繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施，當(dāng)前耗時(shí)低效的人工檢驗(yàn)?zāi)Ｊ揭央y以適應(yīng)電網(wǎng)的快速發(fā)展[1-5]。文獻(xiàn)[6-8]基于 RTDS 仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試，但不適用于變電站現(xiàn)場(chǎng)。文獻(xiàn)[9-12]以數(shù)字化測(cè)試儀為平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)智能站單裝置功能自動(dòng)檢驗(yàn)，但無法驗(yàn)證裝置間功能配合的正確性，不適用于常規(guī)裝置，同時(shí)還存在無法驗(yàn)證保護(hù)裝置與監(jiān)控后臺(tái)間的信息傳輸正確性、僅適用于特定測(cè)試儀等不足。因此，該文基于變電站監(jiān)控系統(tǒng)提出了一種保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)方法，構(gòu)建了系統(tǒng)軟硬件構(gòu)架，設(shè)計(jì)了規(guī)約引擎、測(cè)試儀接口等關(guān)鍵模塊，通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該方法的有效性。
1 自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)整體框架
針對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)方法組網(wǎng)復(fù)雜、檢驗(yàn)內(nèi)容不**等不足，通過對(duì)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)變電站二次設(shè)備可通過站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)和全站設(shè)備信息的集中監(jiān)測(cè)，基于此對(duì)繼電保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)的硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，進(jìn)而提出了基于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)方法。
1.1 硬件架構(gòu)
該文提出的基于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)主要包括監(jiān)控主機(jī)、檢驗(yàn)控制中心、變電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及繼電保護(hù)測(cè)試儀等關(guān)鍵設(shè)備。借助站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互通、信息集中的優(yōu)勢(shì)[13-15]，該系統(tǒng)能夠完成單裝置自動(dòng)檢驗(yàn)和多裝置聯(lián)合自動(dòng)檢驗(yàn)，同時(shí)可驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作信息傳輸至監(jiān)控后臺(tái)的正確性。以 220 kV 變電站為例，其系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖 1所示。
自動(dòng)檢驗(yàn)程序嵌入檢驗(yàn)控制中心，控制自動(dòng)檢驗(yàn)流程。監(jiān)控主機(jī)將所有信息鏡像至檢驗(yàn)控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站信息的監(jiān)視與驗(yàn)證。監(jiān)控主機(jī)、檢驗(yàn)控制中心、待檢保護(hù)裝置、測(cè)控裝置以及測(cè)試儀通過站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息閉環(huán)。通過 GPS/BDS(北斗)衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)為參與自動(dòng)檢驗(yàn)的所有設(shè)備提供統(tǒng)一的時(shí)鐘源，確保多臺(tái)測(cè)試儀同步觸發(fā)。測(cè)試儀根據(jù)檢驗(yàn)方案設(shè)定的檢驗(yàn)流程給保護(hù)裝置提供電壓、電流、開關(guān)量等故障參數(shù)，并向檢驗(yàn)控制中心反饋保護(hù)裝置出口信息。
1.2 軟件架構(gòu)
基于自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)功能可擴(kuò)展性和軟件易維護(hù)性考慮，軟件部分采用模塊化分層設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 2 所示，分為管理層、開發(fā)層、執(zhí)行層、接口層和
設(shè)備層。管理層即檢驗(yàn)管理平臺(tái)，由任務(wù)管理模塊、模板管理模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊組成，開發(fā)層包含檢驗(yàn)方案編輯模塊和規(guī)約模板編輯模塊，執(zhí)行層包
含自動(dòng)檢驗(yàn)?zāi)K，接口層包含規(guī)約引擎模塊和測(cè)試儀接口模塊，設(shè)備層包含測(cè)試儀和保護(hù)裝置。
檢驗(yàn)管理平臺(tái)負(fù)責(zé)檢驗(yàn)?zāi)０?、?bào)告模板、規(guī)約模板、檢驗(yàn)任務(wù)及檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)。其中任務(wù)管理模塊主要負(fù)責(zé)檢驗(yàn)任務(wù)下發(fā)、撤銷、審核、完結(jié)和歷史任務(wù)記錄；模板管理模塊負(fù)責(zé)上傳和下載檢驗(yàn)?zāi)０濉?bào)告模板、規(guī)約模板以及裝置模型文件；數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)保存被檢驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)歷史記錄，包括自動(dòng)生成的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)告和系統(tǒng)檢驗(yàn)記錄文件。檢驗(yàn)方案編輯模塊負(fù)責(zé)檢驗(yàn)?zāi)０搴蛨?bào)告模板的編制，檢驗(yàn)功能的增加刪減。規(guī)約模板編輯模塊負(fù)責(zé)編輯不同的規(guī)約規(guī)則腳本語言文件，供規(guī)約引擎模塊執(zhí)行。規(guī)約引擎模塊通過調(diào)用規(guī)約模板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢驗(yàn)?zāi)K與保護(hù)裝置間的數(shù)據(jù)交互，完成裝置模型文件召喚，定值參數(shù)、控制字和軟壓板讀寫，裝置動(dòng)作報(bào)文讀取等任務(wù)。測(cè)試儀接口模塊負(fù)責(zé)與繼電保護(hù)測(cè)試儀通信，觸發(fā)測(cè)試儀輸出故障參數(shù)，返回測(cè)試儀接收的開關(guān)量信息。自動(dòng)檢驗(yàn)?zāi)K是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)搭建檢驗(yàn)環(huán)境、調(diào)取檢驗(yàn)方案并執(zhí)行檢驗(yàn)任務(wù)、展示自動(dòng)檢驗(yàn)過程、自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)格式檢驗(yàn)報(bào)告。
2 關(guān)鍵問題解決方案
繼電保護(hù)自動(dòng)檢驗(yàn)實(shí)施的關(guān)鍵是控制測(cè)試儀自動(dòng)輸出故障參數(shù)，將待檢裝置的動(dòng)作信息回傳到檢驗(yàn)控制中心，檢驗(yàn)控制中心根據(jù)接收的信息自動(dòng)判斷檢驗(yàn)結(jié)果并填寫檢驗(yàn)報(bào)告，為解決上述問題進(jìn)行了如下研究。
2.1 規(guī)約引擎模塊設(shè)計(jì)
檢驗(yàn)控制中心與被測(cè)裝置信息交互是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)，規(guī)約引擎模塊即檢驗(yàn)系統(tǒng)與繼電保護(hù)裝置通信的關(guān)鍵部分。規(guī)約報(bào)文的解析和制造都是二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，不同規(guī)約形成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的規(guī)則不同[16-17]，通過抽象分析這些規(guī)則，形成不同規(guī)約的規(guī)則腳本語言，即規(guī)約模板文件。根據(jù)規(guī)約解析制造的過程，結(jié)合規(guī)約規(guī)則腳本語言，開發(fā)腳本語言執(zhí)行的虛擬環(huán)境(規(guī)約引擎模塊)，用于執(zhí)行規(guī)約規(guī)則腳本語言，根據(jù)不同的規(guī)約腳本語言產(chǎn)生規(guī)約報(bào)文，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)約報(bào)文解析和生成、規(guī)約通信方式的配置及規(guī)約過程的控制。通過規(guī)約引擎模塊實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)控制中心與繼電保護(hù)裝置信息交互，讀寫保護(hù)裝
置定值、功能壓板和 SOE 報(bào)文等重要信息，其基礎(chǔ)功能如圖 3所示。
規(guī)約引擎模塊設(shè)計(jì)并開放了標(biāo)準(zhǔn)的 COM 接口，從檢驗(yàn)原理出發(fā)，抽象分析檢驗(yàn)需要執(zhí)行的通信操作，把這些操作抽象為通信命令，使用 XML 標(biāo)準(zhǔn)格式文件來保存這些數(shù)據(jù)接口，形成通信命令定義文件。根據(jù)文件數(shù)據(jù)建模方法，抽象保護(hù)裝置設(shè)備數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)，根據(jù)通信命令定義和設(shè)備數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)規(guī)約引擎程序的調(diào)用接口，供自動(dòng)檢驗(yàn)調(diào)用。標(biāo)準(zhǔn) COM 接口包括數(shù)據(jù)訪問接口和命令控制接口，數(shù)據(jù)訪問接口用于讀取保護(hù)定值、控制字、定值區(qū)、軟壓板、測(cè)量值、SOE 信息、裝置參數(shù)等數(shù)據(jù)。命令控制接口用于修改保護(hù)定值、控制字和裝置參數(shù)、投退軟壓板、復(fù)歸裝置等操作。
2.2 測(cè)試儀接口模塊設(shè)計(jì)
為了使檢驗(yàn)系統(tǒng)能夠適用于當(dāng)前主流的繼電保護(hù)測(cè)試儀，綜合分析不同廠家測(cè)試儀軟件在故障參數(shù)設(shè)置、檢驗(yàn)結(jié)果展示等方面實(shí)現(xiàn)的方法，根據(jù)分析結(jié)果，該文采用 COM 組件技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試儀的標(biāo)準(zhǔn)控制接口，自動(dòng)檢驗(yàn)?zāi)K根據(jù)檢驗(yàn)需要的數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)接口就可以控制測(cè)試儀輸出故障參數(shù)并接收保護(hù)
動(dòng)作出口信息。
測(cè)試儀接口模塊架構(gòu)如圖 4 所示，包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口、測(cè)試管理單元、測(cè)試功能庫、通信組件四部分。數(shù)據(jù)接口供自動(dòng)檢驗(yàn)?zāi)K調(diào)用，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀的
自動(dòng)控制。測(cè)試功能庫涵蓋了各類測(cè)試儀的功能，包括過流保護(hù)試驗(yàn)、距離保護(hù)試驗(yàn)、電壓保護(hù)試驗(yàn)等不同功能測(cè)試模塊，供測(cè)試管理單元調(diào)用。測(cè)試管
理單元根據(jù)數(shù)據(jù)接口接收的指令調(diào)用測(cè)試功能庫對(duì)應(yīng)的功能模塊，建立測(cè)試功能控制接口，通過通信組件實(shí)現(xiàn)與具體測(cè)試儀的數(shù)據(jù)交互。
2.3 檢驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)判斷方法
繼電保護(hù)裝置自動(dòng)檢驗(yàn)的主要內(nèi)容如表 1 所示，包括零漂檢查、模擬量精度檢驗(yàn)、保護(hù)功能邏輯及保護(hù)定值驗(yàn)證。其中，零漂檢查和模擬量精度檢驗(yàn)是通過比對(duì)裝置采樣誤差和規(guī)程允許偏差判斷結(jié)果正確與否，保護(hù)功能邏輯及保護(hù)定值驗(yàn)證是通過比對(duì)接收信息與預(yù)設(shè)內(nèi)容來判斷。
目前，檢驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)判斷普遍采用手動(dòng)編寫的腳本來實(shí)現(xiàn)，檢驗(yàn)方案開發(fā)人員需要具備一定的編程能力，對(duì)于變電站檢修人員來說較為困難。通過解析不同判斷腳本文件中的變量和固定語句，將固定語句進(jìn)行封裝并定義**的標(biāo)識(shí)，形成如表 2 所示的判斷腳本函數(shù)集，供檢驗(yàn)人員直接調(diào)用。
在編寫某項(xiàng)檢驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)果判斷語句時(shí)，選擇相應(yīng)函數(shù)和相關(guān)參數(shù)即可自動(dòng)生成該項(xiàng)腳本文件。
例如進(jìn)行保護(hù)裝置 A 相電壓精度檢驗(yàn)時(shí)，調(diào)用腳本函 數(shù) CaLAinError，選 擇 保 護(hù) 裝 置 采 樣 值 MMXU5$MX$PhV$phsA$cVal$mag$f、基準(zhǔn)值 v_Ua、目標(biāo)參數(shù)vg_UErrAbs 和 vg_UErrRel，即可自動(dòng)生成用于判斷裝置采樣誤差是否合格的腳本文件：
local v_Ua = GetPara("..\\", "_Ua")；
local vg_UErrAbs = GetTestPara("g_UErrAbs")；
local vg_UErrRel = GetTestPara("g_UErrRel")；
local nRsltJdg = 0；
nRsltJdg=nRsltJdg + CalAinError("MMXU5 $MX
$PhV $phsA $cVal $mag $f", v_Ua, vg_UErrAbs, vg_UErrRel)；
if(nRsltJdg==1) then
SetRsltJdg("", 1)；
else
SetRsltJdg("", 0)；
end；
3 自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用
為驗(yàn)證該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，選取某變電站220 kV 線路保護(hù)進(jìn)行測(cè)試。接線如圖 5 所示，線路保護(hù)和母線保護(hù)各配置一臺(tái)測(cè)試儀并接入站控層交換機(jī)，通過站內(nèi)對(duì)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步。
根據(jù)該線路保護(hù)裝置各項(xiàng)功能的檢驗(yàn)方法編制檢驗(yàn)方案，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括線路保護(hù)單裝置功能校驗(yàn)、后臺(tái)信息核對(duì)以及母線保護(hù)聯(lián)合測(cè)試三部分內(nèi)容。其中母線保護(hù)聯(lián)合測(cè)試模擬線路 A 相接地故障，線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，線路間隔跳閘失敗，220 kV 母線斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作。檢驗(yàn)結(jié)果如圖 6所示，制定的各項(xiàng)檢驗(yàn)內(nèi)容均能自動(dòng)完成，同步記錄檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)格式的檢驗(yàn)報(bào)告。
檢驗(yàn)時(shí)間由人工測(cè)試的 8 h縮短至 1.2 h，檢驗(yàn)效率提高了 85%。
4 結(jié)束語
該文根據(jù)變電站繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)的需要，采用模塊化分層設(shè)計(jì)思路提出了一種基于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的繼電保護(hù)自動(dòng)檢驗(yàn)方法。由于該方法借助變電站現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，因此在一定程度上簡(jiǎn)化了測(cè)試組網(wǎng)流程，在完成單裝置功能檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上同步驗(yàn)證了監(jiān)控后臺(tái)信息上傳和保護(hù)功能配合的正確性。同時(shí)通過對(duì)規(guī)約引擎、測(cè)試儀接口以及自動(dòng)檢驗(yàn)等關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)，使得該方法具有良好的通用性，能夠支持不同廠家的測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)不同通信規(guī)約類型保護(hù)裝置的閉環(huán)自動(dòng)檢驗(yàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，該方法能夠解決變電站繼電保護(hù)裝置傳統(tǒng)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ劫|(zhì)效低，現(xiàn)有自動(dòng)測(cè)試方法應(yīng)用范圍局限、測(cè)試內(nèi)容不**等問題，對(duì)實(shí)際工程具有一定的實(shí)用價(jià)值。
