繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中具有重要作用。對于電力工作者來說，定期測試?yán)^電保護裝置可發(fā)現(xiàn)隱藏的軟件問題和硬件問題，是驗證裝置性能的重要措施。但是，隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)變電站的試驗設(shè)備和方法已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前變電站的智能化發(fā)展需求，因此進行智能化變電站的技術(shù)研究和試驗嘗試迫在眉睫。
智能變電站技術(shù)主要體現(xiàn)在二次專業(yè)方面，而二次專業(yè)的主要工作在于繼電保護調(diào)試。本文著力研究繼電保護調(diào)試新技術(shù)、新方法及新手段，開發(fā)基于IEC 61850的繼電保護自動閉環(huán)測試平臺，依據(jù)數(shù)字化繼電保護檢驗規(guī)程，實現(xiàn)典型智能保護裝置整套測試過程的標(biāo)準(zhǔn)化自動閉環(huán)測試［1-8］。開發(fā)相關(guān)型號專門的測試模板文件用于保護，實現(xiàn)各類保護裝置的現(xiàn)場檢驗自動化和標(biāo)準(zhǔn)化。自動測試程序通過與保護裝置制造報文規(guī)范（Manu?facturing MSpecification，MMS）通信接口建立通信鏈接，直接獲取保護裝置的定值，并讀取保護采樣值和動作報文信息進行上傳［9-11］。程序在完成測試后直接由數(shù)字測試儀返回GOOSE和保護動作報文，過程由程序自動完成，不需要人工操作完成，可以按照原先設(shè)置的判據(jù)條件對結(jié)果開展**評估［12-13］。測試結(jié)束后，程序可自動將結(jié)果按照相應(yīng)格式要求保存到測試報告中并生成試驗報告，對于推進智能變電站技術(shù)改革和保障作業(yè)檢修安全具有重要意義。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的繼電保護測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過PC機向測試儀下達控制命令，向待檢測待保護裝置輸出電壓和電流，以模擬系統(tǒng)在各種情況下的運行狀態(tài)。同時，系統(tǒng)會及時檢測和記錄保護裝置反饋的動作狀態(tài)、響應(yīng)時間等信息，以實現(xiàn)對保護功能的測試［14］。
本文提出的基于IEC 61850的繼電保護自動閉環(huán)測試系統(tǒng)，主要由PC機、被測的保護裝置以及繼電保護測試儀等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。PC機主要由內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制繼電保護測試儀的數(shù)據(jù)上傳和輸出；繼電保護測試儀通過光纖（SV采樣測量、GOOSE面向通用對象的變電站事件）對保護裝置進行投退軟壓板、加模擬量及獲取GOOSE報文等［15-16］；保護裝置的MMS報文通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳到PC機，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)流構(gòu)成閉環(huán)，從而實現(xiàn)閉環(huán)自動測試。
2 軟件架構(gòu)
該軟件架構(gòu)的設(shè)計思想是將數(shù)字繼電保護裝置自動測試復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)按照各部分的對應(yīng)功能不同，分成許多差異化的組件模塊，同時組件模塊可以自給自足。從邏輯上依據(jù)數(shù)據(jù)的傳遞將軟件系統(tǒng)分成三層體系結(jié)構(gòu)，以此定義基本框架和功能模塊，如圖3所示。
三層體系分為硬件接口層、測試接口層和界面層。硬件接口層主要負責(zé)底層的數(shù)據(jù)通信，包括同繼電保護測試儀器和保護裝置的通信；測試接口層主要負責(zé)測試模塊的執(zhí)行和測試功能管理；界面層主要是用戶測試人機對話設(shè)置，包含測試模板、報告模板以及測試控制等。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 一體化設(shè)計
在該保護測試自動化平臺中，將所有待測試的項目編制成標(biāo)準(zhǔn)的測試模板，按照保護測試的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對對象設(shè)置相應(yīng)測試環(huán)境，以減少測試造成的誤差，并在相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求下形成報告模板。保護測試自動化平臺試驗過程中利用兩種模板進行測試，分析測試結(jié)果，判讀試驗結(jié)果是否合格，并在測試結(jié)束后將數(shù)據(jù)填寫到報告中。
3.2 自動測試模板建立
基于IEC 61850的數(shù)字測試儀通用測試平臺，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)。測試儀采用自動測試模板方式定制所需要的測試應(yīng)用程序。由于每個功能模塊均為單獨設(shè)計，因此該測試模塊具備靈活性和通用性，易維護和升級。
不同的測試功能可以采用測試模板文件中多樣的測試模板數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，如圖4所示。對應(yīng)的程序運作流程為先從測試模板文件中提取所需要的運行參數(shù)，再將所得到的結(jié)果保存在報告數(shù)據(jù)庫中。程序可以通過人機界面顯示結(jié)果，并形成測試報告。
模塊調(diào)用、測試項目、測試參數(shù)、整定值、通用參數(shù)、開關(guān)量、評估條件以及接線圖等不同的要求，是通過測試模板定義的。調(diào)用不同的基礎(chǔ)模塊，其對應(yīng)的參數(shù)項類型、數(shù)量及取值范圍有所不同，必須一一對應(yīng)。
通過調(diào)用不同的模塊和定義測試項目及測試點，模板文件需定義整定值和通用參數(shù)。該測試軟件可以應(yīng)用戶需求定義多風(fēng)格的界面。軟件使用 TPL 文件進行編寫，其中 TPL 是超級文本預(yù)處理語言（Hypertext Prepro?cessor，PHP）模板引擎里的模板文件。圖5為自動測試模板人機對話界面。
測試模板文件是以不同保護原理的測試項目為基本單元。一個基本單元至少存在一個測試點，一個測試點包含基礎(chǔ)測試程序模塊的全部參數(shù)。通過一個基本單元中的不同測試點，調(diào)用同一個基礎(chǔ)測試程序模塊中相同的參數(shù)種類和定義，可以實現(xiàn)同一原理不同故障相的測試。同樣，一個測試模板文件中可以只有基本單元。不同測試原理的基礎(chǔ)測試程序模塊可以通過多個基本單元調(diào)用，滿足一個測試模板可以完成多種測試的需求。
3.3 試驗報告自動生成
系統(tǒng)基于Word 平臺進行測試報告的處理。首先在Word上建立標(biāo)準(zhǔn)的報告模板，其次由程序?qū)δ０暹M行填充，*后生成Word文檔的試驗報告。在生成報告的過程中，系統(tǒng)會自動結(jié)合相關(guān)規(guī)程進行檢驗，將結(jié)果添加到指導(dǎo)書中。如圖6所示，點擊測試組件功能欄中的燈泡會出現(xiàn)一些書簽名，可在Word報告中的相應(yīng)位置插入書簽。輸入測試組件中的書簽名，則該量就會插入Word報告中。
軟件可以通過 MMS 網(wǎng)直接從保護裝置中獲取并解析各個保護設(shè)備的定值單文件。微軟提供office系列組件的 COM 可操作對象接口_applicatio_document、_ta?ble、_worksheet 以及_workbook 等，可以使用現(xiàn)有的編程語言操作并導(dǎo)出信息。同樣的，測試結(jié)束軟件生成測試報告時也是通過控制上述COM接口將Word文件中的表格補充完整，從而生成測試報告。
3.4 自適應(yīng)運行方式判據(jù)功能的建立
在測試過程中，根據(jù)保護的定值、裝置的額定參數(shù)、檢驗的誤差以及保護跳閘的邏輯，判斷得到的測試結(jié)果是否合格。自動判據(jù)結(jié)合保護測試項目，通過編輯判據(jù)表達式實現(xiàn)判斷。判據(jù)表達式的界面如圖7所示。
3.5 定值獲取與軟壓板投退
通過與智能保護裝置建立通信鏈接，直接從裝置中獲取定值單數(shù)據(jù)，實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的錄入，如圖8所示。點擊確認(rèn)后，整定值的數(shù)據(jù)將對應(yīng)賦值軟件的變量名參與測試計算，以實現(xiàn)保護定值與軟件程序的定值模板的映射。系統(tǒng)根據(jù)定值數(shù)據(jù)和規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差，自動計算測試裝置輸出所需的參數(shù)。
軟壓板（或控制字）的投退直接在模板文件TPL里編寫，通過測試程序，經(jīng)MMS控制保護裝置完成。針對試驗寫入相應(yīng)軟壓板（或控制字），沒有寫的軟壓板（或控制字）代表退出，反之表示投入。
3.6 IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)解析及輸入輸出控制模塊IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)解析與輸入輸出模塊在本設(shè)計系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，能夠?qū)⒂嗛喌牡讓訑?shù)據(jù)解
析傳送給應(yīng)用層完成測試結(jié)果的判斷，同時也可根據(jù)應(yīng)用層的指令完成測試需要的數(shù)據(jù)發(fā)送。該模塊按照數(shù)據(jù)功能的不同，分成 GOOSE、SMV 以及 MMS 這 3 個數(shù)據(jù)處理模塊。其中，GOOSE、SMV 數(shù)據(jù)可以由測試模塊輸入輸出控制處理。GOOSE（SMV）報文由程序控制，發(fā)布（輸出）測試過程中需要的開關(guān)量（交流量）。通過GOOSE訂閱（接收）的數(shù)字量和MMS獲得的交流量送至試驗結(jié)果校核模塊，判斷試驗結(jié)果的正確性。該模塊還可以通過MMS交互實現(xiàn)定值讀取和壓板投退。
4 工程實踐
以某變電站線路保護設(shè)備測試為例，按照檢驗規(guī)程測驗，測試步驟如下：①試驗裝置接線，包括電源及SMV、GOOSE光纖的連接和MMS網(wǎng)絡(luò)口的連接；②選擇裝置的基本信息，如電壓等級、設(shè)備型號等；③選擇測驗項目，以PSL-603的測驗項目首檢為例，包括零漂、幅值特性、相位特性、差動保護、接地距離保護以及相間距離保護等定值檢驗項目；④將被測裝置定值導(dǎo)出，然后導(dǎo)入軟件界面上的整定值列表；⑤根據(jù)選擇的試驗項目，自動閉環(huán)執(zhí)行測試項目，執(zhí)行情況如圖9所示。
自動閉環(huán)測試執(zhí)行過程中，測試平臺會根據(jù)獲得的GOOSE跳閘命令報文和MMS的保護交互信息，判斷結(jié)果是否在檢驗規(guī)程的合格范圍。此外，測試報告內(nèi)容由系統(tǒng)自動生成并填充。
5 結(jié)語
基于IEC 61850繼電保護自動閉環(huán)測試平臺主要是基于IEC 61850的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，利用自動測試模板、自動報告模板以及自動判決條件等有效技術(shù)手段，實現(xiàn)數(shù)字化繼電保護自動閉環(huán)測試。該平臺無須人工干預(yù)，不但可以大大節(jié)約調(diào)試時間，而且可以達到100%的正確率，可廣泛應(yīng)用于智能變電站二次專業(yè)的調(diào)試。
