智能電網下的測試方案研究

倪維東，葛來龍，高振東

（1.南京河海南自水電自動化有限公司，江蘇 南 京 2 10061；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南 京 2 10061）

智能變電站是智能電網的重要基礎和支撐，其設備具有信息數字化、功能集成化、結構緊湊化、狀態可視化等主要技術特征，該電站系統應建立站內全景數據的統一信息平臺，供各子系統標準化、規范化存取訪問，以及和智能電網調度等其他系統進行標準化交互。

當前，智能變電站已由試點階段，逐步走向了大面積的推廣應用階段。隨著國家電網公司智能電網建設以及智能變電站建設規劃的提出，智能變電站的建設的步伐將大大加快，這也給智能變電站的測試，帶來了新的要求和發展機遇。智能變電站的測試，涉及到方面非常多，諸如電度表校驗、互感器校驗、合并器檢測、保護測控裝置檢測、智能一次設備或智能組件檢測、時間同步網絡的檢測、以及投產時相位核查、監控系統測試等，這些測試與智能電網的安全息息相關，因此，應引起足夠的重視。

1 計量系統測試方案

智能變電站由于采用了電子式互感器、純光學互感器或者傳統電磁式互感器加上合并器，數據傳輸已發生了根本性的變化，原來傳輸的是模擬的電壓和電流信號，而現在傳輸的是符合IEC61850-9-1/2協議規范的數字信號，從而使得傳統的電度表已無法使用，在現階段，智能變電站已經開始使用符合IEC 61850協議的電度表，從而滿足了智能變電站對于計量系統的需求。

數字式電度表的基本原理是：將傳統電度表的模擬采樣回路取消，而采用光纖以太網接口接收合并器或智能單元所傳送的數字化電流、電壓信號，再經過實時運算和處理，生成所需要的數據。數字輸入接口嚴格遵循了當前國際流行的IEC61850標準，數字輸入接口在物理和鏈路層上采用了高速光纖以太網。

圖1為數字化計量系統與傳統計量系統的對照圖。

圖1 數字化計量系統與傳統計量系統對照圖

由圖1可知，數字化電度表從理論上來說，減少了傳輸誤差以及二次采集誤差，具有精度等級高、抗電磁干擾能力強等特點，所以其應用前景廣闊。

智能變電站所采用的數字化電度表，是接收以IEC 61850-9-1/2協議傳輸電流、電壓數字量為基礎的計量體系，是一種基于離散數學算法的計量手段，對其的校驗已不能采用傳統的電度表校驗系統來進行校驗，而必須采用具有標準數字信號源輸出的校驗儀來完成，具體原理如圖2所示。

圖2 數字化電度表原理圖

從圖2可以看出，數字化電度表校驗系統可以通過上位機配置軟件，對智能電度表校驗儀輸出的電壓、電流幅值和相位的配置，配置完成后，經智能電度表校驗儀的光纖以太網口給電表提供數據源，電表得到數據后，按電量多少輸出相應數量的脈沖給智能電度表校驗儀，校驗儀再根據脈沖數量得出電表誤差；也可以利用外部輸入的模擬量來產生標準數字量，來進行數字電度表的精度測試。

2 智能DI/DO裝置測試方案

在智能變電站中，智能DI/DO裝置擔負著全站所有開關、刀閘、變壓器等設備的位置采集和控制，以及保護裝置的出口跳閘，其重要性可想而知。因此，對其的測試和驗證，也就顯得非常重要。測試方案如圖3所示：

圖3 智能DI/DO裝置測試方案

從圖3可以看出，對于智能DI/DO裝置的DI回路，先采用改變DI回路的輸入電平，然后讀取GOOSE報文，通過報文的指示確認每一個DI回路的正確性；對于DO回路，先通過模擬GOOSE報文傳輸給CPU系統，然后檢測相應繼電器所輸出的無源節點是否正確動作，從而完成了對智能DI/DO裝置的測試。

4 數字化保護及測控裝置測試方案

智能變電站中保護和測控裝置隨著技術的發展，其采樣回路、DI/DO回路也發生了根本性變化，以往交流采集回路和電氣量DI/DO回路，已被數字通訊接口所取代，這也使得其測試方案也發生了變化，可以采用具有數字接口的繼電保護測試儀進行測試，具體測試方案如圖4所示。

圖4 保護和測控裝置方案圖

從圖4可以看出，對于電氣量測試，采用數字式接口測試儀模擬發送符合IEC61850-9-1/2或FT3的數字信號給保護或測控裝置，通過查看裝置MMI里的交流采樣和功能試驗即可驗證；對于DI，通過測試儀模擬發送GOOSE報文，然后通過查看裝置MMI里的開關量變位，即可驗證；對于DO可以裝置MMI里的開出傳動，然后分析GOOSE報文即可驗證。

此外，也可以通過裝置的通訊接口連到監控系統進行分析和驗證。

5 互感器校驗方案

隨著智能電網建設的不斷推進，傳統電磁式電流、電壓互感器也將逐漸被電子式互感器、純光學互感器所替代，這就要求研制出一種新型的互感器校驗儀，一方面需要兼容傳統電磁式電流、電壓互感器的校驗，同時也要滿足電子式互感器、純光學互感器的精度校驗。具體校驗方案如圖5、圖6所示：

圖5 模擬量輸出互感器校驗系統

圖6 數字量輸出互感器校驗系統

從圖5、圖6可以看出，模擬量采集方面采用了高精度AD采樣插件，數字量采集方面使用網卡接收遵循IEC61850-9-1或IEC61850-9-2合并器的數據報文，通過專用程序解析處理以太網報文，然后通過強大的數據分析軟件，對兩個同步采樣的數據進行計算處理和比較，從而得出試品的精度誤差，并且通過友好的人機界面進行顯示測試結果。

6 相位核查方案

智能變電站中電子式互感器和純光學互感器已經大量開始應用，為了確保電網運行的穩定性和可靠性，智能變電站在投產前，也就必須像傳統變電站一樣進行相位核查，但由于互感器的輸出方式發生了根本性變化，導致智能變電站的相位核查，大大有別于傳統變電站，現將智能變電站的相位核查方案用框圖表示如圖7。

如圖7所示，智能變電站中相位核查系統的基本原理，是首先選擇好基準向量（可以是模擬量也可以是數字量），然后通過同步信號脈沖，使基準信號和待核信號同步采樣，再經過CPU系統將基準信號和待核信號進行相位比較，從而得出矢量圖，完成相位核查。

圖7 相位核查系統圖

7 結束語

隨著技術的不斷發展和智能電網建設不斷推進，加上國內外諸多從事智能變電站設備生產和研發的企業和科研機構不斷探索和研究，必將推動著智能電網下的測試和驗證系統不斷發展和完善。我們相信，通過大家的共同的努力和付出，智能變電站的測試系統將會變得更加安全、可靠、便捷。

[1]凌子恕.高壓互感器技術手冊[K].北京：中國電力出版社，2005.

[2]Q/GDW 441-2010，智能變電站繼電保護技術規范[S].

[3]國家電網公司.智能電網關鍵設備（系統）研制規劃(2010)[S].