智能变电站继电保护装置自动测试系统研究和应用

刘昊鹏

（国网山东省电力公司超高压公司，山东 济南 250000）

0 引 言

继电保护装置是电力系统重要的组成部分，负责监测和保护电力设备，使其免受故障和异常情况的影响。传统的继电保护装置测试通常依赖于人工操作，存在一些问题。首先，人工测试需要投入大量的人力和物力，且容易出现误差。其次，人工测试无法满足大型变电站的高效和准确测试需求。最后，电力系统的复杂性和变化性给人工测试带来了一定的困难。为解决这些问题，智能变电站继电保护装置自动测试系统应运而生。该系统利用先进的技术，如自动化测试设备、数据采集和分析软件等，可以高效地完成继电保护装置测试工作，具有自动化程度高、准确性高、测试速度快以及可靠性强等优势。

1 继电保护装置自动测试技术概述

继电保护装置自动测试技术是一种用于验证和确保继电保护装置正常工作的技术。该技术通过模拟真实的电力系统故障条件，并将模拟故障条件输入继电保护装置，以验证其故障检测和保护能力[1]。

1.1 外部接口技术

外部接口技术是指继电保护装置与其他设备进行连接和通信的技术。利用外部接口技术，继电保护装置能够与计算机、监控系统等设备进行数据交换和信息传递，实现系统之间的互联互通。

1.1.1 串行通信接口

串行通信接口是一种常见的外部接口技术，如RS-232、RS-485 等，主要用于继电保护装置与计算机或监控系统之间的数据传输。继电保护装置通过串行通信接口将采集到的数据发送给计算机或监控系统，还可以接收计算机或监控系统发送的指令和配置信息。

1.1.2 网络接口

网络接口是一种外部接口技术，如以太网接口、Modbus 传输控制/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）端口等，用于继电保护装置与局域网或远程监控系统的通信。通过网络接口，继电保护装置可以直接与其他设备进行通信和数据交换，实现实时监测、远程配置和控制等功能。

1.1.3 无线通信接口

无线通信接口是一种外部接口技术，如Wi-Fi、蓝牙等，用于实现继电保护装置的无线连接和数据传输。通过无线通信接口，继电保护装置可以与其他设备进行无线通信，无须布线，提高了系统的灵活性和便捷性[2]。光纤通信接口利用光纤传输数据，具有高带宽和抗干扰能力强等特点，适用于高速数据传输和远程通信。

1.2 故障模拟系统

故障模拟系统是用于模拟电力系统故障条件的设备，可以生成各种故障波形、故障电流和故障电压，以测试继电保护装置在不同故障情况下的响应和保护能力。故障模拟系统通常由电源、发生器、控制器以及监测设备等部分组成。其中，电源提供故障模拟系统所需的电力；发生器产生各种故障波形、故障电流和故障电压信号；控制器用于设置故障类型、故障参数和故障时间等信息；监测设备用于监测和记录继电保护装置对故障的响应情况，如保护动作时间、跳闸情况等。使用故障模拟系统可以对继电保护装置进行全面的测试和验证，确保其在故障情况下能够及时、准确地检测和确保电力系统的安全运行。外部接口技术和故障模拟系统相互配合，实现对继电保护装置的全面测试和性能评估[3]。

2 自动测试系统的设计

2.1 自动测试系统的架构设计

基于现有实际应用的智能型继电保护装置设计自动检测系统的架构，系统结构如图1 所示。通过采用一种特定的通信方法，实现了系统工作信号在客户机和主机之间的传递，并将试验结果信息上传。

图1 自动检测系统结构

测试装置和被测设备之间需要使用特定的通信协议进行信息传输。主机向测试装置发送控制指令，即进行检测过程中的一系列操作，并实现数据上传。控制软件负责处理各模块的动作、信号判定和闭环控制等内容。利用C++语言编写系统软件，使系统具备自动测试功能，模块配置如图2 所示。

图2 软件设计模块

其中，执行和控制模块主要用于配置和评价任务。通信模块作为通信系统核心，负责传输信息。利用实例添加模块，可便捷修改和编辑测试用例，扩展测试仪器的适用范围。在使用自动测试系统前，需要在编辑模块存储一定数量的专家信息，以便在需要时调用。实例管理模块负责整理系统需要使用的实例，并将需要调用的实例下载到系统中。日志记录管理模块用于采集测试过程数据。生产报告模块生成试验报告，并输出试验所需的各项参数值，以便后续进行数据处理和分析。通过这些模块，使测试系统具备功能丰富的自动测试能力，显著提高了测试效率和灵活性，为测试工作提供了便利和支持[4]。

2.2 继电保护装置自动测试系统设计流程

自动测试系统的设计流程主要分为3 个阶段，即测试准备阶段、测试程序执行阶段和报表生成阶段。

2.2.1 测试准备阶段

首先，将继电设备产生的接口控制文件（Interface Control Document，ICD）与虚拟终端连接，以获取系统配置文档（System Configuration Document，SCD）。其次，从SCD中提取配置接口文档（Configured Interfaces Document，CID）和中间端口的配置信息，并传输给受保护对象装置。最后，利用测试器系统导出这些文档，以备后续应用案例使用或进行测试，确保信息的准确性和一致性。测试准备阶段为后续测试工作奠定了坚实的基础，确保测试工作能够顺利进行，提高系统的稳定性和安全性。

2.2.2 测试程序执行阶段

在执行测试程序前，需要进行严密的用例测试和检测验证。通过编程设计了一个继电保护的自动化测试程序，并生成相应的测试数值，以模拟不同的测试场景和条件，验证受保护对象装置的性能和功能。一方面，要使用测试仪器获取数据输出，采集并解析数据，以获得实际运行数据，方便后续进行分析验证。另一方面，要将测试仪器获得的数据传输给系统处理器，并检查装置的操作数据，以确保系统的正常运行。

2.2.3 报表生成阶段

完成测试程序执行后，系统会自动生成一份试验报告，包含测试过程的详细结果，如数据分析和评估结果。该报告对于评估受保护对象装置的性能和功能至关重要，也是后续改进和调整装置的依据。利用该报告，可以帮助相关人员全面了解装置的性能和功能，从而为后续的改进和优化提供重要参考[5]。

3 自动测试系统研究应用案例分析

3.1 测试计划设计

根据智能变电站的运行环境和设计要求，制定相关的测试计划，以确保测试内容的清晰性和针对性。测试计划涵盖了差动保护测试、距离保护试验和零序保护测试等多个方面，以确保全面评估智能变电站的保护系统性能。

差动保护测试主要测试差动保护装置的基本性能指标，如灵敏度、拒动能力和误动率等，以验证其对故障的检测和保护能力。距离保护试验的目标是检验距离保护装置的准确性和稳定性。该试验涵盖了对定值精度、动作时间和不同故障类型的响应能力等关键指标的检测。零序保护测试旨在评估零序保护装置对母线故障的检测和保护能力，主要检测零序电流测量的准确性、动作时间和对接地故障的响应能力等指标。除保护测试外，测试计划还涉及系统的操作错误和处理效果的检查等内容[6]。

3.2 试验过程

在开展试验前，需要对设备进行初始化处理和配置，确保设备能够正常运行。在实验过程中，自动化检测控制系统会将各种测试信号发送给光纤差动保护设备，模拟典型的工作场景，并记录发送信号的参数和设备的光纤损耗、传输延迟、误码率等指标。完成试验后，将实验结果与实际场景和已知数据进行对比，并将试验结果上传至监控中心，实时展示给用户。

3.3 应用效果总结

在实际运用中，该系统表现出高流畅性，能够独立完成对继电保护装置的自动化检测，提高了工作有效性和检测效率。此外，该方法具有较高的可重复性，可以精确检测小概率问题，并通过反复试验确保结果的准确性，提高检测的连贯性。同时，操作过程中生成的数据可以根据需求进行保存，并符合相关标准，以确保试验结果的完整性，为系统的改进提供有力的数据支撑。

4 结 论

智能变电站的继电保护自动化测试系统在行业中具有显著的优势。该系统的开发规模相对较小，能够有效地节约人力和物力成本。同时，该系统具有稳定性高、效率高等特点，已经在多个领域得到了广泛应用。未来，该系统的发展方向是加强与大数据技术、信息技术、网络技术以及智能技术等新技术的融合，进一步完善应用系统，提升其应用价值，从而推动电力工业的持续发展。