电力设备在线监测装置一致性测试评价体系

翟瑞聪，谢善益，高雅，周刚

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州510080)



电力设备在线监测装置一致性测试评价体系

翟瑞聪，谢善益，高雅，周刚

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州510080)

摘要：以IEC 61850系列标准为基础，构建了电力设备在线监测装置的一致性测试评价体系。针对电力设备在线监测装置的应用特点，对一致性测试的内容、流程和结果评价进行了分析和归纳，并针对IEC 61850系列标准测试用例不完善的问题，对信息模型、通信服务等测试内容的用例进行了补充、调整和解耦，以满足工程实际要求。实际应用效果表明，该评价体系不仅能合理评价被测装置，而且在质量检测方面起到严把产品入网质量关的作用，在工程调试方面降低了装置运行故障率。

关键词：在线监测装置；一致性测试；评价体系；IEC 61850

近年来，各类型电力设备在线监测装置不断涌现，几乎覆盖了电力系统所有的关键输变电设备，为状态检修提供了重要的工具[1-2]。借鉴IEC 61850系列标准在变电站自动化领域的成功应用，中国的专家学者和生产厂商也对IEC 61850在状态监测的应用进行了大量的实验和研究，建立了状态监测智能电子设备(intelligent electronic device，IED)的信息模型[3]，实现了在线监测装置的系统集成[4-5]；同时，外国学者也对电力设备状态监测和故障诊断系统集成进行了研究，并取得了一些成果。国际电工委员会第57技术委员会正在制定相关的技术标准IEC 61850-90-3，主要用于指导IEC 61850在状态监测领域的应用[6]。

在在线监测装置的接入调试过程中，由于各生产厂家对IEC 61850的理解不一致，使IED之间互联互通存在一些问题，为此需要进一步开展一致性测试的研究工作[7]，验证IED通信接口与标准要求的一致性，包括访问组织、帧格式、位顺序、时间同步、定时、信号形式、电平和对错误的处理等方面。国内外专家对一致性测试进行了研究，如文献[8]介绍了变电站自动化系统的一致性测试情况，文献[9]提出了在线监测装置、综合监测单元和站端监测单元的一致性测试方案。上述的研究成果仅仅着重于IEC 61850本身一致性的测试，不能满足在线监测装置的测试应用需求，如缺少谱图数据、编码等测试内容和方法，从而未能形成完备的在线监测装置IEC 61850一致性测试评价体系。本文在IEC 61850一致性测试的基础上，着重研究在线监测应用特点，建立完备的、科学的测试评价体系，实现更具针对性的标准化测试。

1一致性测试评价体系的构成

IEC 61850-10：2012《电力自动化通信网络和系统 第10部分：一致性测试》[10]只规定基本的测试内容，测试结果只有通过和不通过2种，缺乏对被测装置的评价，难以满足在线监测模型及通信的检测要求，为此建立了在线监测装置的一致性测试评价体系，包括测试内容、测试流程和测试结果评价3个部分。测试内容定义了在线监测装置需要测试的具体内容，包括信息模型、通信服务、谱图数据等。测试流程对整个测试的过程、步骤进行了合理分配。测试结果评价则根据在线监测装置的应用需求进行合理评分。

2测试内容

当前针对IED进行的一致性测试，仅仅测试了IEC 61850的基本内容，比如信息模型测试仅局限于语法测试，对具体的语义模型缺乏进一步的测试。实际应用发现，在线监测装置即便通过了IEC 61850一致性测试，在接入在线监测主站系统时仍需针对在线监测的语义模型进行进一步的测试，通信服务方面也需进行通信过程的细节测试。此外，谱图数据是在线监测特有的一类重要数据，传统的一致性测试并未针对谱图数据的存储格式和传输方式进行测试。针对上述问题，本文对测试内容进行针对性的研究。

2.1信息模型测试

信息模型测试包括语法模型测试和语义模型测试两部分。语法模型测试主要检查在线监测装置所建立的信息模型是否符合IEC 61850规定的语法规范，包括结构化控制语言(structured control language，SCL)的语法、逻辑设备和逻辑节点的建模等检查。语义模型测试则进一步测试逻辑节点的属性、扩展属性等是否满足在线监测的特定需求。

IEC 61850-10：2012仅对信息模型的测试内容进行简单的描述，并没有形成具体的测试用例。为了便于实际的测试操作，根据在线监测数据建模要求，列举出信息模型的常规测试用例和扩展测试用例，具体见表 1。常规测试用例是信息模型测试的最基本用例，检测机构一般只检测这些基本用例；扩展测试用例则是根据各地方在线监测数据建模要求的具体细则而设定的，这是工程调试过程中最关心的内容。

表1信息模型测试用例

类型编号测试用例名称常规测试用例Scl1SCL语法检测Scl2离线模型检测Scl3在线和离线模型一致性检测扩展测试用例Scl4模式检测Scl5信息头检测Scl6逻辑设备组成检测Scl7扩展属性检测Scl8在线监测装置台账检测Scl9被监测设备台账检测Scl10数据集、控制块检测Scl11实例化描述检测Scl12文件命名检测

2.2通信服务测试

通信服务测试主要测试被测装置与IEC 61850客户端之间的通信能力，其测试用例的选择应覆盖关联服务、服务器服务、逻辑设备服务、逻辑节点服务、数据服务、数据集服务、定值组服务、报告服务、日志服务、文件传输服务等相关制造报文规约(manufacturing message specification，MMS)服务，并考虑其正确性和可靠性，共106个测试用例。

在实际的测试应用过程中，发现存在部分测试用例过大、测试顺序不合理、测试用例无法单独执行等问题。为此需要在IEC 61850-10：2012的基础上，调整测试顺序，将部分测试用例解耦，使其更容易操作。在实际应用工程中，通过补充或调整将原先的106个测试用例修改成117个，使其具备可操作性和可执行性，便于软件实现。

2.2.1测试用例补充

针对IEC 61850已有明确要求、而IEC 61850-10：2012未给出测试用例的部分，补充相关的测试用例。比如IEC 61850-7-2：2010《电力自动化通信网络和系统 第7-2部分：基本通信结构——抽象通信服务接口(ACSI)》中明确定义了一个逻辑设备(logic device，LD)只能有一个日志队列，而IEC 61850-10：2012并未给出具体的测试用例，为此新增测试用例Log11“一个LD只有一个日志队列”，用于检验每个LD下的日志队列个数。

2.2.2测试用例调整

IEC 61850-10：2012部分测试用例规定的内容太多，不便于实际的操作，为此进行调整。比如在文件传输服务测试中，测试用例Ft2包含了读文件属性、下载文件、删除文件等测试内容，但并未考虑到在线监测应用中删除文件是不强制要求的。若在线监测装置不支持删除文件功能，则 Ft2判定为失败，这显然是不合理的。为此将Ft2拆分为3个测试用例，分别用于测试读文件属性、下载文件和删除文件，这样更具针对性。

2.2.3测试用例解耦

对于部分无法独立执行的测试用例，采用去耦合的方法，补充、优化每个测试用例的检测步骤。比如对于缓存报告控制块(buffered report control block，BRCB)的测试，测试用例Rpt6需要在关联服务完成后才能进行测试，与关联服务测试的关联度较大。为此，根据缓存报告状态机的工作原理，将Rpt6的测试步骤明确为：关联被测服务端→启动BRCB→配置BRCB→请求使能→请求“完整周期”(或数据更新、数据变化、品质变化)报告，检查报告记录是否正确返回→请求停止使能→关闭BRCB→释放被测服务端关联。经过去耦合处理，测试用例Rpt6即可单独执行，无需受关联服务测试顺序的约束。

2.3谱图数据测试

谱图数据文件包括配置部分和波形数据部分，配置部分有生成时间、通道名称、放电类型等，波形部分有谱图数据。谱图数据测试主要包括谱图数据文件构成、必选和可选数据项、数值的取值范围、谱图文件上送机制的检测，实现了谱图数据的完整性、正确性和规范性检测。

3测试流程

在线监测装置的检测包括如下步骤：

a)静态测试。根据静态一致性要求、测试方提供的协议实现一致性陈述(protocol implementation conformance statements，PICS)和模型实现一致性陈述(model implementation conformance statements，MICS)，进行SCL模型测试。静态测试是一致性测试的首要测试项目，若不通过将影响其他测试项目的结果。

b)动态测试。根据动态一致性要求选择测试用例组合，并根据测试方提供的额外信息说明进行测试参数的选择和设置，经过基本联接测试、能力测试和行为测试后，进行结果分析。

c)谱图文件测试。根据谱图文件格式及传输要求，检测谱图文件上送机制和谱图文件格式是否符合要求。

d)编码测试。根据施工方的编码规则进行测试，这是一致性测试的最后测试项目，仅影响现场工程调试的测试结果。

e)汇总上述测试结果，形成最终测试报告。

3.1静态测试

静态测试也称作信息模型检测，依据PICS、MICS的要求检查IEC 61850数据模型是否符合要求，包括文件版本、SCL模型语法和语义的完整性和正确性、对象实例命名、节点描述等内容。静态测试内容可归纳为：项目1，对逻辑节点中必选数据项、条件可选数据项、可选数据项的确认；项目2，对信息模型中依赖于特定通信协议栈内容的确认，包括通信连接点、模型类名称等的语法表示和词法表示；项目3，对信息模型中数据类型及其表示方法的确认；项目4，对信息模型中逻辑节点、数据、数据属性等扩充合法性的确认。

在线监测装置的语义空间是以IEC 61850子集为基础的扩充，产品互操作性所依赖的是语义空间的上界。为保证语义空间的一致性，一方面依赖信息模型的结构和语义，即项目1和项目4的测试内容；另一方面依赖信息模型的语法和词法表示，即项目2和项目3的测试内容。应用IEC 61850时，保证上述项目的一致性显然是实现互操作的必然要求。

3.2动态测试

动态测试也称作通信服务检测，即对抽象通信服务接口(abstract communication service interface，ACSI )的测试，几乎覆盖所有MMS服务，如应用关联，模型访问，数据查询，时间同步，报告、日志、文件的传输等。测试内容包括通信连接、交互顺序、交换内容等，这是保证IEC 61850通信服务一致性的重要条件。

3.3谱图文件测试

谱图文件测试包括谱图文件上送机制检测和谱图文件格式检测。谱图文件的上送采用基于事件触发的传输机制，一般情况下要求同时提供MMS文件传输和文件传送协议(file transfer protocol，FTP)两种方式，因此要求对两种传输方式分别进行测试。谱图文件格式检测主要依据谱图文件格式的要求，通过分析每个数据项的合理性来判断文件格式是否符合规范要求。

3.4编码测试

编码测试主要依据编码规则和实际工程要求，检查在线监测装置编码、生产厂家编码、所监测电力设备的编码是否符合电网公司的相关规定，一般用于现场工程调试。

4测试结果评价

测试内容共有129个用例，其中信息模型检测12个，通信服务检测117个。

首先，根据测试用例本身的特征，初步划分肯定测试用例为强制项目，否定测试用例为可选项目，因为否定测试用例用于容错性测试，在实际工程中较少出现此类问题。然后，结合在线监测装置具体的应用需求，将部分肯定测试用例定义为可选项目，比如数据集服务的永久数据集和非永久数据集的创建、删除，文件传输服务的文件删除、上传等(在线监测不要求此类应用)；将部分否定测试用例定义为强制项目，比如应用关联服务中断后请求关联、报告服务未触发选项时的使能报告(实际工程经常出现此类问题)等。最终形成了69个必选项目和60个可选项目。在测试评价过程中，必选项目用于判定被测装置是否满足基本功能需求，只要其中一项不通过，则整个测试判定为不及格；可选项目按照其重要程度进行评分，在强制项目全部通过的前提下进行加分，综合体现被测装置的整体通信能力。最后，输出评价结果。

5实际应用

通过在线监测信息模型、通信服务和谱图数据的标准化研究，广东电网电力设备远程监测诊断中心系统地实现了不同原理、不同厂家在线监测装置的一体化接入，在线监测装置一致性测试评价体系的研究和应用在质量检测和工程调试方面发挥了重大的作用。2012—2014年，广东电网有限责任公司先后完成了7批次、41个厂家、80余套在线监测装置(包括气体绝缘金属封闭开关设备局部放电在线监测装置、变压器局部放电在线监测装置、变压器套管电容量及介质损耗在线监测装置、变压器油中气体在线监测装置等)的入网检测，共检出13套送检样品不满足技术要求，为在线监测装置招标工作提供了参考依据。2012年起共完成300余套在线监测装置的接入调试，确保了装置的可靠、稳定运行。

6结论

随着IEC 61850在电力设备在线监测领域的广泛应用，在线监测装置一致性测试的研究和应用也随之开展。本文通过一致性测试评价体系的研究，明确了测试内容、测试流程和测试结果评价方法。实践证明，本文提出的一致性测试评价体系不仅能合理评价被测装置，而且在质量检测方面起到了严把产品入网质量关的作用，在工程调试方面降低了装置运行故障率。

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翟瑞聪(1986)，男，广东肇庆人。工程师，工学硕士，从事电网自动化、在线监测及开发工作。

谢善益(1971)，男，浙江宁波人。教授级高级工程师，工学硕士，从事电网自动化系统、在线监测技术的研究开发及应用工作。

高雅(1981)，女，河南许昌人。高级工程师，工学硕士，从事电力设备在线监测研究工作。

(编辑李丽娟)

Testing and Evaluation System for Consistency of Power Equipment Online

Monitoring Device

ZHAI Ruicong, XIE Shanyi, GAO Ya, ZHOU Gang

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

Abstract：On the basis of IEC 61850 standards, testing and evaluation system for consistency of power equipment online monitoring device is constructed. In allusion to application characteristics of the power equipment online monitoring device, this paper analyzes and concludes testing contents, process and result evaluation. Aiming at imperfection of testing cases of IEC 61850 standards, it also adds, adjusts and decouples testing cases such as information model, communication services, and so on in order to meet engineering practice requirements. Practical application indicates that this system can not only reasonably evaluate the tested device, but also play a role in strictly controlling networking quality in aspect of quality detection as well as reducing running fault rate of the device in term of engineering commissioning.

Key words：online monitoring device; consistency testing; evaluation system; IEC 61850

作者简介：

中图分类号：TM764

文献标志码：A

文章编号：1007-290X(2016)01-0083-04

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.01.016

收稿日期：2015-07-08修回日期：2015-10-09