淺談數字化變電站繼電保護裝置測試技術

潘燕琳

（廣東電網茂名供電局，廣東 茂名 525000）

目前，特高壓、大容量、超大系統電網的逐漸形成，對電網安全、穩(wěn)定、可靠、控制、信息交互等方面提出了新的、更高的要求。變電站作為電網中的重要節(jié)點，對電網的安全穩(wěn)定運行具有極為重要的意義。對變電站運行管理控制而言，其技術水平的不斷提高依賴變電站自動化技術的不斷發(fā)展。隨著數字化變電站技術逐步成熟，我國將進一步推廣數字化變電站建設，數字化變電站將是今后變電站技術發(fā)展的大勢所趨。

數字化變電站是由電子式互感器、智能化一次設備、網絡化二次設備分層構建。建立在IEC－61850通信規(guī)范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作，滿足安全、穩(wěn)定、可靠、經濟運行要求的現代化變電站。繼電保護裝置作為電力系統的重要組成部分，有著極為重要的作用。繼電保護裝置稍有差錯，即可能對電力系統的運行造成嚴重影響，給國民經濟和人民生活帶來不可估量的損失。數字化繼電保護裝置的正常工作。對于確保數字化變電站穩(wěn)定運行具有極為重要的作用，而對繼電保護裝置進行測試是及時發(fā)現繼電保護裝置存在缺陷并解決處理的最為重要的手段。繼電保護裝置測試水平的高低，將直接影響到繼電保護裝置運行可靠性和電網安全穩(wěn)定運行水平。使用準確合理的測試技術，對于保證繼電保護裝置測試水平的作用不言而喻。目前運用于數字化變電站的嵌入式繼電保護裝置與傳統的繼電保護裝置之間的區(qū)別，造成了數字化變電站繼電保護裝置的測試技術也與傳統的繼電保護裝置測試技術不盡相同。

1 以前的繼電保護測試技術已無法適應數字化變電站繼電保護裝置測試

傳統繼電保護裝置的保護功能測試、模擬量輸入、開關量輸入輸出均是通過物理接線連接的。測試人員利用繼電保護測試儀輸出電流電壓等模擬信號到繼電保護裝置的模擬量輸入回路。同時也可以輸出開關量到保護裝置的開關量輸入回路，保護經過故障計算后滿足動作判據輸出跳閘命令、驅動出口繼電器。使繼電器的觸點閉合，測試儀的開關量輸入模塊可以監(jiān)視保護裝置的動作觸點，這樣構成測試系統。測試人員可以很方便地考核保護邏輯的正確性及繼電保護的性能指標等是否合格。

隨著IEC－61850標準的提出及電子式電壓互感器（EVT）、電子式電流互感器（ECT）技術的發(fā)展。EVT和ECT可直接輸出數字量信號，變電站中的開關量信號也可直接變?yōu)閿底只_關量信號。保護裝置通過網絡采集電子互感器的數字量信號，還可采集智能操作單元的數字化開關量信號，并能對智能操作單元實現數字控制。數字化變電站繼電保護裝置的特點決定了傳統的輸出電壓、電流等模擬信號量的繼電保護測試裝置無法完成對采集數字信號量的數字化保護裝置的測試工作，需要采用數字化測試裝置完成數字變電站繼電保護裝置的檢測工作。

2 我國數字化繼電保護裝置測試技術的基本概況

目前，國內使用的大多數數字化繼電保護測試裝置均以保護測試儀為主，還停留在單裝置開環(huán)測試階段，只能夠完成單套保護裝置基本功能測試。而不能對電力系統設備進行整體性能和系統的閉環(huán)測試，也難以對繼電保護裝置進行系統測試。這種開環(huán)測試并不能反映電力系統的真實情況，只是檢查了變電站二次設備硬件和軟件是否正常。對于支持IEC－61850標準的繼電保護裝置的測試，現在主要采取保護歸保護、通訊歸通訊的測試方式，也就是利用支持IEC－61850標準的通訊管理機來測試保護裝置的通訊功能；利用數字化繼電保護測試儀來測試保護裝置的動作邏輯等傳統的保護功能。通訊和保護測試之間是孤立的，測試存在著接線復雜、測試效率低、測試人員工作量大等問題。

對變電站保護裝置的測試，僅停留在單裝置的單元測試是不夠的，不考慮變電站二次設備系統測試就無法檢測出裝置接口是否工作正常、網絡中負荷情況是否正常等等。因此，為提高變電站二次設備工作的穩(wěn)定性和可靠性，必須對變電站二次設備閉環(huán)系統測試進行研究，特別是對基于IEC－61850的數字化變電站，繼電保護裝置的閉環(huán)系統測試更是必須完成的重要測試工作。

3 數字化變電站繼電保護裝置測試技術分析

數字化變電站的測試手段是數字化變電站投入應用和技術發(fā)展的重要基礎，但長期以來重開發(fā)、輕測試的做法已經給電力系統行業(yè)帶來了一定的負面影響。由于當前變電站自動化設備的系統測試本身存在各類設備多、型號繁、規(guī)約雜等問題，給測試技術的研究帶來了相當大的難度。

隨著變電站的完全數字化，基于IEC－61850通信規(guī)范的數字變電站繼電保護裝置測試技術發(fā)展趨勢為：測試系統必須符合IEC－61850標準，支持網絡通訊；測試功能強大，除了完成各種常規(guī)的繼電保護裝置測試功能外，還能具備其他特殊功能要求；系統的維護和升級必須方便快捷，硬件平臺要通用化，測試功能的擴展能通過軟件升級來實現。基于IEC－61850標準的數字化繼電保護裝置具備保護、對外通信、信息輸入、記錄、顯示、打印等各項功能，在對裝置進行全面測試時，考核以上功能的正確性也非常重要，應成為功能測試中重要的一項。

從數字化變電站繼電保護裝置測試技術的發(fā)展趨勢來看，目前已有部分測試設備尚不能完全滿足數字化繼電保護裝置的測試需求，還需進一步加強對數字化變電站繼電保護裝置測試技術的研究，研制出能夠進行數字化閉環(huán)測試的測試裝置。根據數字化變電站的特點，保護、測控等變電站二次設備只要符合IEC－61850標準。就可以直接無縫地接入變電站的局域網中，非常方便。因此電力系統的測試也必須符合以上的發(fā)展趨勢，測試也將變得更加方便簡單。數字化閉環(huán)測試系統進行閉環(huán)試驗的原理，見圖1。

圖1 數字化電力系統繼電保護測試原理

數字化測試系統與被測的數字化繼電保護裝置均接入變電站局域網中。測試系統應能夠根據電力系統的故障設置模擬EVT、ECT的故障數據。按 IEC－61850的規(guī)范通過局域網向保護裝置發(fā)出數字信號（故障量），數字化繼電保護裝置根據數字信號做出反應，并向局域網發(fā)出事件信息（跳合閘指令），測試裝置接收到事件信息后再進行下一步的操作，整個閉環(huán)測試系統都由數字化元件構成。測試系統利用計算機強大的運算功能可以進行復雜的電力系統暫態(tài)仿真試驗和故障再現等，繼電保護裝置的軟件版本升級后，相應的測試項目、測試標準也可直接通過網絡獲得，數字化測試系統在保證信息安全的基礎上，能實現測試信息的共享，同時可以支持強大的統計分析、異常處理記錄等。

針對數字化變電站繼電保護裝置。在測試方法和技術上的研究，應緊密圍繞數字化繼電保護裝置與傳統繼電保護裝置性能特點的區(qū)別進行。數字化繼電保護裝置符合lEE－61850標準。實現了IEC－61850標準后的繼電保護裝置的支持功能發(fā)生變化，基本接口接法也發(fā)生了變化，因此，應基于IEC－61850標準對其測試方法進行相應研究。以形成滿足數字化變電站繼電保護裝置測試要求的更為簡單、可靠、快捷、安全的測試方法。