淺談數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)

潘燕琳

（廣東電網(wǎng)茂名供電局，廣東 茂名 525000）

目前，特高壓、大容量、超大系統(tǒng)電網(wǎng)的逐漸形成，對(duì)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、控制、信息交互等方面提出了新的、更高的要求。變電站作為電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有極為重要的意義。對(duì)變電站運(yùn)行管理控制而言，其技術(shù)水平的不斷提高依賴(lài)變電站自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展。隨著數(shù)字化變電站技術(shù)逐步成熟，我國(guó)將進(jìn)一步推廣數(shù)字化變電站建設(shè)，數(shù)字化變電站將是今后變電站技術(shù)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

數(shù)字化變電站是由電子式互感器、智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建。建立在IEC－61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作，滿(mǎn)足安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的現(xiàn)代化變電站。繼電保護(hù)裝置作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，有著極為重要的作用。繼電保護(hù)裝置稍有差錯(cuò)，即可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來(lái)不可估量的損失。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的正常工作。對(duì)于確保數(shù)字化變電站穩(wěn)定運(yùn)行具有極為重要的作用，而對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試是及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置存在缺陷并解決處理的最為重要的手段。繼電保護(hù)裝置測(cè)試水平的高低，將直接影響到繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。使用準(zhǔn)確合理的測(cè)試技術(shù)，對(duì)于保證繼電保護(hù)裝置測(cè)試水平的作用不言而喻。目前運(yùn)用于數(shù)字化變電站的嵌入式繼電保護(hù)裝置與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置之間的區(qū)別，造成了數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的測(cè)試技術(shù)也與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)不盡相同。

1 以前的繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)已無(wú)法適應(yīng)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試

傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)功能測(cè)試、模擬量輸入、開(kāi)關(guān)量輸入輸出均是通過(guò)物理接線連接的。測(cè)試人員利用繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出電流電壓等模擬信號(hào)到繼電保護(hù)裝置的模擬量輸入回路。同時(shí)也可以輸出開(kāi)關(guān)量到保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)量輸入回路，保護(hù)經(jīng)過(guò)故障計(jì)算后滿(mǎn)足動(dòng)作判據(jù)輸出跳閘命令、驅(qū)動(dòng)出口繼電器。使繼電器的觸點(diǎn)閉合，測(cè)試儀的開(kāi)關(guān)量輸入模塊可以監(jiān)視保護(hù)裝置的動(dòng)作觸點(diǎn)，這樣構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試人員可以很方便地考核保護(hù)邏輯的正確性及繼電保護(hù)的性能指標(biāo)等是否合格。

隨著IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)的提出及電子式電壓互感器（EVT）、電子式電流互感器（ECT）技術(shù)的發(fā)展。EVT和ECT可直接輸出數(shù)字量信號(hào)，變電站中的開(kāi)關(guān)量信號(hào)也可直接變?yōu)閿?shù)字化開(kāi)關(guān)量信號(hào)。保護(hù)裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集電子互感器的數(shù)字量信號(hào)，還可采集智能操作單元的數(shù)字化開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并能對(duì)智能操作單元實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的輸出電壓、電流等模擬信號(hào)量的繼電保護(hù)測(cè)試裝置無(wú)法完成對(duì)采集數(shù)字信號(hào)量的數(shù)字化保護(hù)裝置的測(cè)試工作，需要采用數(shù)字化測(cè)試裝置完成數(shù)字變電站繼電保護(hù)裝置的檢測(cè)工作。

2 我國(guó)數(shù)字化繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)的基本概況

目前，國(guó)內(nèi)使用的大多數(shù)數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試裝置均以保護(hù)測(cè)試儀為主，還停留在單裝置開(kāi)環(huán)測(cè)試階段，只能夠完成單套保護(hù)裝置基本功能測(cè)試。而不能對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行整體性能和系統(tǒng)的閉環(huán)測(cè)試，也難以對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。這種開(kāi)環(huán)測(cè)試并不能反映電力系統(tǒng)的真實(shí)情況，只是檢查了變電站二次設(shè)備硬件和軟件是否正常。對(duì)于支持IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)的繼電保護(hù)裝置的測(cè)試，現(xiàn)在主要采取保護(hù)歸保護(hù)、通訊歸通訊的測(cè)試方式，也就是利用支持IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)的通訊管理機(jī)來(lái)測(cè)試保護(hù)裝置的通訊功能；利用數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯等傳統(tǒng)的保護(hù)功能。通訊和保護(hù)測(cè)試之間是孤立的，測(cè)試存在著接線復(fù)雜、測(cè)試效率低、測(cè)試人員工作量大等問(wèn)題。

對(duì)變電站保護(hù)裝置的測(cè)試，僅停留在單裝置的單元測(cè)試是不夠的，不考慮變電站二次設(shè)備系統(tǒng)測(cè)試就無(wú)法檢測(cè)出裝置接口是否工作正常、網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷情況是否正常等等。因此，為提高變電站二次設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性，必須對(duì)變電站二次設(shè)備閉環(huán)系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)行研究，特別是對(duì)基于IEC－61850的數(shù)字化變電站，繼電保護(hù)裝置的閉環(huán)系統(tǒng)測(cè)試更是必須完成的重要測(cè)試工作。

3 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)分析

數(shù)字化變電站的測(cè)試手段是數(shù)字化變電站投入應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，但長(zhǎng)期以來(lái)重開(kāi)發(fā)、輕測(cè)試的做法已經(jīng)給電力系統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)了一定的負(fù)面影響。由于當(dāng)前變電站自動(dòng)化設(shè)備的系統(tǒng)測(cè)試本身存在各類(lèi)設(shè)備多、型號(hào)繁、規(guī)約雜等問(wèn)題，給測(cè)試技術(shù)的研究帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。

隨著變電站的完全數(shù)字化，基于IEC－61850通信規(guī)范的數(shù)字變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為：測(cè)試系統(tǒng)必須符合IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)，支持網(wǎng)絡(luò)通訊；測(cè)試功能強(qiáng)大，除了完成各種常規(guī)的繼電保護(hù)裝置測(cè)試功能外，還能具備其他特殊功能要求；系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)必須方便快捷，硬件平臺(tái)要通用化，測(cè)試功能的擴(kuò)展能通過(guò)軟件升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；贗EC－61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化繼電保護(hù)裝置具備保護(hù)、對(duì)外通信、信息輸入、記錄、顯示、打印等各項(xiàng)功能，在對(duì)裝置進(jìn)行全面測(cè)試時(shí)，考核以上功能的正確性也非常重要，應(yīng)成為功能測(cè)試中重要的一項(xiàng)。

從數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，目前已有部分測(cè)試設(shè)備尚不能完全滿(mǎn)足數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的測(cè)試需求，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)的研究，研制出能夠進(jìn)行數(shù)字化閉環(huán)測(cè)試的測(cè)試裝置。根據(jù)數(shù)字化變電站的特點(diǎn)，保護(hù)、測(cè)控等變電站二次設(shè)備只要符合IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)。就可以直接無(wú)縫地接入變電站的局域網(wǎng)中，非常方便。因此電力系統(tǒng)的測(cè)試也必須符合以上的發(fā)展趨勢(shì)，測(cè)試也將變得更加方便簡(jiǎn)單。數(shù)字化閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)的原理，見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)字化電力系統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試原理

數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)的數(shù)字化繼電保護(hù)裝置均接入變電站局域網(wǎng)中。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的故障設(shè)置模擬EVT、ECT的故障數(shù)據(jù)。按 IEC－61850的規(guī)范通過(guò)局域網(wǎng)向保護(hù)裝置發(fā)出數(shù)字信號(hào)（故障量），數(shù)字化繼電保護(hù)裝置根據(jù)數(shù)字信號(hào)做出反應(yīng)，并向局域網(wǎng)發(fā)出事件信息（跳合閘指令），測(cè)試裝置接收到事件信息后再進(jìn)行下一步的操作，整個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)都由數(shù)字化元件構(gòu)成。測(cè)試系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算功能可以進(jìn)行復(fù)雜的電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真試驗(yàn)和故障再現(xiàn)等，繼電保護(hù)裝置的軟件版本升級(jí)后，相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得，數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)在保證信息安全的基礎(chǔ)上，能實(shí)現(xiàn)測(cè)試信息的共享，同時(shí)可以支持強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析、異常處理記錄等。

針對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置。在測(cè)試方法和技術(shù)上的研究，應(yīng)緊密?chē)@數(shù)字化繼電保護(hù)裝置與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置性能特點(diǎn)的區(qū)別進(jìn)行。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置符合lEE－61850標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)了IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)后的繼電保護(hù)裝置的支持功能發(fā)生變化，基本接口接法也發(fā)生了變化，因此，應(yīng)基于IEC－61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其測(cè)試方法進(jìn)行相應(yīng)研究。以形成滿(mǎn)足數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置測(cè)試要求的更為簡(jiǎn)單、可靠、快捷、安全的測(cè)試方法。