智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)研究和應(yīng)用分析框架

毛暉

（中國華電集團有限公司衢州烏溪江分公司，浙江 衢州 324000）

1 智能變電站自動測試系統(tǒng)構(gòu)建中的核心技術(shù)

1．1 計算機技術(shù)

在自動測試系統(tǒng)構(gòu)建過程中，計算機技術(shù)屬于重要的組成部分，這也是順利實現(xiàn)智能化操作的基礎(chǔ)條件。在自動測試系統(tǒng)工作期間，需要滿足自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等要求，所采集的信息包括子電路的運行參數(shù)，故障運行參數(shù)、常規(guī)運營數(shù)據(jù)等，利用搭建的系統(tǒng)來判斷參數(shù)的合規(guī)性，以便后續(xù)處理活動的順利展開。而數(shù)據(jù)采集過程、運算過程、傳輸過程都離不開計算機技術(shù)的輔助。

1．2 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

由于我國電力需求量高，電網(wǎng)系統(tǒng)龐大而復雜，因此單一的繼電保護裝置根本無法滿足對龐大電網(wǎng)系統(tǒng)的需要，所以需要采用更廣泛的網(wǎng)絡(luò)化智能技術(shù)，才能符合當前電力需求。網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護可以更加有效、快捷的計算、處理電力系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，及時找出故障，確定故障位置，明確故障原因，在處理龐大數(shù)據(jù)的同時各項不同運行數(shù)據(jù)不會受到影響，不會降低運行速度，使每一項運行都處在正常運行之中。通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合不斷完善繼電保護的計算機網(wǎng)絡(luò)化。

1．3 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)的理論依據(jù)有混沌控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。這些不同理論依據(jù)將被運用于智能變電站的各個部分。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是整個繼電保護系統(tǒng)中最重要的一個環(huán)節(jié)，它能收集到整個電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，然后進行分階段對比，最終分析得到一份關(guān)于整個電力系統(tǒng)的分析報告。同時智能化技術(shù)在應(yīng)用中，也具備了較強的靈活性，可以根據(jù)實際情況來對變電站運行情況進行動態(tài)管理，從而提高系統(tǒng)運行參數(shù)的合理性，滿足變電站安全運營要求。

1．4 故障模擬設(shè)計技術(shù)

在智能變電站自動測試系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)中，故障模擬設(shè)計技術(shù)也是經(jīng)常使用到的應(yīng)用技術(shù)，這也是確保系統(tǒng)可以安全運行的重要技術(shù)。其應(yīng)用原理在于，結(jié)合現(xiàn)有管理資料，搭建虛擬運行系統(tǒng)，采集系統(tǒng)應(yīng)用過程中的反饋信息，了解目前系統(tǒng)運行時是否存在應(yīng)用問題，及時對發(fā)現(xiàn)問題進行處理，確保系統(tǒng)運行安全性。在技術(shù)具體應(yīng)用中，第一，搭建穩(wěn)定可靠的模擬故障裝置，由于系統(tǒng)運行問題的出現(xiàn)，和多類因素相關(guān)，如環(huán)境因素、設(shè)備因素、人為因素等，因此所搭建的模擬故障裝置需具備較強的兼容性，可以對各類型故障進行展示。第二，在系統(tǒng)接口的設(shè)計中，需滿足IEC的相關(guān)標準，并且和保護裝置之間保持較強的兼容性，這樣也可以更好的完成信息傳達任務(wù)袋，提高數(shù)據(jù)整理結(jié)果的完整性。

2 繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)構(gòu)建要點

設(shè)計思路：結(jié)合目前已有的智能繼電保護測試儀器，以此為基礎(chǔ)來展開自動測試系統(tǒng)設(shè)計。考慮到系統(tǒng)工作過程的特殊性，也需要做好程序通信設(shè)計，搭建測試儀客戶端與自動測試系統(tǒng)之間的溝通體系，以確保系統(tǒng)可以維持正常運行的狀態(tài)，通過下達控制命令來得到相應(yīng)的測試結(jié)果，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)要求。在實際應(yīng)用中，會將IEC標準作為基礎(chǔ)條件，同時借助MMS通信協(xié)議來確保系統(tǒng)的順利通信，這樣也可以確保系統(tǒng)實現(xiàn)自動化運行，滿足相應(yīng)的使用要求，達到自動測試的基礎(chǔ)目的。下面對具體設(shè)計內(nèi)容進行論述，相關(guān)內(nèi)容如下。

2．1 接口層設(shè)計

在對接口層展開應(yīng)用設(shè)計時，需要確保接口本身具備較強的可拓展性和兼容性，這樣有利于變電站不同類型數(shù)據(jù)的順利接收，在更換不同類型設(shè)備時，也可以確保運營順利傳輸，提高自動測試系統(tǒng)運行過程的智能性和通用性。基于以往的設(shè)計經(jīng)驗，在實際設(shè)計中，所選擇的接口類型為COM接口，此類接口具備較強的兼容性，可以滿足自動測試控制中心的調(diào)用要求，確保不同類型保護裝置功能測試活動的順利展開。測試層接口處選擇的信息為Windows信息，這樣也有利于通知信息的順利傳遞，提高信息更換過程的時效性。需要注意的是，在自動測試平臺使用過程中，因為不同保護裝置的保護原理存在一定差異，因此在測試方法的選擇中也需要做好綜合考量，以確保數(shù)據(jù)分析結(jié)果的實用性和可靠性。

2．2 數(shù)據(jù)模型設(shè)計

進行數(shù)據(jù)模型設(shè)計的主要作用是對保護裝置信息進行快速獲取，內(nèi)容涉及到數(shù)據(jù)集的詳細信息、數(shù)據(jù)集特性曲線等。在對數(shù)據(jù)模型進行設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點：

（1）信息采集模塊，智能變電站繼電保護系統(tǒng)涉及到許多子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)總量存在差異，這也需要信息采集模塊具備高效率、高兼容性，可以同步采集運營數(shù)據(jù)。在信息采集模塊的具體設(shè)計中，會將傳感器作為數(shù)據(jù)采集載體，對于變電站各設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行采集，對于變電站線路，也會在節(jié)點位置布置傳感器，從而采集相應(yīng)的參數(shù)信息，滿足相應(yīng)的使用要求。

（2）數(shù)據(jù)預處理模塊，在系統(tǒng)運營過程中，采取分布式管理+集約化管理相結(jié)合的綜合管理模式，在獲取到設(shè)備運行信息之后，也會對信息準確性、重復性進行初步判斷，隨后根據(jù)分類規(guī)則將其劃分到不同數(shù)據(jù)庫當中，以數(shù)據(jù)包的形式進行集中傳輸，加快信息傳輸效率。

（3）數(shù)據(jù)暫存模塊，在一定時間段內(nèi)會對待傳輸信息進行暫時存儲，在出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失時可以及時找回，確保所傳輸信息的完整性。在該數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計中，需要對暫存時間、暫存數(shù)據(jù)類型進行統(tǒng)一，并且做好屬性整理，以滿足數(shù)據(jù)提取或應(yīng)用要求。

（4）數(shù)據(jù)存儲模塊，其工作內(nèi)容是對完成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行存儲，一般會使用云端作為數(shù)據(jù)存儲載體，會以屬性、時間維度來劃分數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)上傳之前也需要做好數(shù)據(jù)校核工作，確保數(shù)據(jù)完整性和準確性之后再進行上傳，從而為后續(xù)數(shù)據(jù)處理活動的進行提供便利。

2．3 系統(tǒng)測試子模板庫設(shè)計

在系統(tǒng)測試子模板庫當中，其內(nèi)容涉及到了線性度測試數(shù)據(jù)、系統(tǒng)保護功能測試數(shù)據(jù)、遙感通信測試數(shù)據(jù)、遠程遙控測試數(shù)據(jù)、異常測試數(shù)據(jù)等。在對其展開設(shè)計時，需注意以下內(nèi)容：

（1）做好子模板庫的梳理工作，基于所采集的數(shù)據(jù)類型，作為數(shù)據(jù)庫的分類標準，以此為基礎(chǔ)來劃分成若干子模板庫，對于相應(yīng)數(shù)據(jù)進行采集，在預處理之后直接錄入到對應(yīng)庫中，以時間維度、關(guān)鍵詞作為標記，以便后續(xù)數(shù)據(jù)信息的順利提取。

（2）測試方案一般都是從測試集合中進行生成，而這一集合的形成則來源于子模板實際測試過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，而子模板則是根據(jù)基本測試功能所得到的抽象化數(shù)據(jù)。兩者之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)性，這也是快速生成測試方案，提高測試方案開發(fā)效率的重要載體。

2．4 控制中心設(shè)計

在自動測試系統(tǒng)運行過程中，控制中心屬于非常核心的組成內(nèi)容，在具體應(yīng)用中，其主要功能便是提供人機交互界面，在控制中心下達操作指令后，可以根據(jù)平臺對于測試項目的執(zhí)行狀態(tài)、執(zhí)行合規(guī)性進行直觀顯示，以便于后續(xù)作業(yè)活動的順利展開。在對控制中心進行設(shè)計時，也需注意以下內(nèi)容：

（1）控制中心需要具備較高的運行性能，一般需要實際運行要求、單通道運載數(shù)據(jù)總量等內(nèi)容來做好選擇，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)要求。例如，在軟件配置上，服務(wù)系統(tǒng)選擇windows系統(tǒng)，運行內(nèi)存不低于16G，CPU不低于1.9GHz，從而滿足控制中心日常運行要求，提升系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性。

（2）做好信息存儲工作，控制中心在對數(shù)據(jù)測試結(jié)果進行合理判斷之后，也會把測試結(jié)果直接存儲到報告模板中，隨后自動輸出測試報告，內(nèi)容包括標準測試報告、XML標準報告兩種類型，這也需要構(gòu)建相應(yīng)數(shù)據(jù)庫來完成數(shù)據(jù)存儲，做好數(shù)據(jù)標記工作，以便于數(shù)據(jù)信息的順利查詢，滿足控制中心的應(yīng)用要求。

2．5 通信模塊設(shè)計

在自動測試系統(tǒng)運行期間，也需要可靠的通信模塊來加快信息傳遞速度。在具體設(shè)計過程中，也需注意以下應(yīng)用內(nèi)容：第一，建立MMS模塊，其作用是確保系統(tǒng)之間通信過程的有效性，從而提高通信模塊的運行效率。智能變電站運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量、數(shù)據(jù)格式較多，這也要求MMS模塊具備較強的兼容性，可以將這些信息完整的傳遞到控制中心，確保測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果的完整性。第二，在自動測試程序應(yīng)用過程中，也會基于實際情況對于開放標準COM接口位置進行調(diào)用，并且對于開放標準、通訊協(xié)議等內(nèi)容進行確定，使其可以更好的滿足應(yīng)用要求，提高分析結(jié)果的使用價值。第三，在開放接口的設(shè)計階段，其內(nèi)容涉及到數(shù)據(jù)訪問接口、命令接口兩部分內(nèi)容，前者在應(yīng)用中的主要作用，是對保護裝置運行期間的數(shù)據(jù)集合、預警信息進行整理，以提高系統(tǒng)運行安全性。后者在應(yīng)用中則可以對數(shù)據(jù)進行讀取和修改，使系統(tǒng)運行狀態(tài)可以維持在穩(wěn)定狀態(tài)。

2．6 模擬系統(tǒng)設(shè)計

基于以往應(yīng)用經(jīng)驗可以得知，在自動化測試系統(tǒng)應(yīng)用過程中，模擬系統(tǒng)屬于非常關(guān)鍵的組成部分。模擬系統(tǒng)在應(yīng)用中，需要確保系統(tǒng)本身的靈活性，同時也需要逼真的模擬不同類型的運行故障，滿足外部接口的使用要求。目前智能變電站運行情況來看，在實際應(yīng)用中，使用到的SV采樣方式主要采用了直接采樣的方式，并且SV采樣值在發(fā)送時，其間隔離散值也需要控制在10μs以下，從而確保信息傳輸?shù)臅r效性，滿足系統(tǒng)模擬需求。同時所建立的模擬系統(tǒng)，也需要具備良好的故障識別能力，這樣也可以對設(shè)備運行情況進行自動測試，在出現(xiàn)運行故障數(shù)據(jù)后，也會對其進行自動保存，按一定要求對于這些數(shù)據(jù)進行整理，從而確保交換機工作過程可以與硬節(jié)點數(shù)量保持相匹配的狀態(tài)，進而提升系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性和可靠性。

3 自動測試系統(tǒng)研究應(yīng)用案例分析

3．1 案例基本情況

在此次案例的選擇中，智能變電站繼電保護裝置為220kV線路的光纖差動保護裝置下，基于此情況利用自動測試系統(tǒng)進行檢測，應(yīng)用期間的測試思路和具體流程如下：

（1）基于智能變電站的實際運行環(huán)境，擬定相應(yīng)的測試方案，這樣也可以有效提升測試內(nèi)容的明確性和針對性，具體測試內(nèi)容如下：①差動保護測試，測試內(nèi)容包括基礎(chǔ)性能指標、動作損耗時間、定值具體精度等；②距離保護測試，測試內(nèi)容包括保護邏輯、模塊轉(zhuǎn)換性故障、設(shè)備瞬時故障等；③零序保護測試，測試內(nèi)容為永久性故障處理情況；④異常問題處理，針對一些常見運行故障，查看系統(tǒng)的處理情況和處理結(jié)果。

（2）根據(jù)所得到的測試方案按順序進行有效性測試，統(tǒng)計相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。對于已經(jīng)得到的測試數(shù)據(jù)也會在控制中心進行直接上載，顯示整個測試過程的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3．2 應(yīng)用效果梳理

在投入到使用中之后，得到了以下應(yīng)用效果：第一，系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，具備了較高的流暢性，可以按要求自主完成繼電保護裝置的全自動測試，并且在測試過程中，其得到的測試工作效果非常明顯，測試效率也有著非常顯著的提升。第二，在系統(tǒng)運行過程中，也具備較強的重復性，利用可重復性這一功能，也可以準確識別小概率問題，同時在重復測試的幫助下，也可以將人工測試不穩(wěn)定的情況順利排除，從而提升測試結(jié)果的一致性。第三，對于運行期間產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)，也可以按照既定要求對其進行存儲，并且所有存儲數(shù)據(jù)的準確性均滿足相應(yīng)要求，這樣也可以有效提升測試結(jié)果的全面性，也為系統(tǒng)的不斷完善提供良好的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

綜上所述，在當前的技術(shù)領(lǐng)域，智能變電站繼電保護自動測試系統(tǒng)擁有著行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的優(yōu)勢，而且開發(fā)量比較小，能夠節(jié)省大量人力、物力，且系統(tǒng)穩(wěn)定、效率較高，目前已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得到了推廣應(yīng)用。在后續(xù)的發(fā)展過程中，需要加大新技術(shù)的融入力度，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)等，進一步完善應(yīng)用系統(tǒng)，使其應(yīng)用價值得到不斷提升，以促進電力行業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定提升。