新型繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

姚亮，陳實(shí)，張勇剛

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211100）

新型繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

姚亮，陳實(shí)，張勇剛

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211100）

從繼電保護(hù)裝置人工測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試的對(duì)比著手，分析現(xiàn)階段智能化繼電保護(hù)裝置的開發(fā)對(duì)自動(dòng)測(cè)試的需求特點(diǎn)，依此提出了全新的綜合自動(dòng)測(cè)試方案并付諸實(shí)踐，使智能化繼電保護(hù)裝置的全面自動(dòng)測(cè)試成為可能。通過闡述該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用過程，介紹該系統(tǒng)在自動(dòng)化、可視化以及智能化方向上的設(shè)計(jì)思路。

智能化繼電保護(hù)；新型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；IEC 61850規(guī)約

0 引言

隨著電力系統(tǒng)中微機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，繼電保護(hù)技術(shù)獲得了很大的發(fā)展空間，保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)方式也日益更新。微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的深度發(fā)展和應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新?lián)Q代使得繼電保護(hù)的智能化被提到發(fā)展日程中。

自2012年以來，智能變電站的發(fā)展速度越發(fā)加快，規(guī)模也逐步擴(kuò)大。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)快速發(fā)展的腳步，必須提高繼電保護(hù)裝置的研發(fā)及調(diào)試進(jìn)度。而在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)開發(fā)過程中，為了保證保護(hù)程序的正確、完整性，需要開發(fā)人員花費(fèi)大量的時(shí)間、精力對(duì)保護(hù)程序進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試驗(yàn)證。在前期有部分測(cè)試儀廠家獨(dú)自開發(fā)了幾種自動(dòng)測(cè)試軟件，但由于對(duì)繼電保護(hù)行業(yè)的理解不夠深入，沒有統(tǒng)一的測(cè)試發(fā)展思路和規(guī)劃，故而前期的自動(dòng)測(cè)試軟件自動(dòng)化程度不高，無法為各種保護(hù)功能量身定做測(cè)試方案。

鑒于以上情況，為了提高開發(fā)效率、減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱國(guó)電南自）與某測(cè)試儀廠家合作開發(fā)了SmartAts自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，此系統(tǒng)可通過IEC 61850規(guī)約對(duì)不同廠家、不同功能的智能化保護(hù)裝置進(jìn)行定值的自動(dòng)修改、保護(hù)功能的自動(dòng)測(cè)試、報(bào)表的自動(dòng)填寫、報(bào)文的自動(dòng)識(shí)別及“四遙”信號(hào)的自動(dòng)評(píng)測(cè)等保護(hù)及自動(dòng)化功能的自動(dòng)測(cè)試。

1 傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的人工測(cè)試

一般來說，傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的測(cè)試是針對(duì)每種具體的保護(hù)功能進(jìn)行的單項(xiàng)測(cè)試，然后再對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)記錄，其中所有的操作皆需開發(fā)測(cè)試人員參與。以普通的相間過流I段保護(hù)為例，測(cè)試流程為：（1）將待測(cè)的過流保護(hù)所需的模擬量輸入端子與測(cè)試儀對(duì)應(yīng)的電壓、電流輸出端子，并進(jìn)行手動(dòng)連接，保護(hù)裝置的跳閘出口與測(cè)試儀的輸入連接；（2）根據(jù)待測(cè)功能手動(dòng)調(diào)整保護(hù)裝置的定值及壓板控制字等；（3）確認(rèn)方案及連線正確后進(jìn)行測(cè)試；（4）測(cè)試完成后檢查分析結(jié)果，計(jì)算結(jié)果誤差并手動(dòng)填寫至最終的報(bào)告中。

從以上測(cè)試過程可以發(fā)現(xiàn)，所有的測(cè)試過程皆需人工參與，而且以上測(cè)試過程需要根據(jù)不同的保護(hù)功能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。另外，由于不同廠家的測(cè)試儀以及保護(hù)裝置的操作不盡相同，也會(huì)增加互相配合時(shí)操作的復(fù)雜性，故而在實(shí)際測(cè)試過程中不僅存在工作效率不高的現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)增加出錯(cuò)的概率。

2 智能化繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)測(cè)試

為了適應(yīng)現(xiàn)階段電力系統(tǒng)繼電保護(hù)智能化發(fā)展的需要，各保護(hù)廠家的智能化保護(hù)裝置皆是在ICE 61850規(guī)約的基礎(chǔ)上研發(fā)的。通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約和設(shè)計(jì)思路可將各廠家保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)最大可能地統(tǒng)一，使保護(hù)裝置在智能電網(wǎng)內(nèi)可以通過專用網(wǎng)絡(luò)完美連接，達(dá)到大電網(wǎng)中的任一節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)皆可隨意調(diào)取的目的，真正實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。

鑒于智能化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，在連接回路中盡可能取消了傳統(tǒng)的電纜連接而代之以光纜連接，故而傳統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試根本無法滿足要求。在此背景下，智能化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在此全新的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，可通過對(duì)保護(hù)裝置提供的抽象的能力描述文件（ICD）進(jìn)行解析，得出各保護(hù)裝置的定值、壓板、保護(hù)動(dòng)作事件及告警事件等，再根據(jù)接收到的具體動(dòng)作告警信息，與測(cè)試模板中的腳本文件進(jìn)行比較，得出最終結(jié)論。

3 新型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成和應(yīng)用

3.1 總體組成及各模塊設(shè)計(jì)功能

智能化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用對(duì)象化設(shè)計(jì)思路，按照分布式設(shè)計(jì)模式特點(diǎn)設(shè)計(jì)，其具體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出：①②部分為硬件及硬件接口層，用于控制測(cè)試儀，下達(dá)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)試驗(yàn)要求驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀輸出對(duì)應(yīng)的模擬量，完成真正的測(cè)試；③為自動(dòng)測(cè)試層，利用自動(dòng)測(cè)試主控程序和保護(hù)通信規(guī)約引擎程序來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的閉環(huán)測(cè)試；④為模板開發(fā)平臺(tái)層，利用保護(hù)測(cè)試方案編輯平臺(tái)程序，生成標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)測(cè)試模板，供自動(dòng)測(cè)試主控程序使用；⑤為模板庫，管理生成的模板。

3.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用主要包含通信模塊、模板編輯模塊和自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行模塊。

3.2.1 通信模塊

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通信模塊的作用為與待測(cè)保護(hù)裝置進(jìn)行智能通信，具體操作可分為：（1）讀取保護(hù)裝置的定值、壓板、控制字并進(jìn)行整定操作；（2）在線讀取保護(hù)裝置的遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)并進(jìn)行遙控操作；（3）在出現(xiàn)保護(hù)異常時(shí)可自動(dòng)調(diào)取錄波數(shù)據(jù)并保存。

由于系統(tǒng)需面對(duì)不同的保護(hù)裝置，雖然各廠家皆按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但不可避免會(huì)出現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解不同而導(dǎo)致的不匹配問題，而此通信模塊在讀取保護(hù)裝置的ICD后會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所認(rèn)可的獨(dú)立配置文件，系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交流皆是以此文件為基準(zhǔn)，故可實(shí)現(xiàn)各保護(hù)裝置的自動(dòng)識(shí)別，可避免早期自動(dòng)測(cè)試軟件需針對(duì)每一種保護(hù)裝置專門開發(fā)配置的問題。另外，由于現(xiàn)在的保護(hù)裝置很多都為保護(hù)測(cè)控一體化裝置，而早期自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)僅滿足于測(cè)試保護(hù)功能，現(xiàn)系統(tǒng)已將“四遙”功能也納入了測(cè)試范疇，使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠更全面地滿足測(cè)試需求。通信界面如圖2所示。

3.2.2 模板編輯模塊

此模塊為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心模塊，規(guī)劃了自動(dòng)測(cè)試的具體實(shí)施步驟，同時(shí)通過與報(bào)表模塊的結(jié)合，可自由定義報(bào)表格式并通過書簽的形式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)填寫結(jié)果數(shù)據(jù)的功能，編輯界面如圖3所示。

3.2.2.1 執(zhí)行模板的編輯

在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的編輯模塊中將模板定義為子模板、實(shí)例化文件和大模板3類。其中，子模板為各保護(hù)功能中的最小應(yīng)用單元模塊；實(shí)例化文件為根據(jù)相應(yīng)的子模板結(jié)合具體保護(hù)裝置的全站配置描述文件（SCD）配置生成的具體測(cè)試模塊；大模板為多個(gè)實(shí)例化文件的組合。在實(shí)際應(yīng)用中，可預(yù)先按照各種保護(hù)功能的最小應(yīng)用單元設(shè)計(jì)好子模板，這些子模板并不與實(shí)際保護(hù)裝置相關(guān)聯(lián)，而是作為一個(gè)類似于類文件的結(jié)構(gòu)存在，然后根據(jù)待測(cè)功能需求選擇1個(gè)或多個(gè)子模板生成測(cè)試文件。

圖2 通信界面

圖3 編輯界面

例如，過流保護(hù)功能相關(guān)子模板可分為過流動(dòng)作值測(cè)試子模板、過流動(dòng)作時(shí)間測(cè)試子模板、負(fù)序電壓閉鎖過流定值測(cè)試子模板、低壓閉鎖過流定值測(cè)試子模板、過流方向元件范圍測(cè)試子模板及過流控制字壓板組合邏輯測(cè)試子模板等。這些子模板可實(shí)現(xiàn)定義壓板投退、定值控制字修改、需引用的自動(dòng)測(cè)試功能模板參數(shù)設(shè)定等功能。

若需對(duì)保護(hù)裝置的過流保護(hù)功能的動(dòng)作值精度進(jìn)行測(cè)試，則調(diào)用相應(yīng)的過流動(dòng)作值測(cè)試子模板，利用編輯模塊中的智能生成測(cè)試模板功能的向?qū)Чδ埽凑障驅(qū)崾痉植襟E完成子模板與具體保護(hù)裝置的壓板、定值等索引，并保存為一個(gè)向?qū)募?，最終自動(dòng)生成智能測(cè)試模板，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投退壓板、修改控制字等功能，無需人工參與；同時(shí)，保存下來的向?qū)募捎糜谙乱淮蜗嗨乒δ艿哪K編輯。不同的保護(hù)裝置皆可利用此子模塊和向?qū)募焖俜奖愕厣蛇^流保護(hù)功能的動(dòng)作值精度測(cè)試模板，可節(jié)省大量的模板編輯時(shí)間。

另外，在模板編輯功能中提供了強(qiáng)大的腳本編輯功能，利用此功能可實(shí)現(xiàn)智能化編程，能夠完成測(cè)試儀精度的自動(dòng)調(diào)整、測(cè)試步長(zhǎng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)結(jié)果的誤差計(jì)算及自動(dòng)判定等功能。

3.2.2.2 數(shù)據(jù)報(bào)表的編輯

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)填寫功能所需數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因一直制約著自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展，因此，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的報(bào)表生成模塊，在此模塊中利用Word文檔的書簽功能實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)填寫，并可將模板中的任意數(shù)據(jù)選擇填入對(duì)應(yīng)區(qū)塊。

3.2.3 自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行模塊

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行模塊利用編輯好的測(cè)試模塊可實(shí)現(xiàn)與裝置的自動(dòng)通信、與測(cè)試儀的數(shù)據(jù)交換、報(bào)表數(shù)據(jù)的自動(dòng)填寫等功能。

4 結(jié)束語

現(xiàn)有智能化繼電保護(hù)裝置皆以IEC 61850規(guī)約為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作等功能。

新型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可利用基礎(chǔ)模板，針對(duì)不同保護(hù)裝置的不同保護(hù)功能進(jìn)行快速解析驗(yàn)證，并自動(dòng)生成測(cè)試模塊，基本達(dá)到測(cè)試過程無需人工參與的目標(biāo)，極大地提高了保護(hù)裝置的開發(fā)進(jìn)程和質(zhì)量，縮短了變電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工期。

［1］胡道徐，丁衛(wèi)華，張丹丹，等.水電廠IEC 61850數(shù)字化變電站［C］／／中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)專業(yè)委員會(huì)2009年年會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集.北京：中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，2009：97-102.

［2］張博.淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（10）：164.

［3］楊麗.基于IEC 61850過程總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)性能研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

［4］朱炳銓，王松，李慧，等.基于IEC 61850 GOOSE技術(shù)的繼電保護(hù)工程應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（8）：104-107.

（本文責(zé)編：弋洋）

TM 774

：B

：1674-1951（2015）01-0019-03

姚亮（1978—），男，江蘇阜寧人，工程師，從事繼電保護(hù)方面的工作（E-mail：you-liang.yao＠sac-china.com）。

2014-07-07；

2014-10-25