就地化保護互操作性測試研究

楊生蘋， 劉天祥， 程克杰， 許英豪(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌　461000)

0　引　言

隨著繼電保護產(chǎn)品軟件、硬件技術(shù)的日趨成熟，一種更適應智能變電站發(fā)展的新型繼電保護——就地化保護應運而生，就地化保護作為當前研究的熱點，具有與一次系統(tǒng)接口標準統(tǒng)一、節(jié)省資源、防護等級高、調(diào)試及運維檢修方便快捷等優(yōu)點，能夠提升保護動作快速性和可靠性，是繼電保護重要發(fā)展方向之一。

就地化保護裝置取消了鍵盤和液晶界面，在站控層設置智能管理單元，除了實現(xiàn)人機交互，還實現(xiàn)配置備份管理、保護設備狀態(tài)監(jiān)測、故障信息管理等功能。采用無防護就地化安裝后，過去的更換插件式消缺方式已不再適用，就地化保護裝置外部接口采用標準尺寸和線芯的連接器后，整機更換、即插即用的檢修方式，可減少停電時間，提升工作質(zhì)量和效率[1-2]。

就地化保護采用全新的設計概念，必將給現(xiàn)場調(diào)試、運維帶來挑戰(zhàn)，要實現(xiàn)“即插即用”，必須在更換前完成保護裝置的校驗，產(chǎn)品的互操作性是一大重點。

本文結(jié)合就地化保護的特點，對其互操作性進行系統(tǒng)研究，并提出互操作性測試的方法，重點針對就地化保護與智能管理單元之間的互操作性設計完整的測試用例。

1　就地化保護裝置互操作性研究

互操作性是指設備之間能夠互相理解，在應用過程中相互協(xié)作，共同實現(xiàn)一個目標的能力。智能變電站繼電保護裝置作為間隔層設備，需要與站控層、過程層、間隔層設備進行信息交換，根據(jù)文獻[3]50就地化保護裝置還需要與智能管理單元通信。就地化保護通信網(wǎng)絡如圖1所示。

圖1　就地化保護通信網(wǎng)絡

1.1　裝置與站控層、過程層通信的互操作性

裝置與站控層、過程層通信測試應從一致性測試、模型規(guī)范性、信息規(guī)范性、通信性能、通信可靠性等五個部分設計測試項目[4-5]，測試項目如表1所示。

1.2　間隔層裝置之間互操作性

就地化保護裝置采用電纜跳閘方式，通過過程層GOOSE網(wǎng)絡發(fā)布本裝置的跳閘信號及其他狀態(tài)信號，同時訂閱其他保護或控制設備的相關信號，如根據(jù)文獻[3]50線路保護啟動母差保護失靈，母差閉鎖線路保護重合閘。間隔層裝置之間的互操作體現(xiàn)在互相配合實現(xiàn)保護功能上。母線主機與子機之間的HSR(高可靠性無縫冗余環(huán)網(wǎng))環(huán)網(wǎng)也將是間隔層裝置互操作性測試的重點[6-7]，測試項目如表2所示。

表1　裝置與站控層、過程層通信測試項目

表2　間隔層裝置之間互操作性測試項目

1.3　裝置二次接線互操作性

就地化裝置下放到一次設備附近安裝，這種方式需要二次回路布線清晰、簡單、可靠。目前就地化裝置采用專用電連接器和專用光纖連接器形式[8-9]，通過預制方式實現(xiàn)對外連接，如國網(wǎng)標準《無防護就地化線路保護裝置通用技術(shù)條件》對就地化預置電纜標志、防誤措施、指標等要求如表3所示。

表3　預置電纜要求

1.4　裝置與智能管理單元通信互操作性

就地化保護取消了就地液晶界面和鍵盤，通過智能管理單元實現(xiàn)變電站內(nèi)就地化保護裝置的界面集中展示等功能。根據(jù)文獻[1]3、[1]4就地化保護與智能管理單元之間實現(xiàn)的功能如圖2所示。

圖2　保護與智能管理單元之間實現(xiàn)的功能

裝置與智能管理單元通信互操作性圍繞上述功能實現(xiàn)，就地化作為全新的二次設備實施方案，發(fā)展前景廣闊。但目前仍處于起步階段，測試手段并不成熟。裝置與智能管理單元的通信依照IEC61850標準建模，裝置通信報文與就地化相關標準的一致性是實現(xiàn)互操作的基礎，功能的正確性、可靠性需要設計全面的測試用例進行考核。

2　裝置與智能管理單元互操作性測試用例設計

裝置按國網(wǎng)標準進行菜單建模，與智能管理單元通信LD實例名為“MGR”，通信報文為MMS報文。本部分用例圍繞裝置與智能管理單元之間實現(xiàn)的功能進行設計。

2.1　遠程界面建模及測試用例設計

遠程界面需要實現(xiàn)由IEC61850報告服務、讀服務、寫服務、控制服務、文件服務等實現(xiàn)。遠程界面功能建模及服務如圖3所示。遠程界面通信服務測試項目如表4所示。

圖3　遠程界面功能建模及服務

2.2　不停電傳動測試、開出傳動用例設計

不停電傳動是指在線路不停電的情況下進行傳動試驗。在高仿真條件下對保護設備及其二次回路進行檢測，能夠減少停電時間與次數(shù)，提高供電可靠性。

表4　遠程界面通信服務測試項目

對于智能管理單元，不停電傳動前，需確認重合閘是否充電滿，需要確認兩次跳閘試驗的時間間隔必須大于1 min，否則無法操作。

對保護裝置，跳閘開出傳動脈寬滿足50 ms～90 ms。不停電傳動跳令收回后，裝置應能自動重合閘。以線路保護為例，不停電傳動邏輯如圖4所示。不停電傳動測試用例如表5所示。

圖4　不停電傳動邏輯圖

2.3　一鍵備份及下裝

一鍵備份和一鍵下裝通過文件服務實現(xiàn)，保護投運時根據(jù)需要可進行一鍵備份，裝置提供用于備份的文件清單，包含本裝置的固件和需要備份的配置文件，固件用于恢復時校對裝置，配置文件旨在備份時指定備份文件范圍以及在恢復時把文件恢復到相應的位置。

在設備維護或整體更換時，將存儲在智能管理單元中的備份文件一鍵式下裝到裝置，裝置校對備份文件中固件CRC碼等與裝置完全匹配，將文件放在指定的位置并重啟裝置以使配置生效，否則不恢復配置。一鍵備份及下裝建模及邏輯如圖5所示，一鍵備份及下裝測試用例如表6所示。

表5　不停電傳動測試項目

圖5　一鍵備份及下裝建模及邏輯

2.4　通信對點

通信對點數(shù)據(jù)集應為dsMgrVirtual，該數(shù)據(jù)集只有一個點，建模為SP，類型為STG。智能管理單元“通信對點”界面應根據(jù)保護模型自動列出可對點的所有點的列表。通信對點用例如表7所示。

表6　一鍵備份及下裝測試項目

表7　通信對點測試項目

2.5　保護設備狀態(tài)監(jiān)測、故障信息管理

保護裝置需要將保護動作、告警信息、狀態(tài)變位等實時上送智能管理單元，管理單元對收集到的數(shù)據(jù)進行過濾、分類、存儲等，從而實時監(jiān)視及分析網(wǎng)絡通信狀態(tài)。

保護裝置應將錄波文件以MMS文件服務方式上送智能管理單元，以實現(xiàn)智能管理對錄波的顯示、分析、打印。

3　結(jié)束語

本文系統(tǒng)研究了智能變電站就地化保護裝置互操作性，重點研究并提出了就地化保護裝置與智能管理單元的通信互操作性測試用例設計，此測試用例已實際應用于就地化保護的研發(fā)測試，經(jīng)過測試的就地化保護裝置互操作性通過了中國電科院的試驗，且已成功掛網(wǎng)試運行。本文對互操作性的測試研究及方法分析對就地化保護的調(diào)試、運維環(huán)節(jié)具有一定的參考意義。隨著就地化保護的應用推廣，互操作性的測試研究也有待進一步深入。

參考文獻：

[1] 裘愉濤，王德林，胡晨，等. 無防護安裝就地化保護應用與實踐[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2016，44(22)：1-5.

[2] 周小波，汪思滿，吳正學，等. 環(huán)網(wǎng)分布式母線保護裝置就地化實現(xiàn)探討[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43(6)：104-108.

[3] 劉宏君，裘愉濤，徐成斌，等. 一種新的智能變電站繼電保護架構(gòu)[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2015，31(3)：49-51，61.

[4] Q/GDW1396-2012 IEC 61850繼電保護工程應用模型[S].北京：國家電網(wǎng)公司，2012.

[5] 吳棟萁，方芳，李鵬，等. 面向IEC61850服務器一致性閉環(huán)測試系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)(二)Ed2.0和國內(nèi)擴展應用[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2016，40(24)：157-163.

[6] 馮學敏. 智能變電站就地化保護配置方案研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，6(32)：48-49.

[7] Q/GDW1161-2014線路保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范[S].北京：國家電網(wǎng)公司，2014.

[8] 劉穎. 智能變電站全壽命周期“即插即用”技術(shù)體系的研究與應用[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43(22)：23-28.

[9] 李巖軍，艾淑云，王興國，等. 繼電保護就地化及測試研究[J]. 智能電網(wǎng)，2014，2(3)：16-21.