繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的自動(dòng)測(cè)試方案研究

雷 興，竺清濤，徐 楠，董志赟，石旭剛，潘會(huì)亮

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 201204；2. 武漢市豪邁電力自動(dòng)化技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢 430074)

繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的自動(dòng)測(cè)試方案研究

雷 興1，竺清濤1，徐 楠1，董志赟1，石旭剛2，潘會(huì)亮2

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 201204；2. 武漢市豪邁電力自動(dòng)化技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢 430074)

針對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試儀人工檢測(cè)的不足，提出了對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀的改進(jìn)方案。設(shè)計(jì)了一種多端保護(hù)全通道接線盒，開發(fā)了保護(hù)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成程序，根據(jù)典型保護(hù)的曲線自動(dòng)生成測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)；基于狀態(tài)序列接口設(shè)計(jì)了測(cè)試項(xiàng)目的選擇界面，實(shí)現(xiàn)測(cè)試內(nèi)容的定制和順序控制；按照規(guī)定模板，自動(dòng)生成保護(hù)測(cè)試報(bào)告。方案除了少數(shù)選擇工作需要人工參與外，其余均為自動(dòng)生成和自動(dòng)控制，提升了工作效率和工作的安全性，降低了工作強(qiáng)度。

繼電保護(hù)測(cè)試儀；多端保護(hù)全通道；順序控制；測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)；測(cè)試文件

OMICRON公司、北京博電、武漢豪邁、廣州昂立、成都天進(jìn)等主流廠家的繼電保護(hù)測(cè)試儀，從功能上來說，都能滿足繼電保護(hù)的試驗(yàn)要求[1-2]。進(jìn)口的繼電保護(hù)測(cè)試儀功能豐富、使用年限長(zhǎng)，但價(jià)格昂貴，僅適合在科研單位少量使用。國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀經(jīng)過多年的不斷更新?lián)Q代，大電流功率放大電路[3]和高電壓功率放大電路[4]的成功研制，其帶載能力、精度[5-6]、自我保護(hù)、工作穩(wěn)定性[7]及可靠性等方面都大幅提升，大大提高了繼電保護(hù)裝置的測(cè)試水平。

測(cè)試儀軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)思路，提供了常用測(cè)試的專用測(cè)試模塊，例如電流、頻率、距離等測(cè)試模塊。豐富的測(cè)試模塊滿足了各種試驗(yàn)內(nèi)容對(duì)測(cè)試界面的所有要求，但不同試驗(yàn)工作之間需要手動(dòng)頻繁切換測(cè)試窗口，缺乏試驗(yàn)人員定制特定測(cè)試方案的功能[8]，例如線路保護(hù)、主變保護(hù)等。試驗(yàn)報(bào)告或是自動(dòng)生成固定格式，或是將試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL等編輯軟件[9]，都需要試驗(yàn)人員再做后期處理。

文獻(xiàn)[10]提出了一種對(duì)光數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試儀自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案，但由于部分廠家測(cè)試儀通信接口不開放，通用性存在一定問題。本文根據(jù)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的生產(chǎn)實(shí)際需求，研制了適應(yīng)狀態(tài)檢修的常規(guī)繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)測(cè)試方案采用分布式體系和模塊化[11]設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的電氣聯(lián)系或無線網(wǎng)絡(luò)通信，可完成裝置全閉環(huán)的自動(dòng)測(cè)試。方案采用開放式結(jié)構(gòu)，方便與不同測(cè)試儀的接口連接，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)連接圖如圖1所示。圖1中，實(shí)線為試驗(yàn)線，虛線為信息流，箭頭代表方向。

圖1 系統(tǒng)連接圖

自動(dòng)測(cè)試方案由3個(gè)模塊組成：接線盒、測(cè)試儀和手持終端。相對(duì)原有系統(tǒng)，主要增加了手持式操作平臺(tái)(平板或手機(jī)等)、6通道轉(zhuǎn)9通道的接線盒。通過軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)測(cè)試項(xiàng)目的自由定制、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成、試驗(yàn)過程的順序控制、測(cè)試文件的重復(fù)利用、試驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成、測(cè)試結(jié)果的評(píng)估分析六個(gè)功能。自動(dòng)測(cè)試程序的流程圖如圖2所示。

手持終端分別與接線盒、測(cè)試儀進(jìn)行無線通信，三者之間的信息內(nèi)容及流向如圖3所示。

圖2 自動(dòng)測(cè)試流程圖

圖3 無線通信內(nèi)容及流向

2 自動(dòng)輸入

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成

保護(hù)校驗(yàn)時(shí)用的測(cè)試數(shù)據(jù)可以根據(jù)整定書和被校驗(yàn)保護(hù)的原理通過移動(dòng)終端APP自動(dòng)計(jì)算出，或從已有測(cè)試文件導(dǎo)入。

遙測(cè)量的計(jì)算、帶負(fù)荷計(jì)算和交錯(cuò)試驗(yàn)等數(shù)據(jù)可通過移動(dòng)終端APP自動(dòng)計(jì)算，并通過相量圖更形象化地展示出來，便于直接判斷。

2.2 多端保護(hù)全通道接線

在測(cè)試過程中，被檢設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)表之間需要通過硬接線進(jìn)行連接組成回路，不同的檢測(cè)項(xiàng)目之間需要更改接線方式，不僅耗時(shí)而且現(xiàn)場(chǎng)容易誤接線，例如測(cè)試儀的電壓回路短路或電流回路開路。盡管測(cè)試儀的自我保護(hù)動(dòng)作會(huì)終止輸出并報(bào)警，也不會(huì)立即損壞測(cè)試儀，但還是會(huì)對(duì)測(cè)試儀造成較大的沖擊，多次沖擊后可能會(huì)影響測(cè)試儀的輸出精度(特別是暫態(tài)過程)。

常規(guī)測(cè)試儀僅有6通道的電流或電壓輸出通道，對(duì)于主變或母差等多端保護(hù)時(shí)，若采用全通道接線，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)6通道轉(zhuǎn)9通道的接線盒。該接線盒可根據(jù)測(cè)試內(nèi)容自動(dòng)切換輸出通道，接線盒外部連接機(jī)理圖見圖4。圖4中詳細(xì)描述了轉(zhuǎn)接盒與保護(hù)裝置之間電流的連接，兩者的電壓連接、轉(zhuǎn)接盒與測(cè)試儀的電流電壓連接都用虛線示意表示。

圖4 接線盒外部連接機(jī)理圖

接線盒內(nèi)部繼電器切換原理簡(jiǎn)圖見圖5。

圖5 內(nèi)部繼電器切換原理簡(jiǎn)圖

當(dāng)測(cè)試高對(duì)低的差動(dòng)保護(hù)時(shí)，需要采用同時(shí)接通高壓側(cè)和低壓側(cè)電流回路，即接通X-1，Y-4，Z-5，如圖6(a)所示；當(dāng)測(cè)試中對(duì)低的差動(dòng)保護(hù)時(shí)，需要采用同時(shí)接通中壓側(cè)和低壓側(cè)電流回路，即接通X-2，Y-4，Z-5，如圖6(b)所示；當(dāng)測(cè)試高對(duì)中的差動(dòng)保護(hù)時(shí)，需要采用同時(shí)接通高壓側(cè)和中壓側(cè)電流回路，即接通X-1，Y-3，Z-6，見圖6(c)。

圖6 2路模擬量在高中低任意切換

3 自動(dòng)測(cè)試

3.1 測(cè)試項(xiàng)目的自由定制

軟件開發(fā)和使用的工作量隨著模塊數(shù)量的增加而降低，到達(dá)一定程度后則會(huì)隨著模塊數(shù)量的增加而增加。采用高內(nèi)聚低耦合的劃分原則，使模塊數(shù)在最低開發(fā)或使用成本的附近。相對(duì)于以前采用的13個(gè)模塊，通過需求和功能的關(guān)聯(lián)度分析，合并為7個(gè)模塊。

通過使用State模式、Strategy模式和Singleton模式聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)策略[12]在架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚、松耦合，保證了軟件的靈活性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性。測(cè)試項(xiàng)目根據(jù)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修檢驗(yàn)規(guī)程[13]進(jìn)行定制，必選項(xiàng)目默認(rèn)，可選項(xiàng)目參考以往檢驗(yàn)報(bào)告的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。

3.2 測(cè)試項(xiàng)目順序控制

繼電保護(hù)的順序控制包含了各項(xiàng)目之間的順序執(zhí)行、某一項(xiàng)目?jī)?nèi)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的順序執(zhí)行，如圖7所示。

圖7 順序控制流程圖

圖8 繼電保護(hù)順序校驗(yàn)

一鍵式順序校驗(yàn)如圖8所示。開始一鍵自動(dòng)校驗(yàn)后，各測(cè)試項(xiàng)目之間順序執(zhí)行，項(xiàng)目?jī)?nèi)部按照不動(dòng)作、動(dòng)作分別進(jìn)行測(cè)試。激勵(lì)量緩慢施加和突然施加、單激勵(lì)量測(cè)試和多激勵(lì)量測(cè)試均按最新試驗(yàn)方法[14]進(jìn)行選擇。不合格項(xiàng)目在全部測(cè)試完成，可單獨(dú)再次進(jìn)行測(cè)試。

3.3 生成測(cè)試文件

按照現(xiàn)有規(guī)程A類檢修新裝檢測(cè)后，1年后還有首檢工作及后期的不定期檢驗(yàn)。對(duì)于測(cè)試內(nèi)容生成試驗(yàn)文件，保存后重復(fù)使用，以后試驗(yàn)時(shí)只需調(diào)入文件或簡(jiǎn)單修改文件，執(zhí)行測(cè)試即可完成相應(yīng)試驗(yàn)。

B類檢修或C類檢修均可在A類檢修測(cè)試文件上簡(jiǎn)單修改即可完成。

4 自動(dòng)輸出

4.1 測(cè)試報(bào)告自動(dòng)生成

根據(jù)不同的要求(A類檢修、B類檢修、C類檢修)對(duì)試驗(yàn)報(bào)告格式模板進(jìn)行選擇，按照選定的模板來生成規(guī)定格式的試驗(yàn)報(bào)告，可省去記錄試驗(yàn)結(jié)果和編寫電子報(bào)告等工作。報(bào)告內(nèi)容不允許修改，對(duì)于特殊情況不滿足測(cè)試要求的，可手動(dòng)修改，但必須經(jīng)管理人員簽字核實(shí)后才生效，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的完全真實(shí)性，為繼電保護(hù)狀態(tài)檢修提供客觀的數(shù)據(jù)采集。

4.2 評(píng)估分析

手動(dòng)測(cè)試存在操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理的方法不一致等問題，檢測(cè)結(jié)果會(huì)存在一定誤差，影響了繼電保護(hù)的狀態(tài)評(píng)估分析。而采用自動(dòng)測(cè)試得出的結(jié)果，不受測(cè)試人員技能、理論水平等人為因素的影響，能為繼電保護(hù)的狀態(tài)評(píng)價(jià)提供了客觀真實(shí)的數(shù)據(jù)。

狀態(tài)評(píng)估不僅要分析單臺(tái)保護(hù)的測(cè)試結(jié)果，更要綜合分析同類型、同批次保護(hù)的測(cè)試結(jié)果。基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法(例如過程能力分析)，辨析出影響繼電保護(hù)的不安全因素，可提前采取措施解決。

5 結(jié)語

本方案實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)功能的自定義，根據(jù)基本的測(cè)試模塊來組成需要的測(cè)試功能，產(chǎn)生典型的自動(dòng)測(cè)試案例，完成了測(cè)試工作的順序控制。在雙重化保護(hù)測(cè)試工作中，可實(shí)行并行測(cè)試來減少測(cè)試時(shí)間。

測(cè)試儀是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工具，需要經(jīng)常搬動(dòng)，因此需要攜帶方便，測(cè)試儀的輕量化和小型化是今后需要重點(diǎn)解決的問題，需要開發(fā)新的發(fā)生器芯片和開關(guān)電源技術(shù)。由于不同調(diào)度下發(fā)的整定書格式不同，難以自動(dòng)讀取整定書自動(dòng)生成測(cè)試數(shù)據(jù)，后期需要進(jìn)一步和上級(jí)溝通，就整定書格式進(jìn)行統(tǒng)一，便于測(cè)試儀自動(dòng)讀取。

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AutomaticTestSchemeforRelayProtectionConditionMaintenance

LEI Xing1, ZU Qingtao1, XU Nan1, DONG Zhiyun1, SHI Xugang2, PAN Huiliang2

(1. Maintenance Company of Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 201204, China; 2. Wuhan Haomai Electric Power Automation Co., Ltd., Wuhan 430074, China)

Considering the defects of the manual detection of relay protection tester, this paper proposes the improvement scheme of the traditional relay protection tester. A multi-ended all-channel junction box was designed; the automatic generation program for test data protection was developed; the test point data was automatically generated according to the curve of typical protection. The selection interface of test project was designed based on the state sequence interface, achieving the customization and sequence control of the test content. The protection test report was automatically generated according to the specified template. Except for only a small amount of selection work requiring manual participation, the scheme is automatically generated and controlled, which improves the work efficiency and safety and reduces the working intensity.

relay protection tester; multi-ended protection full channel; sequential control; test point data; test file

10.11973/dlyny201705009

雷 興(1980—)，男，博士，從事電力企業(yè)繼電保護(hù)自動(dòng)化檢修工作。

TM76；TM63；TM77

A

2095-1256(2017)05-0528-05

2017-05-26

(本文編輯：趙艷粉)