移動便攜終端在智能變電站二次系統(tǒng)集成測試中的應(yīng)用

李曉峰++張煥青++江淵++張園園

摘 要

隨著智能化變電站近幾年的大規(guī)模推廣，智能二次裝置整體技術(shù)日益成熟，對于裝置本體功能及性能的測試已經(jīng)不再是智能站投運(yùn)和日常運(yùn)行與維護(hù)的工作重點(diǎn)?，F(xiàn)階段智能站二次系統(tǒng)的集成測試涉及環(huán)節(jié)多、周期長，缺乏行之有效的調(diào)測手段，工程建設(shè)和運(yùn)維檢修的效率不高。本文歸納總結(jié)了針對智能站、滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的二次系統(tǒng)集成測試的主要內(nèi)容和技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合一種新型的智能移動終端調(diào)測設(shè)備的研究成果，重點(diǎn)對調(diào)試過程中出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】智能變電站 IEC61850 二次系統(tǒng)集成測試 智能移動便攜式調(diào)測終端

目前，智能化與集成化是變電站建設(shè)的引領(lǐng)新趨勢。要實現(xiàn)智能變電站數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化，需要依托信息自動采集、測量、計量及監(jiān)測等基礎(chǔ)功能，并依據(jù)IEC61850 SCD模型完成二次智能設(shè)備（IED）系統(tǒng)的建設(shè)與配置。針對日益增加的智能變電站，結(jié)合其IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)、探索針對二次系統(tǒng)的集成調(diào)試的主要內(nèi)容和方法，成為改進(jìn)當(dāng)前運(yùn)檢工作的重中之重。對其中所包含的關(guān)鍵性技術(shù)手段及其實用化的實現(xiàn)，能夠縮短變電站建設(shè)時間、提高全站系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，為提高智能站工程建設(shè)效率提供支撐。

1 智能變電站及二次系統(tǒng)特征

隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和可靠性逐漸成為人們關(guān)注的問題。電力企業(yè)面臨的問題需要智能變電站加以解決，而智能變電站的建設(shè)則需要依托計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的支持。智能變電站二次系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息交互、共享和自反饋，具有以下幾個特征：

1.1 自動控制，高度集成

二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有完整性，可通過無縫連接技術(shù)，實現(xiàn)控制中心和變電站的信息聯(lián)通。同時，全數(shù)字采集能夠保證數(shù)據(jù)不出現(xiàn)重大遺漏，最大限度上減少了系統(tǒng)維護(hù)工作強(qiáng)度。

1.2 在線反饋，協(xié)同保護(hù)

所有數(shù)據(jù)均能夠?qū)崿F(xiàn)電子化收集，使得二次系統(tǒng)通過全面整合而實現(xiàn)性能上的優(yōu)化。同時，通過對數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，可將變電站運(yùn)行狀態(tài)、實時信息反饋出來，實現(xiàn)同步?jīng)Q策。

智能變電站二次系統(tǒng)使用IEC61850為主要信息交換標(biāo)準(zhǔn)。其基本框架包括三個部分：“過程層”、“間隔層”和“站控層”。過程層主要任務(wù)是針對一次設(shè)備相關(guān)功能的就地化完成。該層主要有互感器、智能終端與合并單元等，實現(xiàn)一次設(shè)備電氣信號的數(shù)字化、實時監(jiān)控一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、和對上層下發(fā)來的命令的執(zhí)行實現(xiàn)控制。間隔層主要包括監(jiān)測、保護(hù)、計量等二次智能裝置（IED）來實現(xiàn)站內(nèi)核心業(yè)務(wù)。站控層主要提供全站運(yùn)維的統(tǒng)一人機(jī)界面、并對間隔層和過程層中設(shè)備進(jìn)行管理，全方位對全站實行監(jiān)控，以及與遠(yuǎn)動監(jiān)控中心實現(xiàn)通信功能等。

智能站二次系統(tǒng)以高速以太網(wǎng)構(gòu)建出全站的通信網(wǎng)架，通信規(guī)約遵循IEC61850相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。全站的信息交互接口模型、邏輯接口與物理接口的映射模型、數(shù)據(jù)集模型和相關(guān)配置，都定義在IEC61850所嚴(yán)格規(guī)范化的SCD模型文件中。站控層與間隔層之間的數(shù)據(jù)交換接口可以傳輸IEC61850中規(guī)范的MMS和GOOSE報文。在間隔層的設(shè)備之間以及與過程層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信，是以IEC61850中定義的GOOSE和SV報文來實現(xiàn)的。

2 智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)集成測試方法

智能變電站的調(diào)試以變電站功能為主線，側(cè)重于系統(tǒng)集成層面的設(shè)備配置校驗、組態(tài)配置校驗和核心功能應(yīng)用的實現(xiàn)?，F(xiàn)階段，智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試的標(biāo)準(zhǔn)流程是：

組態(tài)配置 –> 系統(tǒng)測試 -> 系統(tǒng)動模 -> 現(xiàn)場調(diào)試 ->投運(yùn)試驗 ->定期運(yùn)維檢測

與傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)調(diào)測過程比，二次系統(tǒng)的集成測試是智能站的特定和非常重要的環(huán)節(jié)。集成測試是指在二次設(shè)備單體測試完成之后，將所有的智能裝置（IED）或應(yīng)用功能模塊按照設(shè)計要求組裝成整體系統(tǒng)后，測試各個分部工作或系統(tǒng)總體聯(lián)動工作是否達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)或系統(tǒng)功能是否工作正常。

智能站二次系統(tǒng)的集成測試，一般公認(rèn)的主要內(nèi)容有：

（1）單裝置功能基本試驗，確保該裝置滿足可以加入集成測試的基本要求；

（2）二次系統(tǒng)裝置互聯(lián)互通試驗；

（3）合并單元同步性能和延時測試；

（4）時鐘同步系統(tǒng)測試；

（5）智能終端延時測試；

（6）站控層監(jiān)控系統(tǒng)試驗；

（7）相關(guān)高級應(yīng)用功能方案測試；

（8）三層網(wǎng)絡(luò)性能測試。

在這個過程中，針對模型文件的管理和驗證尤為重要。很多智能變電站并沒有對相關(guān)全站的配置文件SCD進(jìn)行規(guī)范化的管控與校驗，且整個過程缺乏直觀的檢測與分析手段，制約了變電站設(shè)計、施工、調(diào)試、維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)建的有序進(jìn)行。這種現(xiàn)狀導(dǎo)致了變電站運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜，因此需要依托可視化系統(tǒng)配置工具在集成測試階段加以解決，為二次系統(tǒng)維護(hù)提供便利條件。除此以外，智能站二次系統(tǒng)集成調(diào)測在現(xiàn)階段的一些技術(shù)難點(diǎn)有：

2.1 變電站的仿真調(diào)測

綜合多個仿真測試實例，觀察相關(guān)IED之間的響應(yīng)，從而快速對定位對IED之間的通訊問題和配合問題進(jìn)行協(xié)調(diào)和定位，并對校驗裝置內(nèi)部依存關(guān)系和邏輯性關(guān)系進(jìn)行輔助測試。利用一次系統(tǒng)數(shù)字仿真強(qiáng)大的功能，對一次系統(tǒng)典型異常行為進(jìn)行全面仿真模擬，進(jìn)而實現(xiàn)智能變電站整體業(yè)務(wù)的完整性檢驗。

2.2 電信號采樣量（SMV）回路聯(lián)調(diào)試驗

在智能變電站正常工況運(yùn)行二次設(shè)備系統(tǒng)，檢測合并單元、保護(hù)裝置、測控裝置的準(zhǔn)確性，針對跨間隔保護(hù)及MU，需要對其性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行同步檢查。

2.3 開關(guān)量（GOOSE）聯(lián)調(diào)試驗

開關(guān)量聯(lián)調(diào)試驗主要是對智能終端示值、系統(tǒng)響應(yīng)性進(jìn)行檢查，同時也應(yīng)做好間隔層設(shè)備與智能終端互操作性測試，如保護(hù)和測控功能等。并為間隔層設(shè)備間閉鎖、啟動失靈等信號進(jìn)行互通性檢查。

2.4 間隔層設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗

其中間隔層設(shè)備聯(lián)調(diào)試驗主要目的是為了對間隔層設(shè)備進(jìn)行檢查，包括間閉鎖、啟動失靈以及信號互通性檢查，而監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗則是對間隔層設(shè)備系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的信號互通正確性進(jìn)行檢驗。

2.5 遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)檢查

利用調(diào)度主站向外發(fā)送系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則和要求，應(yīng)符合設(shè)備系統(tǒng)實際運(yùn)行情況，使其具備遙信量、遙測量、報文量等聯(lián)通功能，并將其清晰顯示出來。同時，可利用設(shè)備操作相關(guān)面板對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行實時性監(jiān)測和遙控。

2.6 綜合聯(lián)動調(diào)測

將SCD中配置模型所傳達(dá)的靜態(tài)信息和站內(nèi)實時IEC61850報文事件進(jìn)行結(jié)合，實現(xiàn)對全站各個IED對外信息交互接口的快速檢查，從中發(fā)現(xiàn)潛在問題。針對具有典型特征的變電站業(yè)務(wù)流程，例如保護(hù)、遙控過程等，實施實時監(jiān)控，進(jìn)而對整體業(yè)務(wù)流程進(jìn)行檢驗。同時，能夠?qū)χ悄茏冸娬娟P(guān)鍵性事件開展關(guān)聯(lián)系分析，例如跳閘事件，因此能夠快速尋找到導(dǎo)致不良事件發(fā)生的根本性原因，并采取具有針對性的處理技術(shù)進(jìn)行在線判斷。

一個針對智能站二次系統(tǒng)的集成測試平臺的功能性結(jié)構(gòu)與核心組件如圖1所示。

3 一種新型的智能移動調(diào)測終端在智能站二次系統(tǒng)集成調(diào)測中的應(yīng)用

文獻(xiàn)[4]中提出，應(yīng)該基于物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動智能站運(yùn)維技術(shù)的創(chuàng)新和模式變革，構(gòu)建以信息化裝置、自動化巡視、智能化檢修和不停電檢驗為特征的智能運(yùn)維檢修體系?；谝苿颖銛y終端對繼電保護(hù)和其它二次設(shè)備進(jìn)行精益化的開發(fā)和調(diào)試成為一種新趨勢和新需求。我們在工作實踐中嘗試了一種新型的智能移動專用設(shè)備，較好的支持了上述的一些智能站二次系統(tǒng)的核心集成調(diào)測任務(wù)，又增加了系統(tǒng)測試的靈活性和便利性，其技術(shù)方向十分符合[4][5]中提及的新發(fā)展模式。

該設(shè)備將廣泛應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的基于ARM微處理器和安卓（Android 5.11）操作系統(tǒng)的大屏平板技術(shù)和具有實時處理智能站通信報文的嵌入式FPGA技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出了一款符合國家電網(wǎng)站內(nèi)調(diào)測類設(shè)備規(guī)范的專用移動測試終端。其基本參數(shù)特點(diǎn)為：

（1）具有8寸適合于室內(nèi)外作業(yè)的觸屏；

（2）采用實時優(yōu)化的安卓操作系統(tǒng)；

（3）具有多種可與智能站通信系統(tǒng)和設(shè)備的直連接口，滿足各種站內(nèi)調(diào)測數(shù)據(jù)交互的要求；

（4）具備高工業(yè)級防護(hù)等級、符合國網(wǎng)關(guān)于站內(nèi)調(diào)測類設(shè)備的硬件指標(biāo)；

（5）配置了高續(xù)航能力的工業(yè)電池；

（6）裝載了可涵蓋站內(nèi)二次設(shè)備運(yùn)維調(diào)測功能的多款A(yù)PP。如圖2所示。

采用它，我們進(jìn)行了一些新模式下的調(diào)測工作，實用效果良好。

（1）通過它從后臺SCD管控系統(tǒng)中自動下載針對某個變電站的SCD文件和關(guān)聯(lián)的配置信息。在站內(nèi)工作時，可以便利地高可視化展示和分析站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接信息、IED間的虛連接和虛端子信息、虛擬保護(hù)回路與軟壓板信息以及SCD/CID的差異比較信息。做到了主要二次信息的全程高可視化。

（2）通過它實時捕獲與采集站內(nèi)IEC61850 SV、GOOSE和MMS等多種報文，結(jié)合SCD靜態(tài)配置信息，可以完成上述的多種二次系統(tǒng)集成測試與分析。

（3）通過它的狀態(tài)序列模擬仿真功能，可以針對多種二次設(shè)備（保護(hù)與測控IED、MU和智能終端等）進(jìn)行跨設(shè)備的聯(lián)動功能調(diào)測。如圖3所示。

針對智能站二次信息不可視、配置復(fù)雜、測試時間長等問題，該裝置對智能站可觀、可控與可維護(hù)做了有益的嘗試，提升了現(xiàn)場的工作效率和防誤水平。采用它后，我們相關(guān)的集成測試實驗時間縮減了60%。

4 結(jié)束語

智能變電站是國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，是我國發(fā)展智能化電網(wǎng)競爭能力的外在體現(xiàn)，其整個項目建設(shè)過程與二次設(shè)備系統(tǒng)總目標(biāo)聯(lián)系密切。因此，研究智能變電站二次系統(tǒng)集成調(diào)試，并尋找簡單、高效調(diào)試方法具有現(xiàn)實意義。通過以上分析，認(rèn)為在對智能變電站開展二次系統(tǒng)集成調(diào)試時，應(yīng)嚴(yán)格遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，立足于全局，實現(xiàn)統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)測試流程趨于科學(xué)化和合理化，保證設(shè)備集成的穩(wěn)定性和可靠性。本文主要對智能變電站二次系統(tǒng)集成調(diào)試流程、方法進(jìn)行分析，介紹了一種新型的智能移動調(diào)測裝置，應(yīng)用它提高站內(nèi)二次設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員的信息化單兵裝備和移動化檢驗測試的水平，提高現(xiàn)場智能化系統(tǒng)集成調(diào)測的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]聶德楨.智能變電站二次系統(tǒng)故障診斷方法研究[J].山東大學(xué)學(xué)報，2014，04（16）.

[2]朱詩卉.智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報，2014，21（14）.

[3]王振華.智能變電站嵌入式一體化平臺的設(shè)計[J].山東大學(xué)學(xué)報，2013，11（31）.

[4]國家電網(wǎng)繼電保護(hù)處[Z].繼電保護(hù)專業(yè)發(fā)展方向新思考，2016（04）.

[5]國家電網(wǎng)調(diào)度中心[Z].調(diào)繼[2016]59號2016年繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)工作的通知，2016（05）.

作者簡介

李曉峰，男，湖北省天門市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司高級工程師。主要研究方向為電力系統(tǒng)自動化、故障診斷技術(shù)。

張煥青，男，湖北省武漢市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司高級工程師。主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化技術(shù)。

江淵，男，湖北省十堰市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司工程師。主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化技術(shù)。

張園園（1979-），男。現(xiàn)為網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司工程師。研究方向為智能變電站運(yùn)行與維護(hù)。

作者單位

國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 湖北省武漢市 430050