智能变电站继电保护装置程序化测试系统的研究

窦妍王美平

（国网冀北电力有限公司廊坊供电公司河北廊坊065000）

摘要：近年来，由于电能需求的不断增大，为更好地满足市场需求，各供电企业纷纷投入了大量输变电设备，电网规模逐步增大，继电保护检验工作量增加，给供电企业带来了严重负担，因此，各供电企业也越来越重视继电保护装置测试技术的研究，但由于继电保护技术的复杂性，继电保护设备调试较为耗时。目前，多数继电保护装置的测试工作，特别是静模试验方法，仍采用继电保护测试仪进行手动测试，存在测试效率低、人为因素影响大等缺点，因此，本文对智能变电站继电保护装置程序化测试进行研究。

关键词：智能变电站；继电保护装置；程序化；测试系统

随着我国经济的发展，对电力系统的效率和质量要求也越来越高。电力市场的发展也在不断加快，但是电力系统的质量还存在一定的问题。在电力系统之中，继电保护装置是其中非常重要的组成部分，其能够确保电力系统稳定的运行。可以说，电力继电保护装置好坏直接决定了电力系统的稳定与否。但是就我国目前的情况而言，在电力继电保护装置中还存在许多亟待解决的问题，这些问题大大降低了继电保护装置的效果，也使得电力系统不能稳定的运行。因此找到这些问题的解决措施，提高电力继电保护装置的科学性和合理性，具有很高的经济价值和社会价值。

一、继电保护装置简介

在电力系统之中，我们一般所讲的电力继电保护装置。其主要作用是当电力系统出现故障不能正常工作的时候，或者在电力网络之间的电力器件对电网稳定运行产生干扰时。电力继电保护装置就能发出一定的警告信号，同时断开断路器，从而使得出现故障的电力系统退出运行。能够保护整个电力系统的安全及稳定，避免因部分设施的故障而影响整个电网系统。在电网发生故障时，电力继电保护装置能够自动的对电网进行保护，所以其在电网系统中起到很关键的作用，可以很好的调节电网的运行，使电力系统不会发生重大故障。继电保护装置的应用十分广泛，贯穿于电网系统的各个区域，是电网系统中必不可少的一部分。

二、智能化自动测试系统核心技术分析

（一）器件接口分析

查阅相关文献得知，对于电压等级在35、66kV的供电系统，必须按规定的间距安装电压或电流互感器，以实现对整个系统的保护、测控以及终端控制等。目前使用的35、66kV等电压级的互感器输出的信号都很小，并且是连续的模拟量，也有部分是采用直接连接的开关量。根据IEC相关规定确定，当电压等级高于110kV时,互感器输出均应是数字量信号。

IEC标准不仅规定了硬件方面的技术参数，而且在软件方面也有相应的规定，包括中央监控系统与各个子设备之间的通信协议等，规定了各种逻辑关系以及数据相关连接对象等，同时也提供相关服务，如面向底层和面层之间的服务。这种通信功能的实现是通过一种特殊的定义将信息上传，实现对参数的修改以及命令下达等交互功能。经过一定时间的实践操作，国内各个厂家的企业标准逐渐统一，使得目前基本具备了自动测试的基础条件。

（二）故障模拟设计

故障测试实验的基础需要建立一个稳定可靠的模拟现场故障的装置。并且故障的模拟必须是多方面的，因为现场条件比较复杂，会出现各种意想不到的问题，所以要求设计的故障模拟发生器也尽可能具备更多的故障触发方式。这样才能够尽可能准确地模拟出各种故障，还要求故障模拟装置的外部接口要能与继电保护装置兼容，能够满足IEC相关标准。通过综合分析比较，最后确定采用北京天能继保的产品来实现继电保护的故障模拟系统。

（三）架构设计

智能变电站继电保护装置自动测试系统，采用分布式结构进行设计，主要分为过程层、间隔层以及站控层三个部分，智能变电站自动化在线监测系统整体结构框架，如图1所示。智能变电站继电保护装置自动测试系统的设计，是在基于已有的技术基础、高度智能化的平板设备的软硬件架构以及现场调测方法，针对现场常用的保护逻辑，如距离保护、零序过流保护、纯过流保护、重合闸保护、差动保护等等，建立相应的专项保护测试模型及测试流程，通过召唤装置的定值、配置参数，实时采集装置的当前状态，自动建立相应的测试数据和测试环境，从而大大减少保护测试的工作流程就参数计算和配置的复杂度，减少人工的工作量，提高智能站调试及验收、校验的工作效率，同时可以简化针对智能变电站的设计验证、调试及运维的工作，显著提高变电站运行的可靠性。具备根据智能变电站系统配置文件（SubstationConfigurationDescription，SCD）自动对二次系统成图功能。能够智能解析SCD文件，形成直观明了的逻辑图、网络图。SCD文件版本管理功能及版本间差异的高可视化比较功能。智能变电站继电保护装置基于智能计算的故障模拟的功能以及典型保护测试用例自学习和生成能力。智能变电站继电保护装置自动测试系统可以对继电保护装置的保护功能一键式、智能化测试功能。

图1智能变电站自动化在线监测系统构架

（四）测试方法

测试案例以及操作规程必须具有普遍适用性，能够多次利用并且尽可能反应出测试系统的工作可靠性及稳定性，要求设计一种开放性的系统，能够兼容各种信息及装置，对不同的装置测试实例实现灵活的调换、编辑。

三、继电保护装置自动测试系统的设计

（一）功能设计

智能变电站继电保护装置自动测试系统的设计目标，为了确保继电保护装置正常运行，提高智能变电站验收的效率以及准确率，对智能变电站内的保护装置进行快速、准确的校验，对智能变电站配置信息文件（SCD）进行智能解析，SCD文件的标准化校验，建立智能变电站继电保护逻辑测试流程，生成标准的测试模板，开发智能变电站继电保护测试判断技术，可智能判断保护是否成功，对智能变电站继电保护装置的定值召唤及智能化自动匹配，进行定值的校验。

智能变电站继电保护装置自动测试系统的设计，主要包括执行控制、通信、用户编辑、用户管理、日志记录以及生成报告等功能。在执行控制功能中通过SOCKET建立连接，SOCKET本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是SOCKET编程接口；HTTP提供了封装或者显示数据的具体形式；SOCKET提供了网络通信的能力。通信功能主要实现自动测试系统的软件和主控制系统之间的信息传递，并且对信息进行收集、整理和分析。用户编辑主要是为了满足测试人员在不同的测试环境中，对设备进行合理的编辑。用户管理和日志记录，主要是对自动测试系统在日常运行过程中进行备份以及日常管理，然后对设备运行的信息进行记录，便于工作人员随时进行信息查询和整理。报告生成则是在自动测试系统完成测试后，根据相应的条件选择合适的格式，对测试结果进行整理和分析，并形成统一格式的测试报告。

（二）架构设计

智能变电站继电保护装置自动测试系统，采用分布式结构进行设计，主要分为过程层、间隔层以及站控层三个部分，智能变电站自动化在线监测系统整体结构框架。智能变电站继电保护装置自动测试系统的设计，是在基于已有的技术基础、高度智能化的平板设备的软硬件架构以及现场调测方法，针对现场常用的保护逻辑，如距离保护、零序过流保护、纯过流保护、重合闸保护、差动保护等等，建立相应的专项保护测试模型及测试流程，通过召唤装置的定值、配置参数，实时采集装置的当前状态，自动建立相应的测试数据和测试环境，从而大大减少保护测试的工作流程就参数计算和配置的复杂度，减少人工的工作量，提高智能站调试及验收、校验的工作效率，同时可以简化针对智能变电站的设计验证、调试及运维的工作，显著提高变电站运行的可靠性。具备根据智能变电站系统配置文件（SubstationConfigurationDescription，SCD）自动对二次系统成图功能。能够智能解析SCD文件，形成直观明了的逻辑图、网络图。SCD文件版本管理功能及版本间差异的高可视化比较功能。智能变电站继电保护装置基于智能计算的故障模拟的功能以及典型保护测试用例自学习和生成能力。智能变电站继电保护装置自动测试系统可以对继电保护装置的保护功能一键式、智能化测试功能。

四、结论

综上所述，本文设计的智能变电站继电保护装置自动测试系统融合了先进的通信技术和自动化技术，以及分层分布式设计结构，实现了对智能变电站继电保护装置进行实时监控，对设备在运行过程中可能出现的故障进行预警，具有较强的适用性和安全性。伴随着我国智能电网建设的快速发展，智能变电站自动化在线监测系统的实际应用越来越普遍，其发挥的作用也越来越重要。

参考文献：

[1]陶友杰.智能变电站通用继电保护系统的研制[D].华中科技大学,2016.

[2]郭青山.110kV变电站继电保护改造调试问题研究[J].中国电力教育,2013(30).

[3]浮明军,刘昊昱,董磊超.智能变电站继电保护装置自动测试系统研究和应用[J].电力系统保护与控制,2015(01).