，這包括判斷保護裝置是否按預期觸發(fā)、觸發(fā)時間是否在合適的范圍內(nèi)等。將測試數(shù)據(jù)與預期結果進行比較，分析實際結果與預期結果之間的差異，并找出原因。利用歷史測試數(shù)據(jù)進行趨勢分析，以識別可能的性能變化或問題，并采取相應的措施。使用異常檢測算法，識別異?；虿徽５臏y試數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)潛在的問題或異常情況。使用圖表、圖形或其他可視化工具展示分析結果，以便更直觀地理解數(shù)據(jù)的特征和性能情況。根據(jù)分析結果得出結論，提出改進建議或修復措施，以優(yōu)化保護裝置的性能和可靠性。這些步驟可以根據(jù)具體情況進行調(diào)整和擴展，以確保對繼電保護裝置自動化測試數(shù)據(jù)進行全面和有效地統(tǒng)計分析。

3 智能變電站繼電保護裝置測試系統(tǒng)應用分析

智能變電站繼電保護裝置測試系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中至關重要的設備，用于確保電網(wǎng)的可靠性和安全性，它采用模塊化結構來實現(xiàn)。其硬件部分由保護測控模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊組成。軟件部分則通過圖形化編程語言—MATLAB/SIMULINK 完成，該系統(tǒng)已經(jīng)成功地運用于多個實際工程當中。系統(tǒng)的主要應用是測試和驗證變電站中的繼電保護裝置。這包括測試裝置的動作時間、靈敏度、可靠性等，以確保它們在故障發(fā)生時可以及時正確地切斷故障電路，防止電網(wǎng)不穩(wěn)定或損壞。另外還可用于對繼電保護裝置進行狀態(tài)評估與故障診斷。系統(tǒng)提供了多種接口，例如：開關量輸入端口、模擬信號輸出端口、數(shù)字信號輸出設備。這些接口均可作為一個獨立的子系統(tǒng)接入到系統(tǒng)中來使用，此外還提供了擴展接口。系統(tǒng)通常具有模擬功能，可以生成各種類型的故障，如短路、地閘故障等，以測試繼電保護裝置的反應。這有助于確定裝置是否按照設計要求工作。允許系統(tǒng)工程師根據(jù)需要調(diào)整繼電保護裝置的參數(shù)。這可以通過模擬不同的電網(wǎng)條件來優(yōu)化裝置性能，以確保在各種情況下都能正常運行。一些系統(tǒng)可以實時監(jiān)測變電站的電力參數(shù)，如電流、電壓、頻率等，有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取適當措施，以防止設備故障或電力系統(tǒng)不穩(wěn)定。

系統(tǒng)通常能夠記錄測試結果和電力參數(shù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)的分析和故障排除，以改進繼電保護裝置性能。許多智能變電站采用了先進的數(shù)字化技術，因此可以利用這些信息對繼電保護裝置進行在線評估，以便于快速地確定保護裝置是否處于最佳狀態(tài)。智能變電站繼電保護裝置測試系統(tǒng)也可以用于培訓電力系統(tǒng)工程師和操作人員，他們可以使用系統(tǒng)進行模擬測試和學習如何操作和維護繼電保護裝置。另外，還可將專家系統(tǒng)引入到繼電保護裝置的測試工作中來。這里介紹的是一個基于IEC61850 標準的數(shù)字測量及保護試驗設備，它為電力系統(tǒng)管理員提供一種新的解決方案，該儀器具有良好的開放性和兼容性。一些系統(tǒng)可以與電力系統(tǒng)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)集成，以實現(xiàn)更高級的自動化和遠程監(jiān)測功能，從而提高電力系統(tǒng)的可管理性和響應能力。總之，智能變電站繼電保護裝置測試系統(tǒng)的應用分析涵蓋了測試、監(jiān)測、調(diào)整、數(shù)據(jù)記錄、培訓和集成等多個方面，旨在確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。這對于電力系統(tǒng)的正常運行至關重要，也有助于提高電力系統(tǒng)的效率和性能。

4 繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)應用案例分析

繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，用于確保電力系統(tǒng)的安全和可靠運行。場地維護人員可以使用自動測試系統(tǒng)來定期檢查和測試繼電保護裝置的性能。這有助于及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取適當維護措施，以確保電力系統(tǒng)的可靠性。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常情況時，自動測試系統(tǒng)可以用于快速診斷故障的原因。通過測試繼電保護裝置的響應時間和準確性，可以確定故障是由設備故障、外部干擾還是其他因素引起的。自動測試系統(tǒng)可以與其他裝置（如保護終端和GPS 設備）集成，用于幫助定位電力線路上的故障點。通過分析繼電保護裝置的報告和信號，可以確定故障位置，從而減少故障修復時間。定期對繼電保護裝置進行性能評估是確保電力系統(tǒng)可靠性的關鍵，自動測試系統(tǒng)可以模擬各種故障情況，以評估繼電保護裝置的性能是否符合要求，并記錄測試結果以供分析和記錄。

通過定期自動測試繼電保護裝置，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，并采取預防性維護措施，以避免系統(tǒng)故障和停電事件。自動測試系統(tǒng)對保護裝置進行全面的檢測和評價，使保護能更有效地工作，同時也可節(jié)省維修費用。隨著自動化技術和通信技術的發(fā)展，以及智能電網(wǎng)建設的推進，自動測試系統(tǒng)正逐步成為研究熱點。越來越多地應用于實際中，這有助于提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。作為一種先進的測試方法，自動測試系統(tǒng)具有強大的功能，能夠滿足不同用戶對數(shù)據(jù)采集及分析處理提出的要求。它包括硬件配置和軟件平臺兩個部分，其中軟件平臺又分為軟件組件庫和數(shù)據(jù)庫兩大部分。當電力系統(tǒng)的設備需要升級或替換時，自動測試系統(tǒng)可以用于驗證新設備的性能是否滿足要求，并確保其與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性。自動測試系統(tǒng)還可以用于培訓和教育目的。操作人員可以使用這些系統(tǒng)來模擬各種情況，以提高其應對電力系統(tǒng)故障和緊急情況的能力?？偟膩碚f，繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的維護、故障診斷、性能評估和預防性維護等方面都發(fā)揮著重要作用。它們有助于確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少停電事件發(fā)生，提高電力系統(tǒng)的運行效率。

5 結束語

智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)應用路徑為電力生產(chǎn)帶來了顯著效益，不僅使電網(wǎng)更加安全可靠，而且降低了運維成本。因此，智能變電站在未來電力行業(yè)發(fā)展過程中占據(jù)重要地位，將是未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢之一，隨著智能變電站建設進程的加快以及智能電網(wǎng)建設中大量新業(yè)務需求的出現(xiàn)，該電力系統(tǒng)也面臨著巨大挑戰(zhàn)。為了更好地發(fā)揮智能變電站在電力企業(yè)發(fā)展中的作用，需要進一步研究智能變電站繼電保護裝置自動測試方法及相關技術。