劉 曦 錢碧甫 張雯燕

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司 溫州 325000）

1 引言

目前的智能變電站基于IEC61850 規(guī)約，站內(nèi)設(shè)備包括合并單元、智能終端、保護測控裝置、監(jiān)控遠動、網(wǎng)分故錄等，主要采用各類規(guī)范后的數(shù)字量傳輸。對于現(xiàn)場調(diào)試驗收人員來說，由于大量通訊規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)通訊概念的引入，智能變電站調(diào)試、測試、維護和管理的難度都大幅提升，以往所積累下來的各類設(shè)備檢定、測試、校驗、使用維護和故障診斷等經(jīng)驗和方法很多已不再適用［1～3］。隨著智能變電站的興起，各種智能設(shè)備的引入，相應(yīng)的各類測試設(shè)備需求增加。目前，測試人員還是針對單一設(shè)備開展測試，并未考慮多設(shè)備，因此需要涵蓋多層變電站網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備。對于合并單元，需要安裝合并單元測試儀；對于符合IEC61850 的保護裝置，需要安裝數(shù)字化的繼電保護測試儀；針對智能變電站所特有的SV 和GOOSE 網(wǎng)絡(luò)，試驗人員需要建立相應(yīng)的測試和驗證系統(tǒng)；針對IEC61850 模型（SCD 等文件），需要檢查其規(guī)范性，并驗證相應(yīng)的連點信息。但是目前市場上只有相互獨立的各類測試系統(tǒng)，并未形成一套全面而完整的測試體系。開展智能變電站一體化智能測試系統(tǒng)研究可使測試人員摒棄各類測試設(shè)備以及各類相互獨立的測試系統(tǒng)。目前國外公司和機構(gòu)暫無相類似產(chǎn)品和研究［4～6］。本系統(tǒng)將標準化作業(yè)指導(dǎo)書轉(zhuǎn)化為裝置測試方案（測試模板和報告模板），通過對繼電保護測試儀的控制，實現(xiàn)自動檢驗數(shù)字機電保護裝置，自動生成測試報告的功能。測試功能模塊可以實現(xiàn)自動按定值測試參數(shù)、自動提示測試接線盒操作方法、自動下載測試儀的IEC61850 配置、自動評估試驗結(jié)果并產(chǎn)生試驗報告。開放試驗報告（數(shù)據(jù)）文件標準，便于與其他系統(tǒng)接口。該系統(tǒng)既能使測試工作更完善有效，同時也將大幅降低相關(guān)運維作業(yè)人員的工作強度，希望為智能變電站一體化管理提供參考。

2 裝置原理

根據(jù)IEC61850，目前的智能變電站都將站內(nèi)設(shè)備分為“三層兩網(wǎng)”，即過程層、間隔層、站控層、過程層網(wǎng)絡(luò)及間隔層網(wǎng)絡(luò)［7］。過程層設(shè)備主要包括合并單元和智能終端等二次設(shè)備，以及互感器和開關(guān)刀閘等一次設(shè)備；間隔層主要是保護測控等二次設(shè)備；站控層主要由監(jiān)控、遠動、對時系統(tǒng)及保信子站等設(shè)備組成；過程層網(wǎng)絡(luò)負責(zé)過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備的通訊，承載的是SV、GOOSE、1588 等報文；間隔層網(wǎng)絡(luò)負責(zé)間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備的通訊，承載MMS、SNTP等報文。一體化智能測試系統(tǒng)根據(jù)“三層兩網(wǎng)”的變電站結(jié)構(gòu)，主要對三層設(shè)備分別測試，以及綜合后的系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)測試。以系統(tǒng)性完整測試為目標，以標準化的作業(yè)指導(dǎo)書為藍本，通過由系統(tǒng)提供的專業(yè)調(diào)試工具快速、準確地完成對應(yīng)項目的測試工作。

圖1 系統(tǒng)功能圖

考慮系統(tǒng)未來可進行跨平臺移植及針對目前已掌握技術(shù)的整合等要求，本系統(tǒng)主要使用Qt5 進行編寫，數(shù)據(jù)庫使用Sqlite，可進行跨平臺編譯，目標平臺為Windows 及Linux，如需使用其他第三方庫，也將選擇開源跨平臺庫，以保證整個軟件跨平臺功能的實現(xiàn)。系統(tǒng)總體功能如圖1所示。

3 功能設(shè)計

3.1 過程層設(shè)備測試

3.1.1 互感器校驗

本系統(tǒng)通用性強，可對模擬量輸出的及數(shù)字量輸出的電子式互感器進行校驗，同時兼容傳統(tǒng)的電磁式互感器校驗。系統(tǒng)可對電子式互感器進行IEC 61850 協(xié)議的一致性校驗、可輸出多路光同步信號、監(jiān)測穩(wěn)態(tài)下的信號輸出，并精確檢測出比差、相差和頻差等數(shù)據(jù)指標，系統(tǒng)精度高，穩(wěn)定性好，如圖2所示［8～9］。

圖2 互感器校驗

3.1.2 合并單元測試

合并單元（MU）是數(shù)字化變電站內(nèi)重要設(shè)備，是智能變電站的過程層的接口設(shè)備。合并單元是互感器的組成部分，主要完成采集單元數(shù)據(jù)接收、本地模擬量輸入信號采集，對采集到的數(shù)據(jù)進行多通道數(shù)據(jù)同步，微分積分信號最終以特定協(xié)議（主要是61850-9 以及FT3）將數(shù)據(jù)發(fā)送給變電站內(nèi)其余保護測控等裝置。合并單元性能的好壞，直接關(guān)系到保護、計量、測控以及故障錄波器等二次設(shè)備。因此，對合并單元的測試顯得格外重要。目前市場上已有部分合并單元測試儀，但大多都只是測試合并單元數(shù)據(jù)處理性能的，對其合并單元61850模型的測試尚未涉及［10～13］。

本系統(tǒng)提出一種新型的合并單元測試系統(tǒng)，如圖3 所示。該系統(tǒng)通過高速同步模擬信號采集卡采集基準源模擬信號，通過數(shù)字信號采集模塊采集合并單元的輸出數(shù)字信號，將采集到的基準源信號與數(shù)字量信號通過USB 通信以及以太網(wǎng)口傳輸至后臺分析系統(tǒng)。后臺分析系統(tǒng)通過高級算法對采樣數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出比差、相差、頻差等數(shù)據(jù)指標，并形成相應(yīng)的測試報告。同時，通過61850的MMS服務(wù)，校驗合并單元模型的一致性。

圖3 系統(tǒng)原理圖

3.1.3 智能終端測試

智能終端作為一次開關(guān)刀閘的智能化前端設(shè)備，是保護測控裝置控制一次設(shè)備的關(guān)鍵節(jié)點。通過SCD 文件，系統(tǒng)將對智能終端GOOSE 報文規(guī)范性、常規(guī)功能、時間性能、網(wǎng)絡(luò)性能等功能做出全面地檢測和評估，如圖4所示。

圖4 智能終端

3.2 間隔層設(shè)備測試

保護測控裝置作為變電站內(nèi)設(shè)備最核心的組成部分，功能復(fù)雜，廠家間也存在著較大差異。以往現(xiàn)場基本上都是采用手動并逐一的功能測試，這樣既對測試人員提出較高要求，同時也將花費大量時間。針對此情況，本系統(tǒng)采取的保護測控裝置自動化測試系統(tǒng)將從根本上改變這一現(xiàn)狀。將標準化作業(yè)指導(dǎo)書轉(zhuǎn)化為裝置測試方案（測試模板和報告模板），通過對繼電保護測試儀控制，實現(xiàn)自動檢驗數(shù)字繼電保護裝置，自動生成測試報告的功能，可利用在線或離線兩種方法獲取裝置測試方案，系統(tǒng)根據(jù)測試模板，提示工作人員完成相關(guān)危險點分析及控制、設(shè)備交接等準備工作，并自動選擇測試功能模塊，自動按定值測試參數(shù)、自動提示測試接線盒操作方法、自動下載測試儀的IEC61850 配置、自動評估試驗結(jié)果并生產(chǎn)試驗報告，開放試驗報告（數(shù)據(jù)）文件標準，便于與其他系統(tǒng)接口。具體流程如圖5所示。

自動測試系統(tǒng)加載測試方案后可對被測對象進行配置（包括定值及壓板），根據(jù)被測對象定值控制測試儀輸出模擬量。

測試完成后可生成對應(yīng)測試方案的測試報告，包括以下內(nèi)容：1）測試環(huán)境。包括測試定值、測試壓板等。2）測試結(jié)果。包含測試過程中各種動作行為記錄，如跳閘時間、事件報文、遙信變位記錄等。由此可見，自動測試系統(tǒng)的測試過程為閉環(huán)測試，生成的報告涵蓋整套系統(tǒng)在測試過程中的各種行為邏輯，不但能提高測試工作效率，更能留下完整的記錄供測試后分析系統(tǒng)的工作狀況。

圖5 測試流程圖

3.3 站控層設(shè)備測試

3.3.1 自動化設(shè)備在線監(jiān)測子站測試

為了實現(xiàn)變電站自動化設(shè)備標準化、監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范化、運行檢修維護效率最大化，國家電網(wǎng)公司提出了智能變電站自動化設(shè)備“四統(tǒng)一、四規(guī)范”，要求對變電站自動化設(shè)備進行在線監(jiān)測和異常分析［14～16］。規(guī)范要求由變電站內(nèi)的自動化設(shè)備在線監(jiān)測子站系統(tǒng)進行信息收集、處理、控制、存儲，并按要求向在線監(jiān)測主站系統(tǒng)發(fā)送信息，實現(xiàn)變電站自動化設(shè)備的在線監(jiān)視、異常分析、狀態(tài)評價和集中管理。

主站與子站之間以DL/T 860作為通信標準，遵循DL/T 860 定義的抽象服務(wù)通信接口（ACSI）模型，采用MMS 通信協(xié)議集實現(xiàn)通信功能。通信模式如圖6 所示。本自動測試系統(tǒng)通過模擬自動化設(shè)備在線監(jiān)測主站，與子站進行通信、采集數(shù)據(jù)，來測試驗證子站的通信功能及相關(guān)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7 所示。被測自動化設(shè)備在線監(jiān)測子站廠家需要提供：SCD模型文件、監(jiān)測子站IP地址，配置與本自動測試系統(tǒng)通訊的通道。

圖6 通信模式

3.3.2 其它高級功能測試定制

服務(wù)器從站控層設(shè)備能獲取到各類設(shè)備信息，根據(jù)差異化需求，系統(tǒng)支持根據(jù)所獲取信息定制化測試。通過定制化測試的不斷深入和完善，使一體化智能測試系統(tǒng)不斷完善。如根據(jù)變電站的對時方式及所需達到的參數(shù)指標，制定相應(yīng)測試方案，對全站對時設(shè)備做出系統(tǒng)級對時特性測試。

3.4 系統(tǒng)級綜合測試

通過自動測試系統(tǒng)進行的通訊測試可以完整地覆蓋數(shù)字站的后臺監(jiān)控系統(tǒng)、保護測控裝置、交換機、智能終端、操作機構(gòu)的完整通訊鏈路，做到完整的通訊鏈路及系統(tǒng)動作行為測試，如圖8 所示。通過以上各項子系統(tǒng)測試，使用圖形化的界面，即可完成全站的SCL正確性檢查。

圖8 監(jiān)控原理圖

4 結(jié)語

目前，由于智能變電站新增了較多的調(diào)試設(shè)備，且各設(shè)備間也存在部分功能重疊，從而引起測試設(shè)備采購浪費。開發(fā)一套自動化智能測試系統(tǒng)，替代各類單一設(shè)備，從而降低設(shè)備采購費用至關(guān)重要?；趪鴥?nèi)外研究現(xiàn)狀，根據(jù)“三層兩網(wǎng)”的變電站結(jié)構(gòu)，以系統(tǒng)性完整測試為目標，以標準化作業(yè)指導(dǎo)書為藍本，通過由一體化系統(tǒng)提供的專業(yè)調(diào)試工具，快速、準確地完成智能變電站一體化智能測試工作。本文研制的智能變電站一體化智能測試系統(tǒng)可實現(xiàn)自動檢驗數(shù)字繼電保護裝置、自動生成測試報告的功能，既能使測試工作更完善有效，同時也將大幅降低繼電保護相關(guān)運維作業(yè)人員的工作強度，提高工作效率和工作質(zhì)量。