基于測(cè)試信息輔助分析的數(shù)字化繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試方案研究

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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)甘孜供電公司，四川 康定 626000)

基于測(cè)試信息輔助分析的數(shù)字化繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試方案研究

韓睿1，余興祥2，劉明忠1，姜振超1，王平1，鄭永康1

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)甘孜供電公司，四川 康定 626000)

為提高數(shù)字式繼電保護(hù)測(cè)試效率，基于對(duì)測(cè)試信息進(jìn)行分析診斷，提出一種數(shù)字化繼電保護(hù)自動(dòng)化測(cè)試方案。該方案可對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行全面性測(cè)試，并考慮測(cè)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的異常情況。通過(guò)MMS服務(wù)實(shí)時(shí)讀取測(cè)試信息并修改保護(hù)定值、壓板、控制字，對(duì)SV、GOOSE、裝置自檢、告警、保護(hù)動(dòng)作、裝置狀態(tài)等測(cè)試信息充分利用，輔助測(cè)試人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少處理問(wèn)題的時(shí)間，提高測(cè)試效率。智能變電站采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)以及繼電保護(hù)信息規(guī)范統(tǒng)一，使得該方案適用于不同廠家的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置。通過(guò)對(duì)數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試中常見(jiàn)告警的分析，表明該方案可有效輔助測(cè)試人員處理測(cè)試過(guò)程中遇到的異常情況。

自動(dòng)測(cè)試方案；繼電保護(hù)；智能變電站；IEC 61850

0 引 言

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的任務(wù)是保證電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行[1-2]。因此，繼電保護(hù)裝置的檢測(cè)是非常重要的[3]。

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，將大量開(kāi)展智能變電站新建、改造、檢修工作，數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的檢測(cè)任務(wù)也越來(lái)越多。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置主要依靠人工測(cè)試，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，測(cè)試效率受多方面因素影響[4]。自動(dòng)測(cè)試是一種高效的測(cè)試技術(shù)，可以極大地提高繼電保護(hù)裝置測(cè)試效率。因此，研究人員開(kāi)展了繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試技術(shù)方面的研究[5-12]。

但是，現(xiàn)有的繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試技術(shù)未考慮測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的異常情況，當(dāng)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不能及時(shí)返回錯(cuò)誤信息，仍舊依靠測(cè)試人員排查問(wèn)題，測(cè)試效率受到影響。

下面提出一種數(shù)字化繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試方案，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行全面性的測(cè)試。該方案考慮了測(cè)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況，充分利用了MMS服務(wù)及站控層信息。通過(guò)MMS服務(wù)可修改定值、控制字，投退軟壓板，實(shí)時(shí)讀取裝置參數(shù)、SV、GOOSE、告警等信息，進(jìn)行自動(dòng)分析診斷，輔助測(cè)試人員排查、解決問(wèn)題。智能變電站采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，且繼電保護(hù)信息逐漸規(guī)范統(tǒng)一，使得該自動(dòng)測(cè)試方案可適用于不同廠家的保護(hù)裝置。

1 常用測(cè)試方案

目前，數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的測(cè)試是由測(cè)試人員操作數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試儀完成，其測(cè)試流程如圖1所示。

圖1 測(cè)試流程

如圖1所示，測(cè)試流程包含虛端子連線檢查、壓板功能檢查、交流量精度檢查、保護(hù)定值校驗(yàn)[13-14]。測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試人員手動(dòng)配置測(cè)試儀，設(shè)置保護(hù)裝置定值、控制字及壓板，且不同測(cè)試項(xiàng)目均需重新操作，測(cè)試效率不高[15]。

2 典型自動(dòng)測(cè)試流程

典型的自動(dòng)測(cè)試流程如圖2所示[16]。

圖2 自動(dòng)測(cè)試流程

圖2所示的典型測(cè)試流程對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行流程化測(cè)試，僅顯示試驗(yàn)結(jié)果，未對(duì)測(cè)試流程中出現(xiàn)的異常情況及時(shí)進(jìn)行分析。若試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求，需要靠人工尋找問(wèn)題，然后重新測(cè)試，測(cè)試效率依舊未得到改善。

3 自動(dòng)測(cè)試方案

3.1 測(cè)試信息

所提出的自動(dòng)測(cè)試方案通過(guò)對(duì)SV、GOOSE、保護(hù)動(dòng)作、告警、裝置狀態(tài)等信息進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行自動(dòng)分析診斷。測(cè)試方案所利用的測(cè)試信息具體如下：

1)SV。

2)GOOSE輸出報(bào)文、GOOSE輸入報(bào)文。

3)保護(hù)動(dòng)作信息：保護(hù)動(dòng)作類(lèi)型、保護(hù)動(dòng)作相別、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、保護(hù)動(dòng)作定值。

4)告警信息：裝置自檢、鏈路告警、保護(hù)告警。

5)裝置狀態(tài)信息：光口光功率、裝置溫度。

3.2 測(cè)試方案

所提出的自動(dòng)測(cè)試方案共包含6個(gè)部分：1)告警分析；2)模型初步檢查；3)SV精度、SV接收軟壓板及虛端子連線檢查；4)GOOSE接收虛端子連線檢查；5)GOOSE輸出虛端子連線及其與軟壓板的邏輯關(guān)系檢查；6)保護(hù)定值、控制字、軟壓板檢查。

在測(cè)試開(kāi)始之前，將SCD導(dǎo)入客戶端，完成客戶端配置，并建立與保護(hù)裝置的MMS通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)讀取裝置信息，并可投退軟壓板，修改定值、控制字[5]。

1)在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)MMS服務(wù)實(shí)時(shí)讀取裝置自檢、鏈路告警、保護(hù)告警信息、裝置狀態(tài)信息，及時(shí)提供告警信息及其含義、處理建議，告警信息示例如表1所示。

表1 告警信息示例

2)召喚裝置參數(shù)、定值、遙測(cè)、遙信、壓板，與SCD文件中的配置進(jìn)行總個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)引用、描述、最大值、最小值等比較，可實(shí)現(xiàn)初步模型檢查。

3)進(jìn)行SV虛端子、SV接收軟壓板和采樣值精度檢查，檢查過(guò)程如圖3所示。

圖3 第3部分測(cè)試

首先，給裝置加入電壓、電流，且電壓、電流各相數(shù)值均不相同，通過(guò)客戶端取得保護(hù)裝置顯示的電壓、電流值。然后，將客戶端從保護(hù)裝置取得的采樣值與所加入的采樣值進(jìn)行對(duì)比分析：若各相電壓、電流精度滿足要求，則進(jìn)行軟壓板功能測(cè)試；否則，將進(jìn)一步判斷分析，通過(guò)采樣值比對(duì)、軟壓板功能測(cè)試，判斷是否存在虛端子連線錯(cuò)誤、軟壓板是否起作用或其他。

4)進(jìn)行GOOSE接收虛端子檢查。GOOSE接收虛端子通常為斷路器位置、啟失靈、閉鎖重合閘等，將逐一進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程如圖4所示。

首先，給裝置發(fā)送GOOSE信息，通過(guò)客戶端取得裝置的GOOSE信息；然后，將從裝置返回到客戶端的GOOSE信息與所發(fā)送的GOOSE信息進(jìn)行對(duì)比分析，判斷是否存在虛端子連線錯(cuò)誤或其他。

圖4 第4部分測(cè)試

5)進(jìn)行GOOSE輸出虛端子、GOOSE輸出軟壓板功能檢查，檢查過(guò)程如圖5所示。

圖5 第5部分測(cè)試

首先，投入GOOSE輸出軟壓板，通過(guò)保護(hù)裝置輸出GOOSE信息，由客戶端獲取該信息；然后，將客戶端獲取的GOOSE信息與保護(hù)裝置所輸出的GOOSE信息進(jìn)行對(duì)比分析，判斷虛端子連線是否有誤、軟壓板是否起作用或其他。每個(gè)GOOSE輸出虛端子分別由相應(yīng)的GOOSE輸出軟壓板控制其輸出，每個(gè)GOOSE虛端子和相應(yīng)的GOOSE輸出軟壓板均按照上述測(cè)試進(jìn)行檢查。

圖6 第6部分測(cè)試

6)進(jìn)行保護(hù)功能檢查。檢查內(nèi)容包括保護(hù)定值、保護(hù)控制字、保護(hù)功能軟壓板，檢查過(guò)程如圖6所示。

首先檢查保護(hù)功能軟壓板，然后檢查保護(hù)控制字，最后檢查保護(hù)定值。保護(hù)功能軟壓板、保護(hù)控制字的檢查過(guò)程與GOOSE接收軟壓板的檢查過(guò)程類(lèi)似，圖6中不再詳細(xì)描述。

4 自動(dòng)測(cè)試方案中的輔助分析

現(xiàn)有自動(dòng)測(cè)試方案未考慮測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的異常情況，若測(cè)試中遇到問(wèn)題，可能造成測(cè)試終止或測(cè)試結(jié)果無(wú)效，且仍舊依靠人工進(jìn)行故障排查，測(cè)試效率受到影響。

所提出的自動(dòng)測(cè)試方案考慮了虛端子連線有誤、軟壓板無(wú)效、光纖中斷引起的異常情況，在現(xiàn)有自動(dòng)測(cè)試方案中加入輔助分析功能，自動(dòng)對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并提供分析結(jié)果，輔助測(cè)試人員進(jìn)行故障排查。

測(cè)試方案各部分中的輔助分析如下：

1)第1部分中，通過(guò)MMS服務(wù)實(shí)時(shí)讀取裝置各類(lèi)告警信息，對(duì)其進(jìn)行分析，提供告警含義及處理建議。

2)第2部分中，通過(guò)將SCD導(dǎo)入客戶端，可進(jìn)行裝置配置與SCD文件中的配置的比較檢查，實(shí)現(xiàn)初步模型檢查。

3)第3部分中，考慮了SV虛端子連線有誤、軟壓板無(wú)效的情況，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。例如，圖7中合并單元電流B相、B相、C相虛端子分別連線保護(hù)裝置電流A相、B相、C相虛端子。

圖7 合并單元與保護(hù)裝置間虛連接

如圖8所示，通過(guò)測(cè)試儀給保護(hù)裝置發(fā)送A、B、C相電流，電流值分別為1 A、2 A、3 A，而保護(hù)裝置上實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)顯示A、B、C相電流分別為2 A、2 A、3 A。該情況下，可通過(guò)將客戶端獲取保護(hù)裝置的采樣值信息與原始信息進(jìn)行對(duì)比分析，判斷是由虛端子連線錯(cuò)誤引起。

圖8 保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)顯示

4)第4部分中，將發(fā)送給保護(hù)裝置的GOOSE信息與客戶端獲取保護(hù)裝置接收的GOOSE信息進(jìn)行對(duì)比，判斷GOOSE接收虛端子是否連線正確。

5)第5部分中，通過(guò)將保護(hù)裝置輸出的GOOSE信息與客戶端獲取的GOOSE信息對(duì)比，判斷GOOSE輸出虛端子連線是否正確、GOOSE輸出軟壓板是否有效。

6)第6部分中，通過(guò)對(duì)保護(hù)動(dòng)作類(lèi)型、保護(hù)動(dòng)作相別、保護(hù)動(dòng)作定值和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間等動(dòng)作信息進(jìn)行分析，判斷保護(hù)功能軟壓板、保護(hù)控制字和保護(hù)定值是否正常。

5 測(cè)試方案應(yīng)用分析

采用自動(dòng)測(cè)試儀對(duì)母聯(lián)保護(hù)裝置進(jìn)行兩次測(cè)試。第1次測(cè)試為正常測(cè)試；第2次測(cè)試過(guò)程中通過(guò)斷開(kāi)SV鏈路光纖模擬保護(hù)裝置SV鏈路斷鏈。

兩次測(cè)試的測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 測(cè)試結(jié)果

由圖9可知：第1次測(cè)試中，母聯(lián)保護(hù)充電過(guò)流Ⅰ段正常動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間符合要求；第2次測(cè)試中，斷開(kāi)SV鏈路光纖，母聯(lián)保護(hù)充電過(guò)流Ⅰ段不動(dòng)作，測(cè)試結(jié)果無(wú)效。

第2次測(cè)試中的告警信息如圖10所示。

圖10 告警信息

由圖10可知：第2次測(cè)試中，斷開(kāi)SV鏈路光纖，告警信息為SV采樣無(wú)效。

當(dāng)接收到該告警時(shí)，所提出的測(cè)試方案中的輔助分析將結(jié)合測(cè)試信息對(duì)告警進(jìn)行分析，具體為：

1)通過(guò)采樣無(wú)效初步判斷采樣鏈路異常；

2)對(duì)當(dāng)前保護(hù)裝置光口光功率進(jìn)行判斷，確定告警是由采樣接收鏈路斷鏈引起。

由此，通過(guò)對(duì)告警信息和光口光功率進(jìn)行分析判斷，確定了告警原因。

6 結(jié) 語(yǔ)

智能變電站基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)和繼電保護(hù)規(guī)范統(tǒng)一是所提測(cè)試方案實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。所提出的自動(dòng)測(cè)試方案可對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行全面性檢測(cè)，且包含自動(dòng)輔助分析功能。通過(guò)對(duì)測(cè)試過(guò)程中測(cè)試信息的充分利用，自動(dòng)查找問(wèn)題，幫助測(cè)試人員快速處理問(wèn)題，可提高繼電保護(hù)裝置測(cè)試效率。

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In order to improve the test efficiency of digital relay protection, an automatic test scheme of digital relay protection is proposed based on test information aided analysis. The proposed scheme can test protection device comprehensively, and consider abnormal situation that appears frequently during the test. Reading test information and modifying protection setting, plate and control character in real time can be realized by MMS service. Test information such as SV, GOOSE, device self-checking, warning, protection action, etc can be fully used to assist testers to identify and solve the problem timely, which improves the test efficiency. Smart substation applies IEC 61850 standard, and the relay protection information is standardized and unified, both of which makes the proposed scheme be applicable for digital relay protection devices from different manufacturers. The analysis of common warning in digital relay protection test shows that the proposed scheme can effectively assist testers to handle the abnormal situation encountered during the test.

automatic test scheme; relay protection; smart substation; IEC 61850

TM77

A

1003-6954(2017)06-0016-04

韓 睿(1986)，碩士、工程師，主要從事繼電保護(hù)、智能變電站二次技術(shù)等研究。

2017-07-24)