移動便攜終端在智能變電站二次系統集成測試中的應用

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模推廣，智能二次裝置整體技術日益成熟，對于裝置本體功能及性能的測試已經不再是智能站投運和日常運行與維護的工作重點。現階段智能站二次系統的集成測試涉及環節多、周期長，缺乏行之有效的調測手段，工程建設和運維檢修的效率不高。本文歸納總結了針對智能站、滿足IEC61850標準的二次系統集成測試的主要內容和技術特點，并結合一種新型的智能移動終端調測設備的研究成果，重點對調試過程中出現的關鍵性問題進行了探討。

【關鍵詞】智能變電站 IEC61850 二次系統集成測試 智能移動便攜式調測終端

目前，智能化與集成化是變電站建設的引領新趨勢。要實現智能變電站數字化、網絡化和標準化，需要依托信息自動采集、測量、計量及監測等基礎功能，并依據IEC61850 SCD模型完成二次智能設備（IED）系統的建設與配置。針對日益增加的智能變電站，結合其IEC61850的標準化特點、探索針對二次系統的集成調試的主要內容和方法，成為改進當前運檢工作的重中之重。對其中所包含的關鍵性技術手段及其實用化的實現，能夠縮短變電站建設時間、提高全站系統的運行可靠性，為提高智能站工程建設效率提供支撐。

1 智能變電站及二次系統特征

隨著社會的進步和發展，保持電力系統穩定性、安全性和可靠性逐漸成為人們關注的問題。電力企業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則需要依托計算機網絡技術和通訊技術的支持。智能變電站二次系統能夠實現信息交互、共享和自反饋，具有以下幾個特征：

1.1 自動控制，高度集成

二次系統結構具有完整性，可通過無縫連接技術，實現控制中心和變電站的信息聯通。同時，全數字采集能夠保證數據不出現重大遺漏，最大限度上減少了系統維護工作強度。

1.2 在線反饋，協同保護

所有數據均能夠實現電子化收集，使得二次系統通過全面整合而實現性能上的優化。同時，通過對數據的在線監測，可將變電站運行狀態、實時信息反饋出來，實現同步決策。

智能變電站二次系統使用IEC61850為主要信息交換標準。其基本框架包括三個部分：“過程層”、“間隔層”和“站控層”。過程層主要任務是針對一次設備相關功能的就地化完成。該層主要有互感器、智能終端與合并單元等，實現一次設備電氣信號的數字化、實時監控一次設備的運行狀態、和對上層下發來的命令的執行實現控制。間隔層主要包括監測、保護、計量等二次智能裝置（IED）來實現站內核心業務。站控層主要提供全站運維的統一人機界面、并對間隔層和過程層中設備進行管理，全方位對全站實行監控，以及與遠動監控中心實現通信功能等。

智能站二次系統以高速以太網構建出全站的通信網架，通信規約遵循IEC61850相關標準。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、數據集模型和相關配置，都定義在IEC61850所嚴格規范化的SCD模型文件中。站控層與間隔層之間的數據交換接口可以傳輸IEC61850中規范的MMS和GOOSE報文。在間隔層的設備之間以及與過程層設備間的數據通信，是以IEC61850中定義的GOOSE和SV報文來實現的。

2 智能變電站二次設備系統集成測試方法

智能變電站的調試以變電站功能為主線，側重于系統集成層面的設備配置校驗、組態配置校驗和核心功能應用的實現。現階段，智能變電站二次系統調試的標準流程是：

組態配置 –> 系統測試 -> 系統動模 -> 現場調試 ->投運試驗 ->定期運維檢測

與傳統變電站的二次系統調測過程比，二次系統的集成測試是智能站的特定和非常重要的環節。集成測試是指在二次設備單體測試完成之后，將所有的智能裝置（IED）或應用功能模塊按照設計要求組裝成整體系統后，測試各個分部工作或系統總體聯動工作是否達到相應的設計技術指標或系統功能是否工作正常。

智能站二次系統的集成測試，一般公認的主要內容有：

（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）二次系統裝置互聯互通試驗；

（3）合并單元同步性能和延時測試；

（4）時鐘同步系統測試；

（5）智能終端延時測試；

（6）站控層監控系統試驗；

（7）相關高級應用功能方案測試；

（8）三層網絡性能測試。

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全站的配置文件SCD進行規范化的管控與校驗，且整個過程缺乏直觀的檢測與分析手段，制約了變電站設計、施工、調試、維護及系統擴建的有序進行。這種現狀導致了變電站運行環境更加復雜，因此需要依托可視化系統配置工具在集成測試階段加以解決，為二次系統維護提供便利條件。除此以外，智能站二次系統集成調測在現階段的一些技術難點有：

2.1 變電站的仿真調測

綜合多個仿真測試實例，觀察相關IED之間的響應，從而快速對定位對IED之間的通訊問題和配合問題進行協調和定位，并對校驗裝置內部依存關系和邏輯性關系進行輔助測試。利用一次系統數字仿真強大的功能，對一次系統典型異常行為進行全面仿真模擬，進而實現智能變電站整體業務的完整性檢驗。

2.2 電信號采樣量（SMV）回路聯調試驗

在智能變電站正常工況運行二次設備系統，檢測合并單元、保護裝置、測控裝置的準確性，針對跨間隔保護及MU，需要對其性能和運行狀況進行同步檢查。

2.3 開關量（GOOSE）聯調試驗

開關量聯調試驗主要是對智能終端示值、系統響應性進行檢查，同時也應做好間隔層設備與智能終端互操作性測試，如保護和測控功能等。并為間隔層設備間閉鎖、啟動失靈等信號進行互通性檢查。

2.4 間隔層設備、監控系統聯調試驗

其中間隔層設備聯調試驗主要目的是為了對間隔層設備進行檢查，包括間閉鎖、啟動失靈以及信號互通性檢查，而監控系統聯調試驗則是對間隔層設備系統與監控系統之間的信號互通正確性進行檢驗。

2.5 遠動通信系統檢查

利用調度主站向外發送系統運行規則和要求，應符合設備系統實際運行情況，使其具備遙信量、遙測量、報文量等聯通功能，并將其清晰顯示出來。同時，可利用設備操作相關面板對設備系統進行實時性監測和遙控。

2.6 綜合聯動調測

將SCD中配置模型所傳達的靜態信息和站內實時IEC61850報文事件進行結合，實現對全站各個IED對外信息交互接口的快速檢查，從中發現潛在問題。針對具有典型特征的變電站業務流程，例如保護、遙控過程等，實施實時監控，進而對整體業務流程進行檢驗。同時，能夠對智能變電站關鍵性事件開展關聯系分析，例如跳閘事件，因此能夠快速尋找到導致不良事件發生的根本性原因，并采取具有針對性的處理技術進行在線判斷。

一個針對智能站二次系統的集成測試平臺的功能性結構與核心組件如圖1所示。

3 一種新型的智能移動調測終端在智能站二次系統集成調測中的應用

文獻[4]中提出，應該基于物聯網和移動互聯網技術推動智能站運維技術的創新和模式變革，構建以信息化裝置、自動化巡視、智能化檢修和不停電檢驗為特征的智能運維檢修體系。基于移動便攜終端對繼電保護和其它二次設備進行精益化的開發和調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備，較好的支持了上述的一些智能站二次系統的核心集成調測任務，又增加了系統測試的靈活性和便利性，其技術方向十分符合[4][5]中提及的新發展模式。

該設備將廣泛應用于移動互聯網領域的基于ARM微處理器和安卓（Android 5.11）操作系統的大屏平板技術和具有實時處理智能站通信報文的嵌入式FPGA技術相結合，構建出了一款符合國家電網站內調測類設備規范的專用移動測試終端。其基本參數特點為：

（1）具有8寸適合于室內外作業的觸屏；

（2）采用實時優化的安卓操作系統；

（3）具有多種可與智能站通信系統和設備的直連接口，滿足各種站內調測數據交互的要求；

（4）具備高工業級防護等級、符合國網關于站內調測類設備的硬件指標；

（5）配置了高續航能力的工業電池；

（6）裝載了可涵蓋站內二次設備運維調測功能的多款APP。如圖2所示。

采用它，我們進行了一些新模式下的調測工作，實用效果良好。

（1）通過它從后臺SCD管控系統中自動下載針對某個變電站的SCD文件和關聯的配置信息。在站內工作時，可以便利地高可視化展示和分析站內的網絡連接信息、IED間的虛連接和虛端子信息、虛擬保護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IEC61850 SV、GOOSE和MMS等多種報文，結合SCD靜態配置信息，可以完成上述的多種二次系統集成測試與分析。

（3）通過它的狀態序列模擬仿真功能，可以針對多種二次設備（保護與測控IED、MU和智能終端等）進行跨設備的聯動功能調測。如圖3所示。

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

4 結束語

智能變電站是國家電網公司電網建設的重點內容，是我國發展智能化電網競爭能力的外在體現，其整個項目建設過程與二次設備系統總目標聯系密切。因此，研究智能變電站二次系統集成調試，并尋找簡單、高效調試方法具有現實意義。通過以上分析，認為在對智能變電站開展二次系統集成調試時，應嚴格遵守行業標準，立足于全局，實現統籌規劃，促進測試流程趨于科學化和合理化，保證設備集成的穩定性和可靠性。本文主要對智能變電站二次系統集成調試流程、方法進行分析，介紹了一種新型的智能移動調測裝置，應用它提高站內二次設備運行維護人員的信息化單兵裝備和移動化檢驗測試的水平，提高現場智能化系統集成調測的能力。

參考文獻

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

[2]朱詩卉.智能變電站二次系統優化設計及研究[J].三峽大學學報，2014，21（14）.

[3]王振華.智能變電站嵌入式一體化平臺的設計[J].山東大學學報，2013，11（31）.

[4]國家電網繼電保護處[Z].繼電保護專業發展方向新思考，2016（04）.

[5]國家電網調度中心[Z].調繼[2016]59號2016年繼電保護專業重點工作的通知，2016（05）.

作者簡介

李曉峰，男，湖北省天門市人。碩士學位。現為國網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自動化、故障診斷技術。

張煥青，男，湖北省武漢市人。大學本科學歷。現為國網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繼電保護及自動化技術。

江淵，男，湖北省十堰市人。大學本科學歷。現為國網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繼電保護及自動化技術。

張園園（1979-），男。現為網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行與維護。

作者單位

國網湖北省電力公司檢修公司 湖北省武漢市 430050