0　前言

 智能變電站是推進我國電網智能化建設的重要一環，對電網的發、輸、變、配等環節起到重要的支撐作用，其中網絡通信技術是該領域內的重要技術之一 [1]。目前我國智能變電站通信部分建設的過程層網絡通常是利用工業以太網來進行組網，該過程所需要用到的工業交換機成本相當昂貴，使得智能電網的建設成本急劇攀升。現階段一般利用 EPON 網絡技術來替代工業以太網，實現智能變電站的信息傳遞。

 變電站繼電保護系統是為確保變電站系統在發生故障時，**時間隔離故障設備，維持變電站的穩定運行。其中對繼電保護測試技術的研究是提升變電站繼電保護系統的重要途徑[2-4]。采用 EPON 網絡技術雖然能很好地滿足智能變電站的通信需求，并且減少建設成本，但也會對系統的繼電保護造成安全性、可靠性、實時性等問題，同時也容易導致變電站繼電保護產生拒動風險 [5-7]。所以研究如何解決這些問題極為必要。

1　問題分析

 現階段變電站常用的數字繼電保護測試儀通常基于單個保護測試項目的測試儀器，測試時可對保護裝置、測控裝置、智能終端進行相應的測試。通過大量的調研分析，現將目前的數字繼電保護測試儀所存在問題總結如下：

 1）現有的智能變電站數字繼電保護測試儀不能實現對保護裝置、測控裝置、智能終端的通信一致性進行檢查；

 2）現有的數字繼電保護測試儀不能實現智能化，即每一種測試類型的設置都需經過調試人員的計算并手動輸入到測試儀；

 3）現有的數字繼電保護測試儀不能實現在試驗過程中自動讀取保護裝置、測控裝置、智能終端的定值，即每一種測試類型的定值設置都需經過調試人員的察看保護裝置的定值參數并手動輸入到測試儀中；

4）現有的數字繼電保護測試儀不能檢測基于 EPON 網絡通信的繼電保護設備。

 針對上述問題，本文研究設計了一種基于EPON 網絡的智能變電站繼電保護測試技術來滿足基于 EPON 網絡的智能變電站發展建設的需要。

2　技術與功能

 本文所研究的基于 EPON 網絡的智能變電站繼電保護測試儀可對智能變電站的保護裝置、測試裝置、智能終端進行測試，并且可以通過導入全站 SCD 模型文件針對智能變電站的保護裝置、測控裝置、智能終端三者進行自動設定測試方案并模擬現場實際情況與故障，輸出符合智能變電站的規約或模擬報文錯誤，從而達到對保護裝置、測控裝置、智能終端的通信一致性和可靠性進行檢查的目的。該測試所采用的主要技術如下：

 1）EPON 網絡技術，該技術可支持以太網類的多種業務傳輸，實現信息在無源光纖上的點到點傳輸。相較于傳統技術而言，其覆蓋范圍更廣、造價更為低廉，能夠實現設備數據的自動讀取以及通信一致性等功能；

 2）新型數字繼電保護測試儀，包括中央處理單元、對時單元、光輸入輸出單元等，能夠實現上行數據的收集以及下行數據的分發功能，實現對智能變電站的保護裝置、測控裝置以及智能終端的自動化測試。

3　EPON網絡技術

 智能變電站采用 IEC 61850 標準協議，通過架構分層完成智能變電站內各智能設備間的信息共享與互操作，這就對變電站的通信網絡提出了更高的要求。現階段，我國變電站通信網絡仍經由數字微波和光纖進行傳播為主，同時也有電力線載波以及衛星通訊等多種類型的輔助通信方式。為了實現變電站的智能化升級，同時伴隨著光通信技術的進步，EPON 網絡技術也逐步開始運用到智能變電站的建設當中。EPON 網絡主要由光線路終端 (OLT)、光配線網絡 (ODN)、光網絡單元 (ONU) 組成，形成單纖雙向系統。其中，光纖、無源光分路器（或連接器）組成 ODN，ODN 在 ONU 與 OLT 之間構建起光通道，起到收集上行數據、分發下行數據的功能，此外還具有波長復用和分配光信號功率的作用。EPON 網絡的信號傳輸是通過波分復用技術對雙向信號的傳輸進行處理，上行數據可由不同的 ONU 處通過時分復用的方式聚集到中心局端處的 OLT，而下行數據則是通過點對點的類型廣播方式又沿著 OLT 傳輸到全部的 ONU 上 [8]。EPON 的網絡組成以及其各部分間的信息傳遞的示意圖如下所示：

 總體而言，EPON 網絡技術的信號傳輸方式更加科學合理化，并且其動態帶寬分配、補償測距、自動發現技術、基于時分復用的同步技術、光纖保護倒換、物理層的加解密等特點也使得其相較于傳統通信技術而言，具有更大的優勢。

4　數字測試儀的組成及功能

 基于 EPON 網絡的智能變電站數字繼電保護測試儀的主要組成部分包括中央處理單元以及分別與其連接的對時單元、EPON 輸出 / 輸入單元等三個部分。其連接框圖如圖 2 所示。

 1）中央處理單元，包括 ADSP、FPGA 兩個子處理模塊。其中 ADSP 子模塊包括 BF518處理器，是作為主控 CPU，用于與工控機的通訊和 EPON 無 源 光 數 字 部 分 輸 入 輸 出； 而FPGA 子模塊包括 XC3S500E，用于與 CPU 同步及通訊、對時；中央處理單元將控制與通訊分開處理實時性可達 30 ns。

 2）對時單元，包括 GPS 模塊、IRIG-B 碼對時模塊和 IEEE1588 對時模塊。GPS 模塊和IEEE1588 對時模塊分別與 ADSP 子模塊中的BF518 處理器連接；GPS 模塊、IRIG-B 碼對時模塊和 IEEE1588 對時模塊均與 FPGA 子模塊連接。該單元主要用于矯正測試儀器的**時刻，完成同步的時間測試，保證在**的相同時間完成測試。

 3）光輸出 / 輸 入 單 元， 包 括 FTLF1217P2xTL 模塊，用于以太網電信號產生 EPON 無源光模塊輸出的以太網 EPON 無源光信息。該單元提供針對 IEC61850 標準規范中的 9-1、9-2、9-1 擴展和 GOOSE 信息，完整解析保護模型文件，實現電流電壓通道選擇、比例系數、ASDU數目、采樣率、GOOSE 信息的配置，可靈活方便地與不同型號保護接口。

5　新型數字測試儀流程及連接方式

 該新型數字測試儀在使用時，對時模塊矯正測試儀器的**時刻并完成同步的時間測試，中央處理單進行解析、處理；EPON 無源光輸出 / 輸入單元用于以太網電信號產生 EPON 光模塊輸出的以太網無源光信息，中央處理單元再進行處理、判斷。測試裝置的各單元連接關系如圖 3 所示。

 EPON 無源光輸出 / 輸入單元與外部單元之間的連接采用 SC 接口，減小了接口面積，可以縮小到普通接口面積的 1/3。中央處理單元與EPON 無源光網絡單元之間通過 MII 數據總線連接。GPS 模塊通過串口通訊與 BF518 連接。IEEE1588 對時模塊通過以太網與 BF518 連接，BF518 獲取時間信息。

6　結束語

 通過梳理目前智能變電站繼電保護數字測試儀的使用現狀，針對其一些痛點問題，提出了一種基于 EPON 網絡的智能變電站繼電保護測試技術，設計了一款新型繼電保護數字測試儀器，并對其內部組成結構及功能進行了詳細說明，從而有效地解決了目前變電站繼電保護測試不能實現各單元間地通信一致性、自動讀取數據以及手工作業量過大導致效率低下等問題。一方面實現了智能變電站繼電保護測試的智能化管理，另一方面也改變了變電站的傳統通信現狀，極大地提高了智能變電站的通信能力，減少了變電站的建設成本。

 由于智能變電站繼電保護系統的復雜性和繁瑣性，在實際的繼電保護測試過程中，仍會碰到各種其他問題，比如采用 EPON 網絡所造成的安全性、實時性以及可靠性的問題，可能隨著測試設備的精度提高而需要繼續加以優化與提升。