就地化保护互操作性测试研究

杨生苹， 刘天祥， 程克杰， 许英豪(许继电气股份有限公司，河南 许昌　461000)

0　引　言

随着继电保护产品软件、硬件技术的日趋成熟，一种更适应智能变电站发展的新型继电保护——就地化保护应运而生，就地化保护作为当前研究的热点，具有与一次系统接口标准统一、节省资源、防护等级高、调试及运维检修方便快捷等优点，能够提升保护动作快速性和可靠性，是继电保护重要发展方向之一。

就地化保护装置取消了键盘和液晶界面，在站控层设置智能管理单元，除了实现人机交互，还实现配置备份管理、保护设备状态监测、故障信息管理等功能。采用无防护就地化安装后，过去的更换插件式消缺方式已不再适用，就地化保护装置外部接口采用标准尺寸和线芯的连接器后，整机更换、即插即用的检修方式，可减少停电时间，提升工作质量和效率[1-2]。

就地化保护采用全新的设计概念，必将给现场调试、运维带来挑战，要实现“即插即用”，必须在更换前完成保护装置的校验，产品的互操作性是一大重点。

本文结合就地化保护的特点，对其互操作性进行系统研究，并提出互操作性测试的方法，重点针对就地化保护与智能管理单元之间的互操作性设计完整的测试用例。

1　就地化保护装置互操作性研究

互操作性是指设备之间能够互相理解，在应用过程中相互协作，共同实现一个目标的能力。智能变电站继电保护装置作为间隔层设备，需要与站控层、过程层、间隔层设备进行信息交换，根据文献[3]50就地化保护装置还需要与智能管理单元通信。就地化保护通信网络如图1所示。

图1　就地化保护通信网络

1.1　装置与站控层、过程层通信的互操作性

装置与站控层、过程层通信测试应从一致性测试、模型规范性、信息规范性、通信性能、通信可靠性等五个部分设计测试项目[4-5]，测试项目如表1所示。

1.2　间隔层装置之间互操作性

就地化保护装置采用电缆跳闸方式，通过过程层GOOSE网络发布本装置的跳闸信号及其他状态信号，同时订阅其他保护或控制设备的相关信号，如根据文献[3]50线路保护启动母差保护失灵，母差闭锁线路保护重合闸。间隔层装置之间的互操作体现在互相配合实现保护功能上。母线主机与子机之间的HSR(高可靠性无缝冗余环网)环网也将是间隔层装置互操作性测试的重点[6-7]，测试项目如表2所示。

表1　装置与站控层、过程层通信测试项目

表2　间隔层装置之间互操作性测试项目

1.3　装置二次接线互操作性

就地化装置下放到一次设备附近安装，这种方式需要二次回路布线清晰、简单、可靠。目前就地化装置采用专用电连接器和专用光纤连接器形式[8-9]，通过预制方式实现对外连接，如国网标准《无防护就地化线路保护装置通用技术条件》对就地化预置电缆标志、防误措施、指标等要求如表3所示。

表3　预置电缆要求

1.4　装置与智能管理单元通信互操作性

就地化保护取消了就地液晶界面和键盘，通过智能管理单元实现变电站内就地化保护装置的界面集中展示等功能。根据文献[1]3、[1]4就地化保护与智能管理单元之间实现的功能如图2所示。

图2　保护与智能管理单元之间实现的功能

装置与智能管理单元通信互操作性围绕上述功能实现，就地化作为全新的二次设备实施方案，发展前景广阔。但目前仍处于起步阶段，测试手段并不成熟。装置与智能管理单元的通信依照IEC61850标准建模，装置通信报文与就地化相关标准的一致性是实现互操作的基础，功能的正确性、可靠性需要设计全面的测试用例进行考核。

2　装置与智能管理单元互操作性测试用例设计

装置按国网标准进行菜单建模，与智能管理单元通信LD实例名为“MGR”，通信报文为MMS报文。本部分用例围绕装置与智能管理单元之间实现的功能进行设计。

2.1　远程界面建模及测试用例设计

远程界面需要实现由IEC61850报告服务、读服务、写服务、控制服务、文件服务等实现。远程界面功能建模及服务如图3所示。远程界面通信服务测试项目如表4所示。

图3　远程界面功能建模及服务

2.2　不停电传动测试、开出传动用例设计

不停电传动是指在线路不停电的情况下进行传动试验。在高仿真条件下对保护设备及其二次回路进行检测，能够减少停电时间与次数，提高供电可靠性。

表4　远程界面通信服务测试项目

对于智能管理单元，不停电传动前，需确认重合闸是否充电满，需要确认两次跳闸试验的时间间隔必须大于1 min，否则无法操作。

对保护装置，跳闸开出传动脉宽满足50 ms～90 ms。不停电传动跳令收回后，装置应能自动重合闸。以线路保护为例，不停电传动逻辑如图4所示。不停电传动测试用例如表5所示。

图4　不停电传动逻辑图

2.3　一键备份及下装

一键备份和一键下装通过文件服务实现，保护投运时根据需要可进行一键备份，装置提供用于备份的文件清单，包含本装置的固件和需要备份的配置文件，固件用于恢复时校对装置，配置文件旨在备份时指定备份文件范围以及在恢复时把文件恢复到相应的位置。

在设备维护或整体更换时，将存储在智能管理单元中的备份文件一键式下装到装置，装置校对备份文件中固件CRC码等与装置完全匹配，将文件放在指定的位置并重启装置以使配置生效，否则不恢复配置。一键备份及下装建模及逻辑如图5所示，一键备份及下装测试用例如表6所示。

表5　不停电传动测试项目

图5　一键备份及下装建模及逻辑

2.4　通信对点

通信对点数据集应为dsMgrVirtual，该数据集只有一个点，建模为SP，类型为STG。智能管理单元“通信对点”界面应根据保护模型自动列出可对点的所有点的列表。通信对点用例如表7所示。

表6　一键备份及下装测试项目

表7　通信对点测试项目

2.5　保护设备状态监测、故障信息管理

保护装置需要将保护动作、告警信息、状态变位等实时上送智能管理单元，管理单元对收集到的数据进行过滤、分类、存储等，从而实时监视及分析网络通信状态。

保护装置应将录波文件以MMS文件服务方式上送智能管理单元，以实现智能管理对录波的显示、分析、打印。

3　结束语

本文系统研究了智能变电站就地化保护装置互操作性，重点研究并提出了就地化保护装置与智能管理单元的通信互操作性测试用例设计，此测试用例已实际应用于就地化保护的研发测试，经过测试的就地化保护装置互操作性通过了中国电科院的试验，且已成功挂网试运行。本文对互操作性的测试研究及方法分析对就地化保护的调试、运维环节具有一定的参考意义。随着就地化保护的应用推广，互操作性的测试研究也有待进一步深入。

参考文献：

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