0 引言

電力系統(tǒng)的可靠性一直以來是業(yè)界的重點(diǎn)研究課題[1-2]，事實(shí)上，除了為電力系統(tǒng)本身的整體設(shè)計(jì)考慮，繼電保護(hù)作為變電站的二次核心，其本身的可靠性也直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，特別是隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，基于新原理[3-4]的繼電保護(hù)裝置陸續(xù)投入應(yīng)用，如何充分有效地驗(yàn)證智能變電站繼電保護(hù)裝置的功能正確性及可靠性是個(gè)需要研究的問題。自動(dòng)測(cè)試作為一種有效的測(cè)試手段，長期以來也是業(yè)界的研究熱點(diǎn)[5-7]，但由于傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)裝置對(duì)外接口不統(tǒng)一(如通信規(guī)約版本過多、定值清單、動(dòng)作報(bào)告內(nèi)容格式不一致等)，很大程度上限制了自動(dòng)測(cè)試的實(shí)際應(yīng)用。目前，大多數(shù)繼電保護(hù)裝置的測(cè)試工作，特別是靜模試驗(yàn)，仍是采用使用繼電保護(hù)測(cè)試儀手動(dòng)測(cè)試的傳統(tǒng)方法，存在測(cè)試效率低、人為因素影響大等缺點(diǎn)。對(duì)于智能變電站，繼電保護(hù)裝置全部基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出信息的全部數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣應(yīng)用，也使得數(shù)據(jù)交互共享更加方便；特別是，隨著智能變電站一系列國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布[8-10]，繼電保護(hù)裝置的建模、軟壓板、定值清單以及對(duì)外接口信息實(shí)現(xiàn)了規(guī)范性設(shè)計(jì)，為自動(dòng)測(cè)試從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用解決了難題。

從 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)在智能變電站應(yīng)用開始，繼電保護(hù)工作者就一直在研究實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試[11-12]。本文則針對(duì)目前智能變電站的應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出一種基于智能繼電保護(hù)測(cè)試儀快速構(gòu)建智能變電站繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方法。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 外部接口分析

文獻(xiàn)[13]規(guī)定，對(duì)于 66 kV、35 kV 及以下電壓等級(jí)，“當(dāng)使用電子式互感器時(shí)，每個(gè)間隔的保護(hù)、測(cè)控、智能終端、合并單元宜按間隔合并實(shí)現(xiàn)”，故在目前智能變電站工程應(yīng)用中，66 kV、35 kV 及以下電壓等級(jí)的繼電保護(hù)裝置其模擬量采樣為電子式互感器輸出的小信號(hào)，開關(guān)量也是傳統(tǒng)的電氣硬節(jié)點(diǎn)；對(duì)于 110 kV 及以上電壓等級(jí)，保護(hù)裝置的模擬量采樣、開關(guān)量輸入輸出均是數(shù)字量，即基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的 SV 和 GOOSE 報(bào)文。

智能變電站繼電保護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)的通信也是基于 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，按照 MMS 協(xié)議進(jìn)行單播通信的。IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)變電站所有功能定義了詳盡的邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)對(duì)象，并提供了完整的描述數(shù)據(jù)對(duì)象模型的方法和面向?qū)ο蟮姆?wù)。這些抽象的通信服務(wù)、通信對(duì)象及參數(shù)通過特殊通信服務(wù)映射(SCSM)映射到底層應(yīng)用程序，*終實(shí)現(xiàn)裝置變位信息上送、軟壓板投退、定值修改等裝置與后臺(tái)的交互功能。

經(jīng)過近年來智能變電站的工程實(shí)踐，各廠家的繼電保護(hù)裝置經(jīng)過多次的互操作試驗(yàn)，裝置的對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一規(guī)范，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試提供了基礎(chǔ)。

1.2 故障模擬系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)測(cè)試，一個(gè)穩(wěn)定可靠的故障模擬系統(tǒng)是關(guān)鍵。故障模擬必須能夠方便靈活地模擬各種故障，并且應(yīng)能夠滿足 1.1 節(jié)裝置外部接口需求，即模擬量輸出能夠選擇小信號(hào)輸出方式和 SV 報(bào)文輸出方式，開關(guān)量能兼顧物理硬節(jié)點(diǎn)和 GOOSE 報(bào)文。此外，目前 SV 采樣方式均為直接采樣，SV 采樣值報(bào)文的發(fā)送間隔離散值應(yīng)小于 10 μs。通過研究分析和實(shí)際驗(yàn)證，智能繼電保護(hù)測(cè)試儀滿足以上需求，可以借用為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的故障模擬子系統(tǒng)。本文在構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)選用的北京博電公司的 PNF801 智能繼電保護(hù)測(cè)試儀作為故障模擬子系統(tǒng)，其性能參數(shù)如表 1 所示。

1.3 測(cè)試用例

測(cè)試用例的有效性和可重用性決定著自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵。要保證測(cè)試用例有效，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)須設(shè)計(jì)為開放式系統(tǒng)，支持測(cè)試工程師針對(duì)不同的保護(hù)裝置靈活地編輯測(cè)試用例；測(cè)試用例的可重用性決定著自動(dòng)測(cè)試作為一種測(cè)試手段能否推廣實(shí)施，發(fā)揮實(shí)效。

一個(gè)典型的保護(hù)功能測(cè)試用例(如圖 1 所示)包括故障施加量和預(yù)期結(jié)果兩部分，故障施加量又包括裝置參數(shù)整定和故障參數(shù)設(shè)置，即測(cè)試前裝置需要修改哪些參數(shù)，如定值修改，壓板投退等；故障參數(shù)設(shè)置即定制故障類型，即需要給保護(hù)裝置施加什么樣的故障量、故障持續(xù)時(shí)間等。預(yù)期結(jié)果是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試的需要，測(cè)試過程中將比較實(shí)際結(jié)果和預(yù)計(jì)結(jié)果是否一致，來自動(dòng)判別測(cè)試項(xiàng)目是否通過。預(yù)期結(jié)果具體包括保護(hù)信息及測(cè)試反饋信息，保護(hù)變位信息記錄保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及相關(guān)遙信變位信息，測(cè)試儀反饋信息則是保護(hù)的出口信息。

文獻(xiàn)[8-10]使得裝置的對(duì)外接口信息實(shí)現(xiàn)規(guī)范統(tǒng)一，故障參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)重用是測(cè)試用例重用性的關(guān)鍵。由于選擇智能繼電保護(hù)測(cè)試儀作為故障模擬子系統(tǒng)，故障參數(shù)就是測(cè)試儀的測(cè)試模版文件。對(duì)于智能繼電保護(hù)測(cè)試儀，故障參數(shù)包括故障量和IEC61850 配置兩部分。當(dāng)測(cè)試用例應(yīng)用于不同裝置測(cè)試時(shí)，故障量參數(shù)不變，而 SV 及 GOOSE 的APPID、Mac 地址、DA 個(gè)數(shù)等 IEC61850 配置信息一般都需要改變。故需要將故障量和 IEC61850 配置分別存儲(chǔ)為單獨(dú)的文件。對(duì)于 PNF801 智能繼電保護(hù)測(cè)試儀而言，故障量參數(shù)為后綴名為“.tpl”的測(cè)試模版文件，而 IEC61850 配置參數(shù)則為后綴名為“.csg”的配置文件。在開始自動(dòng)測(cè)試前，根據(jù)被測(cè)裝置的虛端子連線情況，導(dǎo)出相應(yīng)的 IEC61850配置文件即可實(shí)現(xiàn)故障參數(shù)的重用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了測(cè)試用例的重用。

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路及系統(tǒng)框架

本文的設(shè)計(jì)思路是在現(xiàn)有智能繼電保護(hù)測(cè)試儀的基礎(chǔ)上開發(fā)一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件從而快速構(gòu)建繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)如圖 2。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件與測(cè)試儀客戶端軟件之間通過 SOCKET(套接字)實(shí)現(xiàn)程序間通信，完成測(cè)試儀控制命令的下發(fā)和測(cè)試結(jié)果的反饋功能；與被測(cè)繼電保護(hù)裝置基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用MMS通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)單播通信，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置控制命令的下發(fā)和裝置動(dòng)作報(bào)告、錄波、遙信變位等信息的獲取功能，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)調(diào)度控制、結(jié)果判別，*終實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試。

本文基于微軟公司的 VS2010 平臺(tái)開發(fā)了一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件，其模塊劃分如圖 3 所示。執(zhí)行控制模塊負(fù)責(zé)任務(wù)的調(diào)度執(zhí)行、結(jié)果判別等；通信模塊負(fù)責(zé)與測(cè)試儀客戶端程序、保護(hù)裝置完成通信，完成執(zhí)行控制模塊控制命令的下發(fā)及測(cè)試結(jié)果的接收和解析；用例編輯模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的靈活編輯，對(duì)于自動(dòng)測(cè)試而言，需要提前建立豐富的測(cè)試用例庫，故易用性設(shè)計(jì)是用例編輯模塊的關(guān)鍵；用例管理模塊實(shí)現(xiàn)用例的備份、加載等功能；日志模塊記錄自動(dòng)測(cè)試的所有過程信息，便于問題分析定位；報(bào)告生成模塊則負(fù)責(zé)測(cè)試完成后自動(dòng)生成指定格式的測(cè)試報(bào)告。

2.2 自動(dòng)測(cè)試控制流程設(shè)計(jì)

智能變電站繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)測(cè)試大體分為測(cè)試前準(zhǔn)備和測(cè)試執(zhí)行兩部分工作，分別如圖 4、圖 5 所示。

2.3 典型應(yīng)用模式

根據(jù)繼電保護(hù)的電氣量獲取方式，可以把繼電保護(hù)分為基于單端電氣量保護(hù)和基于雙端電氣量的縱聯(lián)保護(hù)兩類?；趩味穗姎饬康谋Ｗo(hù)主要有變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、斷路器保護(hù)、線路保護(hù)的后備保護(hù)等；基于雙端電氣量的保護(hù)裝置主要有高壓線路縱聯(lián)保護(hù)，如高頻距離、高頻方向、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)等。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在這兩類保護(hù)測(cè)試的典型應(yīng)用如圖 6 所示。

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用案例

結(jié)合本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在 220 kV 線路光纖差動(dòng)保護(hù)裝置的測(cè)試應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的整體思路及應(yīng)用流程說明如下。

首先，制定測(cè)試方案，明確測(cè)試項(xiàng)目及要求，測(cè)試方案如表 2。

其次，建立測(cè)試用例庫。依據(jù)測(cè)試方案，細(xì)化測(cè)試項(xiàng)目，編制測(cè)試用例，完畢后進(jìn)行用例有效性驗(yàn)證，合格后提交測(cè)試用例庫。

*后，測(cè)試時(shí)，從測(cè)試用例庫中提取對(duì)應(yīng)測(cè)試用例直接加載，開始自動(dòng)測(cè)試。

3.2 應(yīng)用效果

基于智能繼電保護(hù)測(cè)試儀構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)裝置的全自動(dòng)測(cè)試，在繼電保護(hù)產(chǎn)品的測(cè)試工作中效果明顯，使得測(cè)試流程得到優(yōu)化，測(cè)試效率得到顯著提高；為繼電保護(hù)產(chǎn)品的多次重復(fù)測(cè)試提供了技術(shù)手段，使得小概率問題的暴露成為可能，測(cè)試更加**充分；有效排除了人工測(cè)試的不確定因素，保證了測(cè)試一致性。此外，隨著自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，測(cè)試用例庫將日趨豐富，測(cè)試效率和測(cè)試**性都將逐步提升。

4 結(jié)語

本文基于智能繼電保護(hù)測(cè)試儀開發(fā)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件，從而構(gòu)建智能變電站繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方法，充分利用了業(yè)界現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)工作量相對(duì)較小，有著實(shí)現(xiàn)快捷、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。目前，已經(jīng)成功應(yīng)用于許繼電氣公司智能變電站繼電保護(hù)產(chǎn)品的測(cè)試工作中，改進(jìn)了測(cè)試方法，提高了測(cè)試效率，在產(chǎn)品的質(zhì)量保障過程中發(fā)揮了重要作用。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法對(duì)智能變電站工程的調(diào)試、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)具有很強(qiáng)的參考價(jià)值，推廣應(yīng)用前景廣闊。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能變電站中更加廣泛成熟的應(yīng)用，智能繼電保護(hù)測(cè)試儀硬件資源的限制將被突破，多個(gè)裝置甚至整個(gè)變電站的自動(dòng)測(cè)試、調(diào)試、驗(yàn)收等都可以借鑒此設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)。