繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中具有重要作用。對(duì)于電力工作者來說，定期測(cè)試?yán)^電保護(hù)裝置可發(fā)現(xiàn)隱藏的軟件問題和硬件問題，是驗(yàn)證裝置性能的重要措施。但是，隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)變電站的試驗(yàn)設(shè)備和方法已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前變電站的智能化發(fā)展需求，因此進(jìn)行智能化變電站的技術(shù)研究和試驗(yàn)嘗試迫在眉睫。
智能變電站技術(shù)主要體現(xiàn)在二次專業(yè)方面，而二次專業(yè)的主要工作在于繼電保護(hù)調(diào)試。本文著力研究繼電保護(hù)調(diào)試新技術(shù)、新方法及新手段，開發(fā)基于IEC 61850的繼電保護(hù)自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試平臺(tái)，依據(jù)數(shù)字化繼電保護(hù)檢驗(yàn)規(guī)程，實(shí)現(xiàn)典型智能保護(hù)裝置整套測(cè)試過程的標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試［1-8］。開發(fā)相關(guān)型號(hào)專門的測(cè)試模板文件用于保護(hù)，實(shí)現(xiàn)各類保護(hù)裝置的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。自動(dòng)測(cè)試程序通過與保護(hù)裝置制造報(bào)文規(guī)范（Manu?facturing MSpecification，MMS）通信接口建立通信鏈接，直接獲取保護(hù)裝置的定值，并讀取保護(hù)采樣值和動(dòng)作報(bào)文信息進(jìn)行上傳［9-11］。程序在完成測(cè)試后直接由數(shù)字測(cè)試儀返回GOOSE和保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，過程由程序自動(dòng)完成，不需要人工操作完成，可以按照原先設(shè)置的判據(jù)條件對(duì)結(jié)果開展**評(píng)估［12-13］。測(cè)試結(jié)束后，程序可自動(dòng)將結(jié)果按照相應(yīng)格式要求保存到測(cè)試報(bào)告中并生成試驗(yàn)報(bào)告，對(duì)于推進(jìn)智能變電站技術(shù)改革和保障作業(yè)檢修安全具有重要意義。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過PC機(jī)向測(cè)試儀下達(dá)控制命令，向待檢測(cè)待保護(hù)裝置輸出電壓和電流，以模擬系統(tǒng)在各種情況下的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)檢測(cè)和記錄保護(hù)裝置反饋的動(dòng)作狀態(tài)、響應(yīng)時(shí)間等信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)功能的測(cè)試［14］。
本文提出的基于IEC 61850的繼電保護(hù)自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，主要由PC機(jī)、被測(cè)的保護(hù)裝置以及繼電保護(hù)測(cè)試儀等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。PC機(jī)主要由內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制繼電保護(hù)測(cè)試儀的數(shù)據(jù)上傳和輸出；繼電保護(hù)測(cè)試儀通過光纖（SV采樣測(cè)量、GOOSE面向通用對(duì)象的變電站事件）對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行投退軟壓板、加模擬量及獲取GOOSE報(bào)文等［15-16］；保護(hù)裝置的MMS報(bào)文通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳到PC機(jī)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)流構(gòu)成閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)測(cè)試。
2 軟件架構(gòu)
該軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是將數(shù)字繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)按照各部分的對(duì)應(yīng)功能不同，分成許多差異化的組件模塊，同時(shí)組件模塊可以自給自足。從邏輯上依據(jù)數(shù)據(jù)的傳遞將軟件系統(tǒng)分成三層體系結(jié)構(gòu)，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(cè)試接口層和界面層。硬件接口層主要負(fù)責(zé)底層的數(shù)據(jù)通信，包括同繼電保護(hù)測(cè)試儀器和保護(hù)裝置的通信；測(cè)試接口層主要負(fù)責(zé)測(cè)試模塊的執(zhí)行和測(cè)試功能管理；界面層主要是用戶測(cè)試人機(jī)對(duì)話設(shè)置，包含測(cè)試模板、報(bào)告模板以及測(cè)試控制等。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 一體化設(shè)計(jì)
在該保護(hù)測(cè)試自動(dòng)化平臺(tái)中，將所有待測(cè)試的項(xiàng)目編制成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模板，按照保護(hù)測(cè)試的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)對(duì)象設(shè)置相應(yīng)測(cè)試環(huán)境，以減少測(cè)試造成的誤差，并在相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求下形成報(bào)告模板。保護(hù)測(cè)試自動(dòng)化平臺(tái)試驗(yàn)過程中利用兩種模板進(jìn)行測(cè)試，分析測(cè)試結(jié)果，判讀試驗(yàn)結(jié)果是否合格，并在測(cè)試結(jié)束后將數(shù)據(jù)填寫到報(bào)告中。
3.2 自動(dòng)測(cè)試模板建立
基于IEC 61850的數(shù)字測(cè)試儀通用測(cè)試平臺(tái)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)。測(cè)試儀采用自動(dòng)測(cè)試模板方式定制所需要的測(cè)試應(yīng)用程序。由于每個(gè)功能模塊均為單獨(dú)設(shè)計(jì)，因此該測(cè)試模塊具備靈活性和通用性，易維護(hù)和升級(jí)。
不同的測(cè)試功能可以采用測(cè)試模板文件中多樣的測(cè)試模板數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。對(duì)應(yīng)的程序運(yùn)作流程為先從測(cè)試模板文件中提取所需要的運(yùn)行參數(shù)，再將所得到的結(jié)果保存在報(bào)告數(shù)據(jù)庫中。程序可以通過人機(jī)界面顯示結(jié)果，并形成測(cè)試報(bào)告。
模塊調(diào)用、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試參數(shù)、整定值、通用參數(shù)、開關(guān)量、評(píng)估條件以及接線圖等不同的要求，是通過測(cè)試模板定義的。調(diào)用不同的基礎(chǔ)模塊，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)項(xiàng)類型、數(shù)量及取值范圍有所不同，必須一一對(duì)應(yīng)。
通過調(diào)用不同的模塊和定義測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試點(diǎn)，模板文件需定義整定值和通用參數(shù)。該測(cè)試軟件可以應(yīng)用戶需求定義多風(fēng)格的界面。軟件使用 TPL 文件進(jìn)行編寫，其中 TPL 是超級(jí)文本預(yù)處理語言（Hypertext Prepro?cessor，PHP）模板引擎里的模板文件。圖5為自動(dòng)測(cè)試模板人機(jī)對(duì)話界面。
測(cè)試模板文件是以不同保護(hù)原理的測(cè)試項(xiàng)目為基本單元。一個(gè)基本單元至少存在一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，一個(gè)測(cè)試點(diǎn)包含基礎(chǔ)測(cè)試程序模塊的全部參數(shù)。通過一個(gè)基本單元中的不同測(cè)試點(diǎn)，調(diào)用同一個(gè)基礎(chǔ)測(cè)試程序模塊中相同的參數(shù)種類和定義，可以實(shí)現(xiàn)同一原理不同故障相的測(cè)試。同樣，一個(gè)測(cè)試模板文件中可以只有基本單元。不同測(cè)試原理的基礎(chǔ)測(cè)試程序模塊可以通過多個(gè)基本單元調(diào)用，滿足一個(gè)測(cè)試模板可以完成多種測(cè)試的需求。
3.3 試驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成
系統(tǒng)基于Word 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試報(bào)告的處理。首先在Word上建立標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告模板，其次由程序?qū)δ０暹M(jìn)行填充，*后生成Word文檔的試驗(yàn)報(bào)告。在生成報(bào)告的過程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)結(jié)合相關(guān)規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)，將結(jié)果添加到指導(dǎo)書中。如圖6所示，點(diǎn)擊測(cè)試組件功能欄中的燈泡會(huì)出現(xiàn)一些書簽名，可在Word報(bào)告中的相應(yīng)位置插入書簽。輸入測(cè)試組件中的書簽名，則該量就會(huì)插入Word報(bào)告中。
軟件可以通過 MMS 網(wǎng)直接從保護(hù)裝置中獲取并解析各個(gè)保護(hù)設(shè)備的定值單文件。微軟提供office系列組件的 COM 可操作對(duì)象接口_applicatio_document、_ta?ble、_worksheet 以及_workbook 等，可以使用現(xiàn)有的編程語言操作并導(dǎo)出信息。同樣的，測(cè)試結(jié)束軟件生成測(cè)試報(bào)告時(shí)也是通過控制上述COM接口將Word文件中的表格補(bǔ)充完整，從而生成測(cè)試報(bào)告。
3.4 自適應(yīng)運(yùn)行方式判據(jù)功能的建立
在測(cè)試過程中，根據(jù)保護(hù)的定值、裝置的額定參數(shù)、檢驗(yàn)的誤差以及保護(hù)跳閘的邏輯，判斷得到的測(cè)試結(jié)果是否合格。自動(dòng)判據(jù)結(jié)合保護(hù)測(cè)試項(xiàng)目，通過編輯判據(jù)表達(dá)式實(shí)現(xiàn)判斷。判據(jù)表達(dá)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(hù)裝置建立通信鏈接，直接從裝置中獲取定值單數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的錄入，如圖8所示。點(diǎn)擊確認(rèn)后，整定值的數(shù)據(jù)將對(duì)應(yīng)賦值軟件的變量名參與測(cè)試計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)定值與軟件程序的定值模板的映射。系統(tǒng)根據(jù)定值數(shù)據(jù)和規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差，自動(dòng)計(jì)算測(cè)試裝置輸出所需的參數(shù)。
軟壓板（或控制字）的投退直接在模板文件TPL里編寫，通過測(cè)試程序，經(jīng)MMS控制保護(hù)裝置完成。針對(duì)試驗(yàn)寫入相應(yīng)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(xié)議數(shù)據(jù)解析及輸入輸出控制模塊IEC 61850協(xié)議數(shù)據(jù)解析與輸入輸出模塊在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，能夠?qū)⒂嗛喌牡讓訑?shù)據(jù)解
析傳送給應(yīng)用層完成測(cè)試結(jié)果的判斷，同時(shí)也可根據(jù)應(yīng)用層的指令完成測(cè)試需要的數(shù)據(jù)發(fā)送。該模塊按照數(shù)據(jù)功能的不同，分成 GOOSE、SMV 以及 MMS 這 3 個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊。其中，GOOSE、SMV 數(shù)據(jù)可以由測(cè)試模塊輸入輸出控制處理。GOOSE（SMV）報(bào)文由程序控制，發(fā)布（輸出）測(cè)試過程中需要的開關(guān)量（交流量）。通過GOOSE訂閱（接收）的數(shù)字量和MMS獲得的交流量送至試驗(yàn)結(jié)果校核模塊，判斷試驗(yàn)結(jié)果的正確性。該模塊還可以通過MMS交互實(shí)現(xiàn)定值讀取和壓板投退。
4 工程實(shí)踐
以某變電站線路保護(hù)設(shè)備測(cè)試為例，按照檢驗(yàn)規(guī)程測(cè)驗(yàn)，測(cè)試步驟如下：①試驗(yàn)裝置接線，包括電源及SMV、GOOSE光纖的連接和MMS網(wǎng)絡(luò)口的連接；②選擇裝置的基本信息，如電壓等級(jí)、設(shè)備型號(hào)等；③選擇測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目，以PSL-603的測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目首檢為例，包括零漂、幅值特性、相位特性、差動(dòng)保護(hù)、接地距離保護(hù)以及相間距離保護(hù)等定值檢驗(yàn)項(xiàng)目；④將被測(cè)裝置定值導(dǎo)出，然后導(dǎo)入軟件界面上的整定值列表；⑤根據(jù)選擇的試驗(yàn)項(xiàng)目，自動(dòng)閉環(huán)執(zhí)行測(cè)試項(xiàng)目，執(zhí)行情況如圖9所示。
自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試執(zhí)行過程中，測(cè)試平臺(tái)會(huì)根據(jù)獲得的GOOSE跳閘命令報(bào)文和MMS的保護(hù)交互信息，判斷結(jié)果是否在檢驗(yàn)規(guī)程的合格范圍。此外，測(cè)試報(bào)告內(nèi)容由系統(tǒng)自動(dòng)生成并填充。
5 結(jié)語
基于IEC 61850繼電保護(hù)自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試平臺(tái)主要是基于IEC 61850的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，利用自動(dòng)測(cè)試模板、自動(dòng)報(bào)告模板以及自動(dòng)判決條件等有效技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化繼電保護(hù)自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試。該平臺(tái)無須人工干預(yù)，不但可以大大節(jié)約調(diào)試時(shí)間，而且可以達(dá)到100%的正確率，可廣泛應(yīng)用于智能變電站二次專業(yè)的調(diào)試。
