新型继电保护装置自动测试系统设计应用

姚亮，陈实，张勇刚

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211100）

新型继电保护装置自动测试系统设计应用

姚亮，陈实，张勇刚

（国电南京自动化股份有限公司，南京 211100）

从继电保护装置人工测试和自动测试的对比着手，分析现阶段智能化继电保护装置的开发对自动测试的需求特点，依此提出了全新的综合自动测试方案并付诸实践，使智能化继电保护装置的全面自动测试成为可能。通过阐述该自动测试系统的使用过程，介绍该系统在自动化、可视化以及智能化方向上的设计思路。

智能化继电保护；新型自动测试系统；IEC 61850规约

0 引言

随着电力系统中微机技术的广泛运用，继电保护技术获得了很大的发展空间，保护原理的实现方式也日益更新。微电子技术和计算机技术的深度发展和应用以及网络技术的更新换代使得继电保护的智能化被提到发展日程中。

自2012年以来，智能变电站的发展速度越发加快，规模也逐步扩大。为了适应电力系统快速发展的脚步，必须提高继电保护装置的研发及调试进度。而在传统的继电保护开发过程中，为了保证保护程序的正确、完整性，需要开发人员花费大量的时间、精力对保护程序进行手动测试验证。在前期有部分测试仪厂家独自开发了几种自动测试软件，但由于对继电保护行业的理解不够深入，没有统一的测试发展思路和规划，故而前期的自动测试软件自动化程度不高，无法为各种保护功能量身定做测试方案。

鉴于以上情况，为了提高开发效率、减少现场调试的工作量，国电南京自动化股份有限公司（以下简称国电南自）与某测试仪厂家合作开发了SmartAts自动测试系统，此系统可通过IEC 61850规约对不同厂家、不同功能的智能化保护装置进行定值的自动修改、保护功能的自动测试、报表的自动填写、报文的自动识别及“四遥”信号的自动评测等保护及自动化功能的自动测试。

1 传统继电保护装置的人工测试

一般来说，传统继电保护装置的测试是针对每种具体的保护功能进行的单项测试，然后再对得出的结果进行手动记录，其中所有的操作皆需开发测试人员参与。以普通的相间过流I段保护为例，测试流程为：（1）将待测的过流保护所需的模拟量输入端子与测试仪对应的电压、电流输出端子，并进行手动连接，保护装置的跳闸出口与测试仪的输入连接；（2）根据待测功能手动调整保护装置的定值及压板控制字等；（3）确认方案及连线正确后进行测试；（4）测试完成后检查分析结果，计算结果误差并手动填写至最终的报告中。

从以上测试过程可以发现，所有的测试过程皆需人工参与，而且以上测试过程需要根据不同的保护功能进行相应的调整。另外，由于不同厂家的测试仪以及保护装置的操作不尽相同，也会增加互相配合时操作的复杂性，故而在实际测试过程中不仅存在工作效率不高的现象，同时也会增加出错的概率。

2 智能化继电保护装置的自动测试

为了适应现阶段电力系统继电保护智能化发展的需要，各保护厂家的智能化保护装置皆是在ICE 61850规约的基础上研发的。通过统一的标准通信规约和设计思路可将各厂家保护装置的设计最大可能地统一，使保护装置在智能电网内可以通过专用网络完美连接，达到大电网中的任一节点数据皆可随意调取的目的，真正实现电网的智能化。

鉴于智能化系统的网络特点，在连接回路中尽可能取消了传统的电缆连接而代之以光缆连接，故而传统的自动测试根本无法满足要求。在此背景下，智能化自动测试系统应运而生。在此全新的自动测试系统中，可通过对保护装置提供的抽象的能力描述文件（ICD）进行解析，得出各保护装置的定值、压板、保护动作事件及告警事件等，再根据接收到的具体动作告警信息，与测试模板中的脚本文件进行比较，得出最终结论。

3 新型自动测试系统组成和应用

3.1 总体组成及各模块设计功能

智能化自动测试系统采用对象化设计思路，按照分布式设计模式特点设计，其具体组成结构如图1所示。

图1 继电保护自动测试系统结构

从图1可以看出：①②部分为硬件及硬件接口层，用于控制测试仪，下达试验数据，并根据试验要求驱动测试仪输出对应的模拟量，完成真正的测试；③为自动测试层，利用自动测试主控程序和保护通信规约引擎程序来实现保护的闭环测试；④为模板开发平台层，利用保护测试方案编辑平台程序，生成标准的保护测试模板，供自动测试主控程序使用；⑤为模板库，管理生成的模板。

3.2 自动测试系统的应用

自动测试系统应用主要包含通信模块、模板编辑模块和自动测试执行模块。

3.2.1 通信模块

自动测试系统通信模块的作用为与待测保护装置进行智能通信，具体操作可分为：（1）读取保护装置的定值、压板、控制字并进行整定操作；（2）在线读取保护装置的遥测、遥信数据并进行遥控操作；（3）在出现保护异常时可自动调取录波数据并保存。

由于系统需面对不同的保护装置，虽然各厂家皆按照统一标准进行产品设计，但不可避免会出现对标准理解不同而导致的不匹配问题，而此通信模块在读取保护装置的ICD后会自动转换为本系统所认可的独立配置文件，系统内部数据交流皆是以此文件为基准，故可实现各保护装置的自动识别，可避免早期自动测试软件需针对每一种保护装置专门开发配置的问题。另外，由于现在的保护装置很多都为保护测控一体化装置，而早期自动测试系统仅满足于测试保护功能，现系统已将“四遥”功能也纳入了测试范畴，使得自动测试系统能够更全面地满足测试需求。通信界面如图2所示。

3.2.2 模板编辑模块

此模块为自动测试系统的核心模块，规划了自动测试的具体实施步骤，同时通过与报表模块的结合，可自由定义报表格式并通过书签的形式实现自动填写结果数据的功能，编辑界面如图3所示。

3.2.2.1 执行模板的编辑

在自动测试系统的编辑模块中将模板定义为子模板、实例化文件和大模板3类。其中，子模板为各保护功能中的最小应用单元模块；实例化文件为根据相应的子模板结合具体保护装置的全站配置描述文件（SCD）配置生成的具体测试模块；大模板为多个实例化文件的组合。在实际应用中，可预先按照各种保护功能的最小应用单元设计好子模板，这些子模板并不与实际保护装置相关联，而是作为一个类似于类文件的结构存在，然后根据待测功能需求选择1个或多个子模板生成测试文件。

图2 通信界面

图3 编辑界面

例如，过流保护功能相关子模板可分为过流动作值测试子模板、过流动作时间测试子模板、负序电压闭锁过流定值测试子模板、低压闭锁过流定值测试子模板、过流方向元件范围测试子模板及过流控制字压板组合逻辑测试子模板等。这些子模板可实现定义压板投退、定值控制字修改、需引用的自动测试功能模板参数设定等功能。

若需对保护装置的过流保护功能的动作值精度进行测试，则调用相应的过流动作值测试子模板，利用编辑模块中的智能生成测试模板功能的向导功能，按照向导提示分步骤完成子模板与具体保护装置的压板、定值等索引，并保存为一个向导文件，最终自动生成智能测试模板，实现自动投退压板、修改控制字等功能，无需人工参与；同时，保存下来的向导文件可用于下一次相似功能的模块编辑。不同的保护装置皆可利用此子模块和向导文件快速方便地生成过流保护功能的动作值精度测试模板，可节省大量的模板编辑时间。

另外，在模板编辑功能中提供了强大的脚本编辑功能，利用此功能可实现智能化编程，能够完成测试仪精度的自动调整、测试步长的自动调节、数据结果的误差计算及自动判定等功能。

3.2.2.2 数据报表的编辑

自动测试系统的数据自动填写功能所需数据量大、结构复杂等原因一直制约着自动测试系统的发展，因此，自动测试系统设计了一个全新的报表生成模块，在此模块中利用Word文档的书签功能实现了自动测试数据的自动填写，并可将模板中的任意数据选择填入对应区块。

3.2.3 自动测试执行模块

自动测试系统执行模块利用编辑好的测试模块可实现与装置的自动通信、与测试仪的数据交换、报表数据的自动填写等功能。

4 结束语

现有智能化继电保护装置皆以IEC 61850规约为基准进行设计，实现信息共享和互操作等功能。

新型自动测试系统可利用基础模板，针对不同保护装置的不同保护功能进行快速解析验证，并自动生成测试模块，基本达到测试过程无需人工参与的目标，极大地提高了保护装置的开发进程和质量，缩短了变电站现场调试的工期。

［1］胡道徐，丁卫华，张丹丹，等.水电厂IEC 61850数字化变电站［C］／／中国水力发电工程学会继电保护专业委员会2009年年会暨学术研讨会学术论文集.北京：中国水力发电工程学会，2009：97-102.

［2］张博.浅谈电力系统继电保护技术原理及发展趋势［J］.中国新技术新产品，2013（10）：164.

［3］杨丽.基于IEC 61850过程总线结构的数字化保护系统性能研究［D］.济南：山东大学，2010.

［4］朱炳铨，王松，李慧，等.基于IEC 61850 GOOSE技术的继电保护工程应用［J］.电力系统自动化，2009，33（8）：104-107.

（本文责编：弋洋）

TM 774

：B

：1674-1951（2015）01-0019-03

姚亮（1978—），男，江苏阜宁人，工程师，从事继电保护方面的工作（E-mail：you-liang.yao＠sac-china.com）。

2014-07-07；

2014-10-25