智能变电站继电保护装置一键式测试方法及系统

刘 巍，赵 勇，石 光

（1.河南省电力公司电力经济技术研究院，河南 郑州 450052；2.河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052）

0 引言

随着输变电设备的大量运行，继电保护检验的工作量也成倍增加，继电保护装置自动测试技术逐渐受到关注［1-7］，但由于继电保护的重要性和复杂性，一直不能实现真正意义上的自动测试。

智能变电站的建设及IEC61850协议的应用为继电保护自动化测试技术的发展提供了更好的技术支撑平台［8-12］，保护装置需要的电流、电压以采样值（SV）报文的形式从光以太网口获取，因而测试不再需要考虑模拟量的接线及功率放大问题；保护的开入信号及跳合闸出口以GOOSE报文的形式通过光以太网口传输，且通过GOOSE指令也可对智能开关置检修模式，闭锁智能开关的跳闸和合闸功能，测试不再需要复杂的接线。

目前，整个智能变电站继电保护装置现场校验过程需要2人以上在现场共同完成，检验一套复杂的继电保护装置一般需要2～3 d，而且要求现场工作人员对保护原理、测试方法、装置配置等均非常熟悉，因此在现场经常出现错误检验或检验无法进行的情况。另外，目前还存在测试报告格式不固定、试验报告的整理需要花费大量时间的问题，且由于报告为手工处理，很难保证试验数据的真实性。

本文从智能变电站继电保护装置的特点和测试需求出发，提出了智能变电站继电保护装置一键式测试的概念。采用该测试方法能够极大简化继电保护测试过程，提高工作效率，是智能变电站继电保护装置测试技术未来的发展方向。

1 一键式测试方法

1.1 配置信息自动导入

由于智能变电站中各智能电子设备（IED）的各种信息（功能、指标、参数等）都包含在系统配置描述（SCD）文件和自身的IED配置描述（CID）文件中，这就给继电保护装置一键式测试提供了技术基础［13］。

继电保护装置实现一键式测试最重要的是按照继电保护装置保护定值自动计算测试参数，继电保护装置通道配置及定值的导入是非常关键的步骤。一键式测试装置可以通过导入被测继电保护装置的CID文件或者全站配置的SCD文件来获取被测继电保护装置的参数、通道配置、指标等信息，通过MMS网络获取定值信息，并且还可以通过发送和接收GOOSE信息自动投退检验所需的软压板，从而实现自动配置。

1.2 一键式自动测试

一键式测试系统接线图如图1所示，IEC61850一键式测试系统通过光纤分别接入SV网、GOOSE网和MMS网。基于IEC61850网络化和系统化的特点，一键式测试装置通过SCD文件配置待测继电保护装置和智能单元信息，通过MMS网获取保护装置保护定值信息，尤其对于新建变电站，以配置文件形式配置好所有待测保护装置（如线路保护、主变保护、母差保护等）的信息；将原有的MU断电，一键式测试系统模拟MU给相应保护装置发信息，通过GOOSE网络接收保护装置的跳闸信息和智能终端的断路器位置信息，同时通过MMS网接收保护装置上传给主站系统的SOE和故障动作报文信息。

例如过流保护装置的测试，一键式测试系统根据配置信息，通过MMS光以太网口向继电保护装置发送信息自动投退保护试验项目所需的软压板及相关联闭锁条件，再向继电保护装置发送SV报文，SV报文分别为继电保护装置定值的95%和1.05倍。若继电保护装置正确动作，则一键式测试装置自动调整输出的SV报文，使其分别为保护定值的1.2倍（过量）或70%（欠量），并自动记录动作时间；若被测装置不正确动作，一键式测试装置将发出该继电保护装置测试项目异常告警，并停止试验。一个保护项目完成后自动切换进入下一个试验项目，直至全部试验项目完成。一键式测试装置根据测试情况自动给出实验报告供测试人员查阅。

图1 一键式测试系统Fig.1 One-key test system

1.3 一键式测试具体流程

通过导入SCD文件，获取全站装置的配置，得到各个装置中的数据流向，包括SV流向和GOOSE流向。在这些信息的基础上，后台软件搭建全站模型，列举全站设备信息。测试之前用户需要选择测试哪些设备，选定测试设备和测试项目后，测试系统会列出需要配置的信息，包括各相相关定值和保护装置的相关动作行为定义等内容。用户可手动配置这些信息，也可通过导入保护装置的内部配置文件获取动作行为定义，通过之前导入的全站定值单选取相关定值。测试系统将装置信息、动作行为定义和定值三方面信息进行整合，得到测试项目、测试方案以及测试结果模板，用户可对测试项目及测试结果模板进行调整，确认所有信息后即可开始进行一键式测试，测试系统根据之前的相关配置进行测试并输出测试结果。一键式测试流程如图2所示。

图2 一键式测试流程Fig.2 Flowchart of one-key test

2 一键式测试系统

2.1 硬件平台

一键式测试智能变电站继电保护装置的系统包括IEC61850继电保护测试仪、计算机、被测继电保护装置等，计算机通过电以太网口与IEC61850继电保护测试仪连接。计算机主要负责SCD和CID文件的导入、测试过程控制管理、实验报告生成、用户图形用户界面（GUI）等；IEC61850继电保护测试仪接收计算机下发的配置、试验控制等指令，发出相应的SV报文或GOOSE报文，对被测继电保护装置进行测试；为兼容现场的开关量硬接点信号，设计了8路硬接点开入量接入和4路硬接点开关信号输出；系统可以通过GPS的光IRIG-B码进行对时。系统的硬件框图如图3所示。

图3 一键式测试硬件平台框图Fig.3 Hardware platform of one-key test

IEC61850继电保护测试仪可以通过4组光以太网口对多个不同的继电保护装置进行试验，也可以对一个继电保护装置的不同光以太网接口进行试验，IEC61850继电保护测试仪是实现本系统的硬件平台，采用新一代数字信号处理器（DSP）+现场可编程门阵列（FPGA）构成的数字信号处理系统，系统实时性好，强大的数据处理能力使其发送SV报文时仍能够保证极高的输出稳定性，同时保证最大采样率不低于现场电子式电压互感器（EVT）和电子式电流互感器（ECT）采样率，能够发送和接收解析多达20组GOOSE报文，1组GOOSE报文最多支持32个GOOSE数据。

2.2 软件平台

测试软件机构应包含公用平台和功能模块两部分。功能模块设计成动态链接库方式，按照测试功能需要，划分为多种不同的小模块，由于划分的功能很细，每个模块的功能就相对简单，接口参数很少，便于使用。公用平台只包含各个模块的公用部分，其作为运行平台，始终处于打开状态，以动态链接库方式调用测试功能模块，随时可以打开和关闭，结构简单、运行稳定。

公用平台软件是以模板方式调用功能模块运行的。模板是模块调用和参数定义的格式文件，采用字符方式编写。不同的测试功能通过不同的模板文件定义。测试软件的运行过程就是公用平台运行测试模板的过程。基于测试模板技术，可以组织测试流程、定义测试方法、计算测试参数，实现一键式测试过程。

3 结语

智能变电站和IEC61850规约的实施为继电保护装置的一键式智能测试打下了良好基础。本文阐述了一键式智能测试的基本思想和系统结构，给出了测试的流程，研究了一键式测试系统的硬件系统和软件系统。该系统充分体现了智能变电站测试技术自动化、智能化的特点。