就地化分布式保護(hù)環(huán)網(wǎng)測試裝置研制

裘愉濤， 徐昱， 王源濤， 張魁， 劉東冉， 顧偉

(1. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007；2. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州 供電公司，浙江 杭州 310009；3. 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

就地化保護(hù)裝置靠近一次設(shè)備安裝，就地電纜采樣、電纜跳閘，取消了合并單元、智能終端等中間環(huán)節(jié)，成為未來繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢。目前，線路就地化保護(hù)已成功掛網(wǎng)，為元件保護(hù)就地化實(shí)施提供了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。為了解決元件保護(hù)存在的跨間隔問題，在線路保護(hù)基礎(chǔ)上提出了分布式就地化保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案。分布式元件保護(hù)方案由1臺或多臺就地化分布式保護(hù)子機(jī)構(gòu)成，各子機(jī)間地位平等、共享信息、協(xié)同運(yùn)行[1—6]。各子機(jī)的硬件及軟件完全一致，保護(hù)功能及保護(hù)定值相同，通過雙向冗余雙環(huán)形千兆以太網(wǎng)首尾相連，負(fù)責(zé)各自報文的發(fā)送、過濾和轉(zhuǎn)發(fā)[7—9]。

就地化保護(hù)的快速推廣，給繼電保護(hù)測試工作帶來了新的研究方向。文獻(xiàn)[10]針對就地化保護(hù)的硬件性能，深入分析其對電磁兼容和環(huán)境的影響，并提出相應(yīng)的檢測手段；文獻(xiàn)[11]基于就地化保護(hù)設(shè)備尺寸、應(yīng)用模型、對外接口統(tǒng)一的特點(diǎn)，設(shè)計流水線檢測系統(tǒng)，快速完成工廠化調(diào)試；文獻(xiàn)[12]提出一種就地化保護(hù)仿真測試系統(tǒng)設(shè)計方案，通過自動加載測試用例實(shí)現(xiàn)裝置的保護(hù)功能邏輯自動驗證和二次回路正確性驗證。綜合而言，分布式就地化保護(hù)的測試方式主要有兩種：搭建整個元件保護(hù)正常運(yùn)行環(huán)境，多臺子機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，同時施加激勵量進(jìn)行測試；對單臺子機(jī)獨(dú)立進(jìn)行測試。前者測試全面，但測試環(huán)境搭建困難，需要同時對多臺子機(jī)施加激勵量才能完整模擬主保護(hù)功能。后者雖然測試簡便，但只能進(jìn)行單臺子機(jī)部分保護(hù)功能測試，無法模擬環(huán)網(wǎng)報文，與實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境存在明顯差異[13—14]。

文中研究了分布式就地化保護(hù)測試需求，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型繼電保護(hù)測試裝置，具備傳統(tǒng)繼電保護(hù)測試功能的同時新增了環(huán)網(wǎng)報文收發(fā)功能。通過1臺測試裝置即可完成就地化分布式單臺子機(jī)的解耦測試，同時開發(fā)了環(huán)網(wǎng)性能測試功能，校驗環(huán)網(wǎng)報文傳輸過程中的可靠性和實(shí)時性，完善環(huán)網(wǎng)測試內(nèi)容。

1 方案設(shè)計

1.1 測試功能

根據(jù)就地化分布式子機(jī)保護(hù)特點(diǎn)，主要考慮保護(hù)功能測試和環(huán)網(wǎng)性能測試。

(1) 保護(hù)功能測試。測試裝置輸出常規(guī)模擬量、開關(guān)量，同時模擬其他子機(jī)環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送，并接收待測子機(jī)反饋的信號判別保護(hù)動作正確性，完成全部保護(hù)邏輯功能測試。

(2) 環(huán)網(wǎng)性能測試。測試裝置作為環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備接入環(huán)網(wǎng)，模擬多種環(huán)網(wǎng)報文發(fā)送，轉(zhuǎn)發(fā)所有子機(jī)報文，同時接收并解析被測子機(jī)發(fā)送的報文幀，根據(jù)測試需求對報文內(nèi)容進(jìn)行校驗。發(fā)送正常環(huán)網(wǎng)報文的同時可選擇性發(fā)送異常報文幀，測試被測子機(jī)對異常報文的處理能力，如是否誤動、拒動等。

1.2 硬件設(shè)計

測試裝置采用插槽式機(jī)箱，由多種測試功能插件組成，如圖1所示。包括：中央處理器(central processing unit,CPU)插件、環(huán)網(wǎng)測試插件、電源插件、模擬量采集插件、模擬量輸出插件、開入插件、開出插件、對時插件等。各插件通過背板控制器域網(wǎng)(controller area network,CAN)總線進(jìn)行通信，對時插件通過對時總線給各插件提供對時信號。測試裝置采用雙CPU架構(gòu)，主CPU負(fù)責(zé)整個測試流程的管理，接收測試軟件下發(fā)的測試用例，將用例中的狀態(tài)及數(shù)據(jù)離散成各插件對應(yīng)輸出的內(nèi)容，再通過CAN總線下發(fā)，由各插件同步執(zhí)行，同時接收各插件的反饋信息，進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)給測試軟件。環(huán)網(wǎng)CPU與主CPU交換環(huán)網(wǎng)報文內(nèi)容，接收主CPU環(huán)網(wǎng)測試命令并將相關(guān)數(shù)據(jù)下發(fā)環(huán)網(wǎng)數(shù)字信號處理(digital signal processing,DSP)芯片。環(huán)網(wǎng)可編程門陣列(field programmable gate array,FPGA)擴(kuò)展出4個千兆以太網(wǎng)接口(ethereum，ETH)與環(huán)網(wǎng)通信，進(jìn)行環(huán)網(wǎng)報文解析、轉(zhuǎn)發(fā)以及模擬子機(jī)環(huán)網(wǎng)報文發(fā)送。環(huán)網(wǎng)DSP把數(shù)據(jù)分別送至保護(hù)環(huán)和啟動環(huán)，由保護(hù)裝置的保護(hù)DSP和啟動DSP分別對采樣通道數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理和實(shí)時計算。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)Fig.1 Hardware structure

1.3 軟件架構(gòu)

測試軟件在Windows系統(tǒng)下采用QT語言開發(fā)，具有良好的人機(jī)交互界面。測試軟件由三大功能模塊組成：系統(tǒng)設(shè)置中心、報文監(jiān)視中心和測試管理中心，如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)Fig.2 Software structure

系統(tǒng)設(shè)置中心負(fù)責(zé)與繼電保護(hù)測試裝置及保護(hù)子機(jī)進(jìn)行通信連接設(shè)置。與測試裝置通信，設(shè)置開關(guān)量、模擬量通道、環(huán)網(wǎng)報文收發(fā)格式，控制測試裝置輸出以及接收反饋信息。與保護(hù)子機(jī)通信，讀取保護(hù)裝置相關(guān)配置，修改定值，接收保護(hù)裝置動作信息。

報文監(jiān)視中心提供多個監(jiān)視窗口，用來顯示測試過程中測試裝置報文、保護(hù)子機(jī)報文、測試用例執(zhí)行結(jié)果等，實(shí)時掌握測試進(jìn)度。

測試管理中心負(fù)責(zé)各個測試用例的編輯，控制用例執(zhí)行過程，根據(jù)測試裝置和保護(hù)子機(jī)反饋的信息進(jìn)行結(jié)果判別，自動生成測試報告。單次測試時可根據(jù)需要選擇用例數(shù)量實(shí)現(xiàn)自定義批量化測試，測試過程中個體測試用例的測試結(jié)果不影響其他用例的執(zhí)行。測試報告包含被測裝置的基本信息、測試時間、測試結(jié)論，并記錄每個測試用例的測試過程，包含各狀態(tài)序列具體的輸出時間、輸出數(shù)據(jù)、定值修改、接收接點(diǎn)狀態(tài)、接收報文信息、誤差設(shè)定及判別等，便于分析測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 測試功能的具體實(shí)現(xiàn)

2.1 保護(hù)功能測試

測試裝置簡化了分布式子機(jī)的測試環(huán)境，可以對保護(hù)功能、精度及動作特性進(jìn)行完整驗證。測試環(huán)境如圖3所示，測試裝置通過接收對時，和分布式子機(jī)保持時間同步，測試軟件編輯測試用例，向保護(hù)子機(jī)下發(fā)定值修改指令，在指定時間間隔后向測試裝置下發(fā)測試數(shù)據(jù)，由測試裝置將測試數(shù)據(jù)擬合成開關(guān)量、模擬量、環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)的狀態(tài)序列，同步向保護(hù)子機(jī)施加激勵量。測試用例執(zhí)行完成后，根據(jù)用例中設(shè)定的測試結(jié)果，與測試軟件實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判別測試結(jié)果，并生成測試報告文件，實(shí)現(xiàn)分布式子機(jī)保護(hù)功能的解耦測試。

圖3 測試環(huán)境Fig.3 Testing environment

就地化元件保護(hù)子機(jī)硬件接口、軟件功能完全相同，同一廠家同型號子機(jī)僅需編輯1臺裝置的測試用例即可完成所有裝置的重復(fù)測試。而不同廠家的裝置間硬件接口定義和保護(hù)功能完全相同，僅事件順序記錄(sequence of event,SOE)報文或定值名稱存在差異，測試用例的有效復(fù)用將為現(xiàn)場更換式檢修及測試帶來極大的便利性。

文中將基于測試數(shù)據(jù)的模板、測試用例中和數(shù)據(jù)相關(guān)的接口進(jìn)行解耦，通過批量復(fù)制測試模板以及批量接口映射，實(shí)現(xiàn)測試用例大規(guī)模復(fù)用。接口映射分為兩類：與測試裝置的開關(guān)量、模擬量通道映射；與保護(hù)裝置的站控層映射。

測試模板采用三級目錄管理。一級目錄按照被測裝置型號分類；二級目錄按照保護(hù)功能大類分類，如過流Ⅰ段、過流Ⅱ段等；三級目錄按照具體測試項分類，各級目錄均支持測試模板的復(fù)制。接口映射在二級目錄中完成，批量復(fù)制時，僅需重新將部分定值進(jìn)行映射，有利于提高用例編輯的效率。在設(shè)計過程中還需考慮用例復(fù)制的兼容性，對于未進(jìn)行映射的相關(guān)參數(shù)在測試用例中無效。實(shí)際應(yīng)用時，針對同類型保護(hù)功能，可在開始階段編輯一組用例全集，將其復(fù)制后刪除無用的子用例。

2.2 環(huán)網(wǎng)性能測試關(guān)鍵技術(shù)

環(huán)網(wǎng)報文采用固定格式，包含目的地址、源地址、報文序號、應(yīng)用數(shù)據(jù)單元、延時修正域等。環(huán)網(wǎng)CPU在進(jìn)行報文組幀時，部分參數(shù)需預(yù)先設(shè)置，此處考慮通過環(huán)網(wǎng)報文配置文本實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)報文內(nèi)容的相關(guān)設(shè)置。各子機(jī)均具有主保護(hù)判別邏輯，環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的可靠性、實(shí)時性直接影響各子機(jī)保護(hù)判別邏輯的準(zhǔn)確性和一致性。針對環(huán)網(wǎng)特性應(yīng)考慮的測試能力包括：環(huán)網(wǎng)報文配置、延時測試、數(shù)據(jù)一致性測試、轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制測試和模擬環(huán)網(wǎng)異常報文。

2.2.1 環(huán)網(wǎng)報文配置

測試裝置在與分布式子機(jī)建立物理連接后且正式測試前，子機(jī)一直處于環(huán)網(wǎng)連接中斷告警狀態(tài)。按照表1的配置文本項進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行環(huán)網(wǎng)報文組幀。

表1 環(huán)網(wǎng)報文配置文本Table 1 Configuration text of ring network messages

Test mode可根據(jù)測試需求設(shè)置為tester或analyzer。tester作為保護(hù)功能測試裝置，可以模擬多臺子機(jī)環(huán)網(wǎng)報文以及繼電保護(hù)測試功能，實(shí)現(xiàn)對單體子機(jī)保護(hù)功能的解耦測試。analyzer作為環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析儀，可將測試裝置串入環(huán)網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)及模擬各種環(huán)網(wǎng)類型報文，并對測試目標(biāo)子機(jī)報文進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)各種性能測試。Transmission mode用來選取傳輸方式是單播或多播。Destination number設(shè)置測試目標(biāo)子機(jī)編號。Source number設(shè)置模擬的子機(jī)數(shù)量和編號。Protection type、APPID等設(shè)置報文中相關(guān)保護(hù)類型參數(shù)；SV(sampled value) channels、GOOSE(generic object oriented substation event) chan-nels、Int channels分別用來設(shè)置應(yīng)用單元SV、GOOSE、整型值的通道。測試裝置通過解析測試文本，生成環(huán)網(wǎng)報文基本格式。

通過報文配置文本可以解析環(huán)網(wǎng)報文幀格式，但未能完全模擬環(huán)網(wǎng)報文。應(yīng)用數(shù)據(jù)單元除SV、GOOSE外，還有整型值，該類整型值是子機(jī)所有定值數(shù)值形成的一個校驗碼，環(huán)網(wǎng)內(nèi)所有子機(jī)定值須保證一致，否則子機(jī)會產(chǎn)生定值項告警并閉鎖相關(guān)保護(hù)功能。測試過程中存在不斷修改定值的需求，該校驗碼會不斷變化，無法通過事先設(shè)置達(dá)到測試目的，可考慮通過環(huán)網(wǎng)自適應(yīng)連接方式來實(shí)現(xiàn)整型值的自動設(shè)置。各子機(jī)在上電運(yùn)行后，根據(jù)自身定值項中的子機(jī)數(shù)量及編號，向其余子機(jī)發(fā)送含編號信息的環(huán)網(wǎng)報文。測試裝置接收到測試目標(biāo)子機(jī)報文后進(jìn)行解析，保存整型值數(shù)值，再根據(jù)配置文本中需模擬的子機(jī)數(shù)量及編號，將整型值擬合入需要發(fā)送的報文中，應(yīng)用單元內(nèi)SV、GOOSE數(shù)值以0代替。每個中斷周期，環(huán)網(wǎng)CPU按照設(shè)置好的報文格式以及需要模擬的子機(jī)數(shù)量向外發(fā)送環(huán)網(wǎng)報文。

測試過程中，若接收到主CPU具體測試數(shù)據(jù)，環(huán)網(wǎng)CPU會重新擬合相關(guān)報文內(nèi)容；若子機(jī)定值發(fā)生修改，整型值數(shù)值會同時更新。

2.2.2 延時測試

環(huán)網(wǎng)報文的絕對延時為式(1)，環(huán)網(wǎng)報文傳輸時序如圖4所示。

Td=T1+Tstay+Tlink

(1)

圖4 環(huán)網(wǎng)報文傳輸時序Fig.4 Time sequence of message transmission in ring network

T1為報文組幀延時，表示子機(jī)將采集到的模擬量、開入量等信息一起擬合成環(huán)網(wǎng)報文并發(fā)送出去的時間，主要是模數(shù) (analog-to-digital，AD)采樣和CPU處理并發(fā)送引起的延時。環(huán)網(wǎng)報文中將該延時單獨(dú)作為一個SV通道。

Tstay為子機(jī)駐留時間，表示由中間節(jié)點(diǎn)子機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)過程中的停留時間累加而成的延時。

Tlink為鏈路延時，表示由環(huán)網(wǎng)報文從源子機(jī)到目標(biāo)子機(jī)之間鏈路傳輸產(chǎn)生的延時。

Tstay+Tlink構(gòu)成環(huán)網(wǎng)報文中的報文延時修正域，由報文本身攜帶，每經(jīng)過1臺子機(jī)則修正1次。由于光纖傳播速度很快，接近光速的2/3，測試中使用的光纖只有10 m，傳輸時間很短，鏈路延時可不予考慮。環(huán)網(wǎng)通信規(guī)范中對鏈路延時也不作強(qiáng)制要求。

將測試裝置類比為目標(biāo)子機(jī)接入環(huán)網(wǎng)中，測試裝置和源子機(jī)外接同一對時源,保持時鐘同步。測試裝置向源子機(jī)施加模擬量同步脈沖，記錄同步脈沖輸出時刻t1，并同步接收環(huán)網(wǎng)報文SV，記錄接收到SV同步脈沖的時刻t2，則實(shí)際的報文絕對延時T′d=t2-t1。將T′d與Td進(jìn)行比較，判別Td的準(zhǔn)確性。環(huán)網(wǎng)報文的Td不應(yīng)大于1 ms。同步脈沖時序如圖5所示。

圖5 同步脈沖時序Fig.5 Time sequence of synchronized pulse

T1的離散度對于接收子機(jī)模擬量的插值計算非常重要。測試裝置實(shí)時接收子機(jī)環(huán)網(wǎng)報文，記錄每一幀報文時刻，并消除報文延時影響，計算每兩幀報文間隔時間Δt，將其與標(biāo)準(zhǔn)采樣間隔250s比較，誤差應(yīng)小于10s。

2.2.3 數(shù)據(jù)一致性測試

分布式子機(jī)保護(hù)功能計算需結(jié)合本地采集的模擬量和環(huán)網(wǎng)SV。為了確保采樣精度，環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率采用每周波80個點(diǎn)[15—17]。

利用外部高精度繼電保護(hù)測試儀給被測子機(jī)和測試裝置施加模擬量及開入量，測試裝置同時接收被測子機(jī)環(huán)網(wǎng)報文。由于子機(jī)需要將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送且經(jīng)過其他子機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，測試裝置接收到的環(huán)網(wǎng)SV會有延時。對于環(huán)網(wǎng)內(nèi)部多臺子機(jī)以及測試裝置采用相同源采樣，測試裝置采集到的波形如圖6所示。

圖6 測試裝置采樣波形Fig.6 Sampling wave of test device

測試裝置通過快速傅里葉變換計算被測子機(jī)單周波采樣數(shù)據(jù)的相位和幅值，其中以測試裝置本地采集的波形為基準(zhǔn)。假設(shè)測試裝置本地采集波形的幅值為Z0，相角為θ0，同時刻被測試裝置接收到子機(jī)1環(huán)網(wǎng)SV的幅值為Z1，相角為θ1，絕對延時為Td1，則角差Δθ1和比差k1為：

(2)

同理可求得被測子機(jī)2的角差Δθ2和比差k2。環(huán)網(wǎng)內(nèi)各子機(jī)的采樣精度均可通過角差Δθ和比差k進(jìn)行比較。子機(jī)間的同步性可以用相對角差進(jìn)行判別，如式(3)所示。

Δθ12=Δθ1-Δθ2

(3)

環(huán)網(wǎng)GOOSE開入量的測試類似且易于SV，此處不再贅述。

2.2.4 轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制測試

子機(jī)將環(huán)網(wǎng)中非本機(jī)發(fā)送的報文幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不轉(zhuǎn)發(fā)自身為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的單播幀。為測試該轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，測試裝置與被測子機(jī)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，不接入其他子機(jī)，消除其他子機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的影響，由測試裝置向被測子機(jī)發(fā)送各類型環(huán)網(wǎng)報文，經(jīng)子機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)后至測試裝置另一端口，判別轉(zhuǎn)發(fā)的準(zhǔn)確性。多播傳輸方式的測試方案可參考表2執(zhí)行。

表2 報文轉(zhuǎn)發(fā)測試方案Table 2 Test scheme of message forwarding

對于正常報文，比較收發(fā)兩幀報文內(nèi)容，除延時修正域外其他應(yīng)無變化。同時，根據(jù)規(guī)范環(huán)網(wǎng)內(nèi)按照最大16個節(jié)點(diǎn)、傳輸延時小于1 ms的要求，每個節(jié)點(diǎn)的傳輸延時不超過62.5s。

在正常報文轉(zhuǎn)發(fā)測試過程中，還應(yīng)考慮環(huán)網(wǎng)的復(fù)雜環(huán)境，測試裝置應(yīng)具備模擬網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的能力，要求1～1 000 Mbit/s可設(shè)，施加持續(xù)時間不低于2 min。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴測試過程中，對于網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴幀子機(jī)應(yīng)予以丟棄，需轉(zhuǎn)發(fā)的報文能正常轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴持續(xù)過程中，測試裝置模擬滿足動作條件的環(huán)網(wǎng)報文，此時待測子機(jī)應(yīng)能正確動作。測試裝置的各端口不應(yīng)收到任何網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴幀，正常報文幀能正確接收和轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.5 異常報文模擬功能

目前尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對應(yīng)就地化分布式環(huán)網(wǎng)報文異常測試，文中參考GB/T 7261—2016中針對智能變電站SV及GOOSE異常測試內(nèi)容，將環(huán)網(wǎng)報文看成分布式子機(jī)采集的規(guī)模擬量、開關(guān)量轉(zhuǎn)換成特殊格式的SV、GOOSE。子機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)意義上智能站的合并單元和智能終端，則SV和GOOSE的所有通道數(shù)據(jù)都可以當(dāng)作同一個控制塊。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的靈活配置要求，可將環(huán)網(wǎng)SV的檢修、丟幀、抖動、錯序、失步、品質(zhì)異常、延時設(shè)置等按照圖7所示子機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置，此類異常通常在同一臺子機(jī)發(fā)生。異常數(shù)據(jù)按照圖8中SV通道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置，可根據(jù)測試需求選擇每周波異常點(diǎn)數(shù)，異常數(shù)據(jù)的施加方式可按照用例中的設(shè)置數(shù)值直接施加。對于GOOSE報文異常，均采用按子機(jī)設(shè)置，異常類型均設(shè)為單選。

圖7 子機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.7 Data structure of sub devices

圖8 通道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.8 Data structure of channels

每周波異常點(diǎn)數(shù)的選擇可能對測試結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。相異于環(huán)網(wǎng)報文每周波80個點(diǎn)，保護(hù)子機(jī)實(shí)際采樣每周波只選擇24個點(diǎn)。若每周波只選取1個異常點(diǎn)，則在計算采樣時可能不會計算此異常點(diǎn)，測試過程中應(yīng)重復(fù)多次測試，每周波選擇連續(xù)3個以上異常點(diǎn)才能確保異常點(diǎn)被采集到。在進(jìn)行異常數(shù)據(jù)測試時，還應(yīng)考慮異常數(shù)值對保護(hù)采樣計算結(jié)果的影響。測試裝置支持多狀態(tài)、多通道、多子機(jī)的設(shè)置，測試時只設(shè)置一種異常狀態(tài)，便于確認(rèn)該異常對待測子機(jī)的影響。單個數(shù)據(jù)異常測試用例中禁止進(jìn)行異常子機(jī)切換，防止待測子機(jī)在進(jìn)行異常判別時選擇錯亂。

3 典型應(yīng)用

文中通過測試裝置和單臺分布式母線保護(hù)子機(jī)模擬一4臺子機(jī)的母線保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行主要功能的測試和驗證，典型應(yīng)用場景如圖9所示。測試裝置和保護(hù)子機(jī)通過對時裝置保持時鐘同步，測試軟件控制測試裝置向子機(jī)施加模擬量和開關(guān)量，并模擬其余3臺子機(jī)的環(huán)網(wǎng)報文，同時可對被測子機(jī)發(fā)出的環(huán)網(wǎng)報文進(jìn)行檢測。

圖9 典型應(yīng)用場景Fig.9 Typical application scenario

測試用例編寫方面，傳統(tǒng)測試系統(tǒng)的分布式保護(hù)系統(tǒng)中，各臺子機(jī)多間隔的數(shù)據(jù)模擬需要多臺測試裝置，各測試裝置間的協(xié)同測試較為復(fù)雜。文中的環(huán)網(wǎng)測試裝置僅需針對單臺子機(jī)設(shè)置對應(yīng)的開入量、模擬量、軟報文映射關(guān)系和環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)。使用兩種測試裝置針對分布式母線保護(hù)的主保護(hù)、過流保護(hù)、失靈保護(hù)進(jìn)行實(shí)際測試，分別以1.2倍動作定值的故障量測試10次，動作結(jié)果取平均值，如表3所示。環(huán)網(wǎng)測試裝置可以達(dá)到傳統(tǒng)測試裝置的效果，同時擁有用例編輯方便、測試環(huán)境簡單的優(yōu)點(diǎn)，測試用例編輯及測試的時間可縮短70%以上。

環(huán)網(wǎng)報文傳輸延時測試方面，子機(jī)和測試裝置通過10 m光纖連接，實(shí)測單個結(jié)點(diǎn)的報文轉(zhuǎn)發(fā)延時為1.56～2.48s，滿足規(guī)范要求。

表3 2種測試裝置測試結(jié)果分析Table 3 Test result analysis of two test devices

異常報文測試方面，設(shè)置SV報文丟幀、抖動、錯序、失步、品質(zhì)異常及GOOSE報文發(fā)送機(jī)制異常等。抓取測試裝置實(shí)際發(fā)出的環(huán)網(wǎng)報文，利用軟件分析報文及波形，確認(rèn)測試裝置輸出的環(huán)網(wǎng)報文與設(shè)置一致，同時判定保護(hù)裝置的動作結(jié)果正確。

4 結(jié)語

文中設(shè)計和開發(fā)了包含就地化分布式環(huán)網(wǎng)測試功能的新型繼電保護(hù)測試裝置，實(shí)現(xiàn)了分布式就地化單臺子機(jī)完整保護(hù)功能的解耦測試，大幅優(yōu)化了測試環(huán)境。該測試裝置應(yīng)用于就地化元件保護(hù)工廠化調(diào)試及更換式檢修，可大幅縮減設(shè)備檢修和消缺時間，減少停電時間，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。隨著就地化分布式保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，如何將環(huán)網(wǎng)通信技術(shù)與實(shí)時數(shù)字仿真等系統(tǒng)相結(jié)合，不斷豐富測試手段，提供更全面的仿真功能，將是后續(xù)的研究方向。

本文得到國網(wǎng)浙江省電力有限公司科技項目“就地化智能變電站二次保護(hù)設(shè)備仿真與運(yùn)維支撐系統(tǒng)研究”(5211HZ17000A)資助，謹(jǐn)此致謝！