發(fā)展智能電網(wǎng)是國家的發(fā)展戰(zhàn)略。其中，智能變電站建設(shè)又是智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能變電站建設(shè)充分體現(xiàn)了一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計理念。繼電保護作為*重要的二次設(shè)備，其實現(xiàn)方式與傳統(tǒng)變電站的繼電保護相比發(fā)生了根本性的改變。傳統(tǒng)變電站繼電保護裝置為一體化設(shè)備，裝置的電流電壓量采集，開入量采集、繼電器邏輯、跳閘出口均由一臺設(shè)備完成。
智能變電站繼電保護構(gòu)成如圖1所示。保護功能的實現(xiàn)由3部分完成，包括合并單元（MU）、保護裝置和智能終端（STD）。繼電保護的電壓電流交流量采集
由MU實現(xiàn)，MU將數(shù)字化的電氣量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)采用IEC61850-9-2的采樣值規(guī)約傳輸給保護裝置。繼電保護的開關(guān)量的采集、保護跳合閘由智能終端完成，通過GOOSE報文傳輸給保護裝置。繼電保護的保護邏輯判斷由保護裝置完成，保護裝置綜合電流電壓信息，開入量信息，完成傳統(tǒng)的邏輯計算，將保護的動作結(jié)果通過GOOSE傳輸給智能終端，由智能終端完成開關(guān)的跳合閘操作。
傳統(tǒng)變電站繼電保護裝置檢驗的安全措施是短接電流回路，斷開交流電壓回路，斷開出口回路壓板。采用專用繼電保護測試儀器對裝置進行模擬加量測試，重點測試保護軟件的動作邏輯和跳合閘回路出口的正確性。測試過程由人工完成，包括接線、設(shè)置測試內(nèi)容、確認測試結(jié)果。智能變電站繼電保護由3部分組成，保護的測試也包括這3個部分，分別測試MU，保護裝置和智能終端。MU與智能終端的測試采用測試儀加報文分析組成。保護裝置的測試設(shè)備由傳統(tǒng)的模擬量輸出測試儀變?yōu)榱藬?shù)字量輸出儀。為提高測試效率，設(shè)備制造廠家研究不同類型的測試工具[1-5]。
相對傳統(tǒng)變電站測試，智能變電站測試出現(xiàn)了一些新的問題，體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）測試設(shè)備對人員的素質(zhì)要求高。數(shù)字式測試設(shè)備有許多與運行相關(guān)的參數(shù)需要設(shè)置，需要測試人員人工干預(yù)。這就需要測試人員對規(guī)約應(yīng)了解透徹才能正確設(shè)置。
2）保護邏輯測試的工作量大。保護裝置不同的邏輯測試一般均需要重新設(shè)置，保護邏輯多時，測試的工作量大。而且由于某種原因，存在部分邏輯漏測的問題。
3）在不帶智能終端測試的情況下，需要人工判斷GOOSE跳閘報文的正確性。
4）經(jīng)常插拔光纖導(dǎo)致光口的損壞，降低光纖通信的可靠性。
針對目前智能變電站繼電保護裝置測試存在的問題。本文提出一種智能變電站繼電保護在線測試方案。該方案考慮智能站繼電保護數(shù)字采集與數(shù)字傳輸?shù)奶攸c，保護裝置測試通過智能站本身的繼電保護設(shè)備實現(xiàn)，測試由測試主機、MU和智能終端構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)完成，真正實現(xiàn)在線測試。
1 在線測試方案
國家電網(wǎng)公司《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了MU與保護裝置之間采用點對點連接，保護裝置與智能終端之間支持點對點連接和組網(wǎng)連接。除點對點連接口外，MU、保護裝置和智能終端均存在組網(wǎng)接口。在線測試通過裝置的組網(wǎng)接口實現(xiàn)。在如圖2所示的在線測試架構(gòu)中，MU、保護裝置和智能終端通過組網(wǎng)口與交換機連接。在線測試方案中增加的測試主機，通過網(wǎng)口與三者聯(lián)接。
測試主機由5個模塊組成，分別是基本功能模塊、仿真分析模塊、錄波回放模塊、測試評價模塊和系統(tǒng)配置模塊。其中基本功能、仿真分析和錄波回放為3個獨立的測試功能模塊。系統(tǒng)配置為測試功能的服務(wù)模塊。測試評價模塊實現(xiàn)對測試結(jié)果的分析，對保護裝置的動作行為作正確與否的評價。
基本功能測試涵蓋傳統(tǒng)變電站繼電保護測試儀的功能，包括電流電壓幅值相位測試、電壓頻率測試、電壓電流保護定值測試、距離保護阻抗測試和差動測試等繼電保護的基本功能。模塊按間隔生成錄波數(shù)據(jù)，包括間隔電壓、間隔電流、測量電流等。差動保護需要多間隔數(shù)據(jù)時，按間隔生成多個錄波數(shù)據(jù)。錄波數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)的comtrade格式存貯。
仿真分析模塊以電力系統(tǒng)實時仿真軟件PSCAD為基礎(chǔ)，支持電力系統(tǒng)建模，設(shè)置一次系統(tǒng)故障。模擬一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，生成特定間隔的電流量數(shù)據(jù)，并按間隔生成標(biāo)準(zhǔn)comtrade格式的錄波文件。錄波回放功能用于測試特定的故障數(shù)據(jù)對繼電保護的影響，故障數(shù)據(jù)的來源為運行系統(tǒng)事故的數(shù)據(jù)或動模測試數(shù)據(jù)。輸入的數(shù)據(jù)為comtrade格式錄波文件，人工按間隔生成分間隔的錄波數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)配置模塊為測試功能的服務(wù)模塊。配置模塊的輸入?yún)?shù)包括測試功能模塊傳遞的間隔錄波文件數(shù)據(jù)、全站的系統(tǒng)配置文件（SCD）以及用戶界面 （HMI） 的輸入配置信息。錄波文件轉(zhuǎn)換為符合IEC61850-9-2的采樣值數(shù)據(jù)；SCD提供網(wǎng)口設(shè)置、GOOSE的配置、GOOSE虛端子配置等；用戶界面信息包括間隔選擇，數(shù)據(jù)報文時間長度等。模塊生成測試所需的文件test.dat與test.cfg，下發(fā)給MU與智能終端。當(dāng)測試主機觸發(fā)測試時，MU與智能終端從整秒開始傳輸test.dat中的數(shù)據(jù)。
測試評價模塊分析評價保護動作邏輯的正確性。測試開始后，測試評價模塊從網(wǎng)絡(luò)獲取保護裝置的數(shù)字報文，確認測試結(jié)果。
在線測試流程如圖3所示。
圖3中，每步執(zhí)行的流程如下：
**步：測試開始，測試模塊根據(jù)用戶的需求，按測試項目配置仿真模塊；圖中的過程1。
**步：仿真模塊按間隔生成5 s~30 s的錄波數(shù)據(jù)，按commtrade格式存儲；圖中的過程2。
第三步：系統(tǒng)配置模塊讀取commtrade格式的錄波，全站的SCD文件和HMI輸出的參數(shù)，生成test.dat與test.cfg文件。并通過網(wǎng)絡(luò)下裝到MU和智能終端。圖中的過程3和4。
第四步：測試模塊對MU和智能終端發(fā)送啟動命令。MU和智能終端收到啟動命令后，同步的在數(shù)據(jù)總線上回放測試文件的數(shù)據(jù)。圖3中的過程5。
第五步：保護裝置處理MU和智能終端的實時數(shù)據(jù)，進行邏輯判斷，并將保護的跳合閘令發(fā)送至智能終端。圖3中的過程6和7。
第六步：測試模塊的測試評價功能對保護裝置的動作行為進行評價。圖3中的過程8。
2 安全性措施
測試包括投運前的檢測，保護裝置運行了一段時間后的周期性的檢修；或者繼電保護裝置運行過程異常，需要消缺時的測試。進行在線測試時，測試過程中的安全性必須重點考慮。安全性措施包括：
1）MU、智能終端和保護裝置設(shè)置“檢修狀態(tài)”硬壓板。當(dāng)裝置需要檢修或消缺時，投入該硬壓板，標(biāo)識裝置進入檢修狀態(tài)。
2）保護裝置設(shè)置“MU接收”軟壓板。當(dāng)MU檢修時，若一次間隔不停運，則與該MU相關(guān)的保護均應(yīng)投入“檢修狀態(tài)”硬壓板；若間隔停運，與該MU相關(guān)的保護只需退出“MU接收”軟壓板。
3）MU裝置按物理端口設(shè)置“MU輸出“軟壓板?！癕U輸出“軟壓板退出時，方可進行在線測試的模擬量輸出。
4）智能終端按訂閱設(shè)置“GOOSE接收”軟壓板。若保護裝置檢修，只需設(shè)置與該保護訂閱GOOSE鏈路接收軟壓板退出。智能終端則不處理與該保護相關(guān)的GOOSE鏈路。“GOOSE接收”軟壓板退出時，方可進行在線測試的開關(guān)量的輸入輸出。
5）繼電保護按訂閱設(shè)置“GOOSE接收”軟壓板。若智能終端檢修，只需設(shè)置與該智能終端相關(guān)的GOOSE鏈路接收軟壓板退出。繼電保護則不處理與該智能終端相關(guān)的GOOSE鏈路。
安全性措施的實施，對檢修測試人員設(shè)置有一定的難度。安全性措施的設(shè)置可通過智能化的手段來完成。這屬于智能化檢修決策系統(tǒng)的一部分，本文限于篇幅，不在此展開討論此問題。
3 在線測試方案的實施
繼電保護在線測試方案重點研究脫離保護測試儀的在線測試。構(gòu)成繼電保護的3個部分包括MU、智能終端和保護裝置。因MU是電氣量輸出源，智能終端是開入的輸入源可跳閘的輸出，當(dāng)MU和智能終端二者其一發(fā)生故障時，該套繼電保護功能退出。處理原則可將三者均置為檢修。保護裝置屬于中間設(shè)備，當(dāng)其發(fā)生故障時，只需將其退出，其他設(shè)備仍可正常運行。例如，線路保護裝置故障，母線保護仍可以正常運行。
本節(jié)以線路間隔為例，闡述線路保護裝置消缺時，在線測試的執(zhí)行過程。當(dāng)線路保護裝置異常時，包括硬件故障和軟件故障。處理過程如下：
1）將裝置“檢修狀態(tài)”硬壓板投入。
2）更換裝置軟硬件，下裝配置文件。
3）間隔智能終端訂閱線路的GOOSE鏈路軟壓板退出。
4）MU裝置輸出給線路保護的物理端口“MU輸出“軟壓板退出。
5）在測試主機中選擇相應(yīng)的測試模塊，可采用基本功能的電壓電流、距離等測試元件。系統(tǒng)配置模塊完成測試數(shù)據(jù)，下裝至MU和智能終端。
6）測試主機觸發(fā)測試。
7）MU和智能終端輸出設(shè)定數(shù)據(jù)。
8）測試評價模塊檢測保護裝置和智能終端的動作行為，判定保護動作邏輯的正確性。
上述過程為一次測試的流程。對于需要搜索邊界測試的邏輯，則啟動一系列的上述過程，完成邊界條件的搜索。
4 結(jié)語
智能變電站繼電保護在線測試，取代了智能站檢修或裝置消缺時，需要拔插光纖，通過插接測試設(shè)備完成測試的方式。在線測試過程不依賴外部信號源，通過變電站自身的設(shè)備完成。現(xiàn)階段由于在線測試無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對MU、智能終端的要求也無統(tǒng)一的要求，只是單一保護廠家進行的一種嘗試，證明在線測試具備方案的可行性，可作為繼電保護智能化發(fā)展的研究方向。
變電站智能化是一個長期的過程。本文對繼電保護在線測試的方案研究只是從一個方面研究保護裝置測試的智能化，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的測試儀離線測試向智能化在線測試過渡。在線測試方案的研究只是保護檢修策略研究的一個方面，希望能對繼電保護工程師們研究檢修有所啟發(fā)。
