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公司新聞

基于IEC61850的繼電保護自動閉環測試平臺的研發與應用

   繼電保護裝置在電力系統中具有重要作用。對于電力工作者來說,定期測試繼電保護裝置可發現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,隨著電力系統的高速發展,傳統變電站的試驗設備和方法已經不能夠滿足當前變電站的智能化發展需求,因此進行智能化變電站的技術研究和試驗嘗試迫在眉睫。

 智能變電站技術主要體現在二次專業方面,而二次專業的主要工作在于繼電保護調試。本文著力研究繼電保護調試新技術、新方法及新手段,開發基于IEC 61850的繼電保護自動閉環測試平臺,依據數字化繼電保護檢驗規程,實現典型智能保護裝置整套測試過程的標準化自動閉環測試[1-8]。開發相關型號專門的測試模板文件用于保護,實現各類保護裝置的現場檢驗自動化和標準化。自動測試程序通過與保護裝置制造報文規范(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,可以按照原先設置的判據條件對結果開展**評估[12-13]。測試結束后,程序可自動將結果按照相應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改革和保障作業檢修安全具有重要意義。

1 系統硬件結構

 傳統的繼電保護測試系統結構如圖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,以模擬系統在各種情況下的運行狀態。同時,系統會及時檢測和記錄保護裝置反饋的動作狀態、響應時間等信息,以實現對保護功能的測試[14]。

 本文提出的基于IEC 61850的繼電保護自動閉環測試系統,主要由PC機、被測的保護裝置以及繼電保護測試儀等組成,結構如圖2所示。PC機主要由內部網絡控制繼電保護測試儀的數據上傳和輸出;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報文通過專用網絡上傳到PC機,使得系統數據流構成閉環,從而實現閉環自動測試。

2 軟件架構

 該軟件架構的設計思想是將數字繼電保護裝置自動測試復雜的應用系統按照各部分的對應功能不同,分成許多差異化的組件模塊,同時組件模塊可以自給自足。從邏輯上依據數據的傳遞將軟件系統分成三層體系結構,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底層的數據通信,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測試模塊的執行和測試功能管理;界面層主要是用戶測試人機對話設置,包含測試模板、報告模板以及測試控制等。

3 關鍵技術

3.1 一體化設計

 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準的測試模板,按照保護測試的規范和標準對對象設置相應測試環境,以減少測試造成的誤差,并在相關規程標準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,分析測試結果,判讀試驗結果是否合格,并在測試結束后將數據填寫到報告中。

3.2 自動測試模板建立

 基于IEC 61850的數字測試儀通用測試平臺,應用數據庫和模塊化結構技術。測試儀采用自動測試模板方式定制所需要的測試應用程序。由于每個功能模塊均為單獨設計,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據庫來實現,如圖4所示。對應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,再將所得到的結果保存在報告數據庫中。程序可以通過人機界面顯示結果,并形成測試報告。

 模塊調用、測試項目、測試參數、整定值、通用參數、開關量、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。調用不同的基礎模塊,其對應的參數項類型、數量及取值范圍有所不同,必須一一對應。

 通過調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。該測試軟件可以應用戶需求定義多風格的界面。軟件使用 TPL 文件進行編寫,其中 TPL 是超級文本預處理語言(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測試程序模塊的全部參數。通過一個基本單元中的不同測試點,調用同一個基礎測試程序模塊中相同的參數種類和定義,可以實現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測試程序模塊可以通過多個基本單元調用,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

 系統基于Word 平臺進行測試報告的處理。首先在Word上建立標準的報告模板,其次由程序對模板進行填充,*后生成Word文檔的試驗報告。在生成報告的過程中,系統會自動結合相關規程進行檢驗,將結果添加到指導書中。如圖6所示,點擊測試組件功能欄中的燈泡會出現一些書簽名,可在Word報告中的相應位置插入書簽。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 網直接從保護裝置中獲取并解析各個保護設備的定值單文件。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,可以使用現有的編程語言操作并導出信息。同樣的,測試結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 自適應運行方式判據功能的建立

 在測試過程中,根據保護的定值、裝置的額定參數、檢驗的誤差以及保護跳閘的邏輯,判斷得到的測試結果是否合格。自動判據結合保護測試項目,通過編輯判據表達式實現判斷。判據表達式的界面如圖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據,實現參數數據的錄入,如圖8所示。點擊確認后,整定值的數據將對應賦值軟件的變量名參與測試計算,以實現保護定值與軟件程序的定值模板的映射。系統根據定值數據和規程標準規定的誤差,自動計算測試裝置輸出所需的參數。

 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MMS控制保護裝置完成。針對試驗寫入相應軟壓板(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協議數據解析及輸入輸出控制模塊IEC 61850協議數據解析與輸入輸出模塊在本設計系統中起著承上啟下的作用,能夠將訂閱的底層數據解

 析傳送給應用層完成測試結果的判斷,同時也可根據應用層的指令完成測試需要的數據發送。該模塊按照數據功能的不同,分成 GOOSE、SMV 以及 MMS 這 3 個數據處理模塊。其中,GOOSE、SMV 數據可以由測試模塊輸入輸出控制處理。GOOSE(SMV)報文由程序控制,發布(輸出)測試過程中需要的開關量(交流量)。通過GOOSE訂閱(接收)的數字量和MMS獲得的交流量送至試驗結果校核模塊,判斷試驗結果的正確性。該模塊還可以通過MMS交互實現定值讀取和壓板投退。

4 工程實踐

 以某變電站線路保護設備測試為例,按照檢驗規程測驗,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網絡口的連接;②選擇裝置的基本信息,如電壓等級、設備型號等;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將被測裝置定值導出,然后導入軟件界面上的整定值列表;⑤根據選擇的試驗項目,自動閉環執行測試項目,執行情況如圖9所示。

 自動閉環測試執行過程中,測試平臺會根據獲得的GOOSE跳閘命令報文和MMS的保護交互信息,判斷結果是否在檢驗規程的合格范圍。此外,測試報告內容由系統自動生成并填充。

5 結語

 基于IEC 61850繼電保護自動閉環測試平臺主要是基于IEC 61850的統一化和標準化設計,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手段,實現數字化繼電保護自動閉環測試。該平臺無須人工干預,不但可以大大節約調試時間,而且可以達到100%的正確率,可廣泛應用于智能變電站二次專業的調試。