IEC 61850數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的檢測及技術(shù)分析

楊 濤，梁海東，張鐘平

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的加快發(fā)展，智能變電站的建設(shè)快速推進(jìn)，以IEC 61850為基礎(chǔ)的數(shù)字化繼電保護(hù)與安全自動裝置在實際工程中大量應(yīng)用，對繼電保護(hù)測試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。以模擬量輸出與開關(guān)量檢查為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)繼電保護(hù)測試儀無法對采用IEC 61850技術(shù)的數(shù)字化繼電保護(hù)開展測試，各繼電保護(hù)測試儀生產(chǎn)廠家紛紛推出基于IEC 61850數(shù)字化技術(shù)的繼電保護(hù)測試裝置[1]，但由于IEC 61850技術(shù)應(yīng)用本身較為復(fù)雜、新產(chǎn)品開發(fā)周期較短、實際工程應(yīng)用經(jīng)驗較少以及統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范缺乏等原因，這些測試儀均存在諸多問題，某些裝置甚至在現(xiàn)場應(yīng)用中很多基本測試都無法完成。另外，由于工作原理不同，各種型號產(chǎn)品的功能與性能差異也較大。這些均對現(xiàn)場實際應(yīng)用產(chǎn)生了較大影響，無法滿足繼電保護(hù)測試的技術(shù)要求。

因此，迫切需要開展數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的相關(guān)檢測，規(guī)范數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的相關(guān)功能，提升其整體性能，為繼電保護(hù)測試提供更好的方式與手段。

1 檢測概況

1.1 檢測目的

IEC 61850數(shù)字化繼電保護(hù)測試儀主要實現(xiàn)數(shù)字化及保護(hù)功能測試兩大功能。其IEC 61850功能要求能夠輸出基于IEC 61850-9的采樣值（SV）報文，并能配置SVCB的相關(guān)參數(shù)；能夠發(fā)布GOOSE報文并對其進(jìn)行參數(shù)配置；能夠訂閱GOOSE報文，正確解析報文信息[2]。保護(hù)功能測試與傳統(tǒng)繼電保護(hù)測試儀相同，要求能夠利用測試儀的通用測試、狀態(tài)序列、整組試驗等測試模塊實現(xiàn)保護(hù)裝置各種保護(hù)功能的校驗。

檢測主要圍繞上述兩大功能展開，由于IEC 61850-9-1部分不是技術(shù)發(fā)展方向且應(yīng)用較少，已被新標(biāo)準(zhǔn)所廢棄，因此檢測內(nèi)容不涉及9-1部分，只檢測GOOSE功能與SV（9-2）功能。

為保證測試的廣泛性，選擇了許繼電氣、北京博電、廣東昂立、武漢豪邁、成都天進(jìn)、華東電氣等6個主要數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀廠家的產(chǎn)品，力爭掌握目前IEC 61850數(shù)字化繼電保護(hù)測試儀的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)水平。

1.2 GOOSE與SV（9-2）等數(shù)字化功能的檢驗[3]

（1）GOCB配置功能——檢查SCL文件導(dǎo)入、支持IEC 61850基本數(shù)據(jù)類型、開關(guān)量關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)集描述等功能。

（2）GOOSE發(fā)布報文一致性檢驗——檢查發(fā)布的GOOSE報文的參數(shù)與數(shù)據(jù)是否與所配置的GOCB的參數(shù)一致。

（3）GOOSE發(fā)布功能檢驗——檢查StNum序號、SqNum序號、Test功能配置、GOOSE發(fā)布機(jī)制等。

（4）GOOSE訂閱報文一致性檢驗——檢查訂閱GOOSE報文時是否按照SCL文件中的相關(guān)描述對AppID，GOCB Reference等進(jìn)行檢查后接收。

（5）GOOSE訂閱功能檢驗——檢查GOOSE訂閱機(jī)制、斷鏈報警等功能。

（6）GOOSE性能測試——發(fā)布/訂閱最小分辨率檢查、發(fā)布/訂閱控制塊數(shù)量檢查、訂閱負(fù)荷測試、發(fā)布/訂閱延時測試。

（7）SVCB配置功能檢查——SCL文件導(dǎo)入、電流電壓通道關(guān)聯(lián)、SVCB參數(shù)配置等功能檢查。

（8）SV（9-2）發(fā)布報文一致性檢驗——檢查SV發(fā)布報文中的SVCB參數(shù)及數(shù)據(jù)集成員是否與相應(yīng)SCL文件中的描述一致。

（9）SV（9-2）發(fā)布功能檢驗——檢查采樣率、同步標(biāo)志配置等。

（10）SV（9-2）傳輸性能測試——報文發(fā)布間隔檢查、與GOOSE同步性檢查、SVCB控制塊數(shù)量檢查。

（11）SV輸出準(zhǔn)確度檢驗——輸出電壓、電流、相位的準(zhǔn)確度檢查。

（12）時間準(zhǔn)確度檢查。

1.3 繼電保護(hù)功能的測試模塊檢驗

將測試儀與數(shù)字化保護(hù)裝置相連，利用其通用測試、狀態(tài)序列、距離保護(hù)、整組試驗等模塊，模擬單相接地、相間短路、瞬時性故障、永久性故障等，檢查測試儀保護(hù)功能模塊的正確性，并對測試儀軟件的操作性能作出評價。

1.4 檢測平臺及依據(jù)

利用現(xiàn)有技術(shù)手段與工具，在實驗室內(nèi)搭建了1個測試平臺，所有的數(shù)字化繼電保護(hù)測試儀均在此平臺上展開測試，測試平臺與工具分別如圖1及表1所示。

表1 測試工具

目前，國內(nèi)沒有針對數(shù)字化繼電保護(hù)測試儀的專用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，以傳統(tǒng)繼電保護(hù)測試儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 624《繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置技術(shù)條件》作為參考，并將 DL/Z 860（IEC 61850）《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》、Q/GDW 396-2009《IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》等數(shù)字化繼電保護(hù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為檢測依據(jù)。

2 檢測方法

2.1 GOCB，SV配置功能檢查

利用被測測試儀軟件導(dǎo)入某變電所的SCL文件（SCD，CID），檢查是否能夠?qū)搿⑻娲⑻砑覵CL文件；是否能夠正確讀入文件中所包含的GOCB及SV的配置參數(shù)及數(shù)據(jù)集；檢查其是否能夠支持IEC 61850基本數(shù)據(jù)類型；檢查是否能夠?qū)OCB的數(shù)據(jù)集成員數(shù)目及數(shù)據(jù)類型進(jìn)行手動配置；檢查GOOSE數(shù)據(jù)集成員與開入開出的關(guān)聯(lián)及取消功能，SV數(shù)據(jù)集成員與輸出通道的關(guān)聯(lián)及取消功能。

2.2 GOOSE，SV報文一致性測試

利用MMS Ethereal軟件，截取測試儀所發(fā)送的GOOSE，SV報文，檢查報文中信息是否與手動配置或SCL文件中的描述一致。對于GOOSE報文，應(yīng)檢查MAC Address，VLAN ID，Priority，AppID， GOCB reference， Time Allowed to Live，Dataset reference， GOOSE ID， Config Revision，Data等參數(shù)及數(shù)據(jù)；對于SV報文，檢查MAC Address，VLAN ID，Priority， AppID，NoASDU，SV ID，Data等參數(shù)及數(shù)據(jù)。

2.3 GOOSE，SV發(fā)布功能檢查

利用MMS Ethereal軟件，監(jiān)視測試儀所發(fā)送的GOOSE，SV報文，當(dāng)事件發(fā)生變化后，GOOSE報文中的StNum應(yīng)增加，SqNum應(yīng)清零；在測試儀重啟或GOOSE重新配置后，確認(rèn)發(fā)送初始的GOOSE報文中sqNum與stNum是否均為1；檢查GOOSE控制塊是否支持Test（檢修）手動配置功能；檢查SV報文采用的頻率；檢查SV控制塊的Smpsynch及q是否支持手動配置。

2.4 GOOSE訂閱功能

對于同一GOOSE控制塊，利用CMC256作為報文發(fā)布者，被測測試儀作為報文訂閱者。在CMC256軟件中修改GOOSE控制塊MAC，AppID，GOCB reference等參數(shù)，檢查被測測試儀在接受報文時是否將以上參數(shù)作為判斷條件；檢查CMC256中事件變位后，被測測試已是否能夠正確接收并顯示；CMC256發(fā)送雙點信息（Dbpos）時，檢查被測測試儀是否能夠正確接收。

2.5 SV發(fā)布性能及同步性測試

將報文記錄分析儀與被測測試儀直接相連，記錄一段時間內(nèi)的SV報文。由于報文記錄分析儀采用FPGA解碼，時間精度較高，可達(dá)ns級別，故可以用其記錄的報文來分析SV報文發(fā)送的等間隔性。對于每周波80點采樣的SV報文，其發(fā)送間隔應(yīng)為250 μs。另外，在測試儀中模擬各電流電壓通道幅值突變，同時GOOSE中的事件發(fā)生變位，報文記錄分析儀記錄此時的報文，可以檢查SV內(nèi)部各通道之間的同步性以及與GOOSE報文發(fā)布的同步性。

3 存在的主要技術(shù)問題

經(jīng)過檢測后，各個廠家根據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)的問題及相關(guān)建議，對其產(chǎn)品進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。目前，這些產(chǎn)品基本滿足IEC 61850數(shù)字化繼電保護(hù)測試儀的技術(shù)要求，能夠?qū)EC 61850數(shù)字化繼電保護(hù)裝置進(jìn)行測試，但仍存在以下技術(shù)問題。

（1）GOOSE發(fā)布/訂閱功能對IEC 61850中的基本數(shù)據(jù)類型支持不夠全面。只有少數(shù)產(chǎn)品能夠支持IEC 61850的所有基本數(shù)據(jù)類型，大多數(shù)產(chǎn)品只能支持Boolean，Dbpos，Timestamp 3種數(shù)據(jù)類型。因此，當(dāng)GOOSE發(fā)送的數(shù)據(jù)集（DataSet）中存在其他數(shù)據(jù)類型時，GOOSE將不能正確地發(fā)布GOOSE報文。為了保證GOOSE發(fā)布/訂閱功能的完善性，應(yīng)實現(xiàn)對IEC 61850-6中的基本數(shù)據(jù)類型的全面支持，包括Boolean，Int，F(xiàn)loat，Enum， Dbpos， Quality， Timestamp， VisString，Struct等。

（2）SCL文件的導(dǎo)入功能不夠完善。數(shù)字式繼電保護(hù)的測試需要測試人員對GOOSE控制塊、SV控制塊進(jìn)行大量的參數(shù)配置，如果只支持手動配置功能，將大大降低測試工作的效率，并容易帶來配置出錯的問題。因此需要支持SCL文件的導(dǎo)入功能，實現(xiàn)GOOSE控制塊、SV控制塊的自動配置。檢測后發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)產(chǎn)品均不支持SCL文件的導(dǎo)入，經(jīng)過整改之后，雖然能夠基本支持SCL文件的導(dǎo)入，但仍存在SCL文件替代添加功能不全、無SCL文件錯誤信息提示、導(dǎo)入功能不穩(wěn)定等問題。

（3）測試儀均已具備GOOSE控制塊、SV控制塊手動配置功能，但是功能不夠完善，使用不夠便捷，存在手寫輸入數(shù)據(jù)類型與導(dǎo)入功能混淆等問題，給使用者帶來諸多不便。

（4）各廠家產(chǎn)品均不同程度存在違背IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的現(xiàn)象。譬如，錯誤地認(rèn)為GOOSE控制塊的Appid，MAC等參數(shù)是每個DA的屬性；事件變化后，GOOSE報文發(fā)布的StNum增加，SqNum變?yōu)?，而不是SqNum清零；在GOOSE訂閱配置界面中配置Test，MAC，Priority，VlanID等參數(shù)。

（5）作為GOOSE訂閱者時，測試儀應(yīng)支持對各個GOOSE控制塊的斷鏈報警功能，在測試儀與保護(hù)裝置之間的通信發(fā)生斷鏈時，能夠給測試人員以相應(yīng)的提示。測試儀接收各個GOOSE控制塊的心跳報文，如在2倍允許生存時間（Time Allowed to live）內(nèi)未收到心跳報文，則認(rèn)為該GOOSE控制塊通信斷鏈并給出報警提示。

4 幾點建議

（1）對于數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，目前國內(nèi)尚無專用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范與技術(shù)條件，各種型號產(chǎn)品的功能與性能差別較大，對現(xiàn)場實際應(yīng)用產(chǎn)生了較大影響，因此迫切需要制定統(tǒng)一的技術(shù)條件與技術(shù)規(guī)范，規(guī)范與提高數(shù)字式測試儀的整體性能。

（2）根據(jù)國家電網(wǎng)公司 Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，繼電保護(hù)裝置需采用“直采直跳”的技術(shù)模式[4]，這就對數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀提出了新的技術(shù)要求。為了測試符合此規(guī)范的繼電保護(hù)裝置，測試儀必須支持SV采樣值等間隔發(fā)送，并能夠?qū)Σ蓸友訒r數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。在本次檢測中，未對此項內(nèi)容提出具體要求，但通過檢測發(fā)現(xiàn)，多數(shù)產(chǎn)品并不能將SV采樣值等間隔發(fā)送。因此，為了具備對“直采直跳”繼電保護(hù)裝置的測試能力，測試儀必須滿足規(guī)范中要求的SV采樣值等間隔發(fā)送，這是數(shù)字式繼電保護(hù)測試技術(shù)的一個發(fā)展方向。

（3）數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的生產(chǎn)廠家往往追求測試儀功能的多樣化，既能支持小信號、IEC 61850-9-1，也能夠支持IEC 61850-9-2，功能雖然全面，但是每項功能都不能較好地實現(xiàn)，存在較多的使用缺陷。生產(chǎn)廠家應(yīng)緊緊把握技術(shù)發(fā)展方向，將功能做強(qiáng)做精，提高數(shù)字式繼電保護(hù)測試領(lǐng)域的整體技術(shù)水平。

[1]馮碩，黃梅，李曉朋．基于IEC 61850的光數(shù)字繼電保護(hù)測試儀的研制[J]．繼電器，2008，36（8）:23-25．

[2]李曉朋，趙成功，李剛，等．基于IEC6 1850的數(shù)字化繼電保護(hù) G OOSE 功 能測試[J]．繼電器，2008，36（7）:59-61．

[3]浙江省電力公司.Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S].2009.

[4]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī) 范 [S]．2010.