一二次融合成套開關測試平臺設計與實現

孫健，劉剛，王秀茹，方鑫 ，吳楠，蔣宏圖，王蔚

（1.國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2.國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800；3.上海金智晟東電力科技有限公司，上海 200233）

隨著配電網一二次融合專項工作持續推進，國內電網企業完成并發布了多項設備類技術標準和測試規范，有效促進了配電網設備功能成套和技術深度融合[1?2]。目前，國內眾多一二次設備廠商逐步走向融合，開展一二次融合設備聯合設計研發工作，并推出了多種功能融合、型式創新的新型開關設備，電網公司也開展了首批一二次融合設備整機測試與掛網運行工作[3?4]。

配電網設備測試是保障設備質量、提高配電網運行可靠性的重要工作[5]。配電設備在掛網運行前也應經歷型式試驗、出廠試驗、入網試驗和現場試驗等各項試驗。配電設備數量大、型號多，相應的配電設備測試也持續探索和研究高質量、高效率的測試技術[6]。

然而，針對一二次融合成套開關設備的測試工作，在型式試驗、入網測試等各階段依然采用傳統一次、二次獨立測試方式[7?8]，其原因主要在于缺乏有效的一二次融合成套設備整體測試手段，直接導致了一二次融合在技術上和成效上均難以得到有效檢驗[9]。因此，本文提出研究一二次融合成套開關的一體化測試平臺，梳理并響應一二次融合成套開關測試需求，有效解決了融合成套設備一二次獨立測試的現狀，全面提高了融合成套開關測試能力，也為一二次融合設備測試提供新的參考。

1 一二次融合成套開關技術特征

傳統配電開關一次是指開關本體設備部分，是開關各項功能的實施主體，二次是指開關的智能控制單元部分，是一次的監測、控制部分。一次開關本體包括直接參與配電網連接和開斷的高壓電氣設備，二次智能控制單元則實現配電網保護、測量、控制、計量等功能。傳統配電開關一次和二次都是相互獨立的設備，通過相互連接和通信實現配電網保護控制等完整功能[10]。

一二次融合成套開關設備集成突破了傳統一次設備、二次設備割裂的狀態，將控制部分集成至開關設備中，通過標準航插連接，實現了控制部分和本體部分的可靠連接與標準化信息交互[11]。一二次融合成套開關的典型方案如圖1所示。

圖1 一二次融合成套開關典型方案Fig.1 Typical scheme of primary and secondary integrated switch

一二次融合成套開關技術優勢主要在于：1）一二次開關成套設計、開發，實現配電終端、開關設備在功能層面的深度融合，有利于配電設備各項功能的可靠有效實踐；2）一二次融合成套開關采用標準化接口，有利于一二次設備功能拓展、自動運維和快速替換；3）一二次融合成套開關設備的應用，突破了傳統故障責任劃分界限，有效減少了一二次事故責任糾紛。

此外，國內已在探索集成一二次深度融合的一體化開關設備，即在設備層面不再明確劃分一次和二次部分，實現一二次自設備和功能層面的深度融合。然而事實上，這種深度融合的電氣設備，不僅需要考慮一二次設備壽命匹配問題，同時也要考慮二次設備受電磁干擾、機械振動等惡劣運行環境影響，造成二次設備在運維、更換上的困難。

2 一體化全自動測試平臺

2.1 整體架構

構建一二次融合成套開關的一體化自動測試平臺如圖2所示。一二次成套開關測試平臺主要分為一次控制柜、二次控制柜以及接線柜3部分。

圖2 一二次融合成套開關測試平臺架構Fig.2 Architecture of primary and secondary integrated switch test platform

其中一次控制柜主要包括程控功率信號源、高精度三相表、接地機構、虛擬開關、各類傳感裝置（液壓、溫度、行程、氣壓）和升壓/升流機構，實現接線柜中一次設備的測試開出控制與測試開入分析。

二次控制柜主要包括程控功率信號源、高精度三相表、錄波儀、電壓電流轉換裝置和標準化接口，實現接線柜中二次設備的測試開出控制與測試開入分析。

此外，一次、二次控制柜部署測試控制軟件、測試結果分析模塊、運行環境模擬模塊等，用于一二次融合成套開關一體化自動測試平臺的測試過程控制和報告出口。

接線柜是直接連接成套開關的設備，斷路器連接部分經PT/CT升壓、升流后可通過測試接線柜輸出720 A（最大暫態電流1 000 A）的電流和11 kV電壓，能夠有效仿真一次側運行環境；智能控制器連接部分能兼容電子式小信號和電磁式大信號接入，可輸出450 V，100 A的電磁式模擬信號及10 V電子式模擬信號，用于二次部分測試時的信號注入。

2.2 測試平臺接口模型

標準化接口是一二次融合成套開關的核心技術特征，也是一二次設備功能規范、即插即用等技術應用的基礎。

一二次融合成套設備采用標準化的航空插頭實現一二次通信和控制，測試過程中，同樣依托一二次融合成套開關標準化接口，實現被測設備的快速接入與測試。測試平臺配置電磁式接口4個（包括2個26芯航插和2個6芯航插）、電子式接口3個（2個26芯航插和1個4芯航插），如圖3所示。

圖3 測試平臺標準化接口Fig.3 Standardized interface of test platform

一體化全自動測試平臺提供標準化測試接口，各接口定義如表1～表3所示。其中，26芯航空插座用于傳輸和采集儲能、分合閘控制、負荷開關狀態、電壓電流等信號；6芯防開路航空插座用于傳輸和采集相電流、零序電流信號；4芯航空插座用于傳輸電壓互感器的供電電源及線電壓信號。

表1 電磁式及小信號26芯航插定義Tab.1 Definition of electromagnetic and small signal 26 core aviation plug

表2 電磁式6芯航插定義Tab.2 Definition of electromagnetic 6-core aviation plug

表3 電子式4芯航插定義Tab.3 Definition of electronic 4-core aviation plug

3 一體化自動測試技術

3.1 測試內容及模式

區別于傳統一二次獨立開關，一二次融合成套開關設備在測試上不僅應進行一次、二次部分獨立的功能、性能測試，還開展一二次融合成套開關的傳動測試，將一二次成套開關按實際使用情況接入測試平臺，測試平臺編排測試案例并模擬測試環境，實現一二次融合成套開關的整體測試。

采用獨立測試與傳動測試相結合的方式，一方面有利于保障一二次融合成套開關的設備質量與功能兼容性，另一方面也提高了設備整體測試效率，降低一二次設備聯調試驗和現場試驗困難。表4為一二次融合成套開關的測試內容，豐富的傳動測試能夠反應完整的故障信息采集和設備動作鏈條，驗證一二次設備協同工作能力。

表4 融合成套開關測試內容Tab.4 Test contents of integrated switch

3.2 測試流程無人化技術

采用一二次融合成套開關一體化全自動測試平臺，能夠實現成套開關的一二次設備獨立測試和聯合測試，其測試流程如圖4所示，測試過程中僅測試設備連接、測試內容選擇需要人工接入，測試執行后直至測試結果統計均無需測試人員值守，有效提高測試效率。

圖4 全自動測試平臺測試流程Fig.4 Test flow of full automatic test platform

圖5為一體化全自動測試平臺測試過程中各模塊交互及通信情況，測試前連接被測設備并選擇測試項目和測試案例；測試開始后，運行環境仿真模塊根據測試序列通過程控功率源及電流、電壓放大器提供高壓運行環境，同時編制四遙報文模擬主站通信并控制虛擬終端狀態，被測一二次融合成套開關根據自身設備邏輯運行動作，經由四遙報文采集、電氣量傳感、行程傳感等模塊采集測試結果，測試結果反饋至運行環境仿真模塊更新觸發下一測試狀態；測試結束后，平臺統一輸出測試過程數據，并進行測試結果判定和編制測試報告。

圖5 全自動測試平臺模塊交互Fig.5 Module interaction of automatic test platform

3.3 測試結果智能分析技術

為實現一體化全自動測試和測試過程無人化，應從測試準備階段、測試實施階段及測試總結階段3個階段具體考慮自動測試方法。在測試準備階段實現被測設備的標準化、便捷化和高效接入；在測試過程中實現測試內容無間斷逐項實施，實現測試過程無需值守操作；在測試總結階段則實現測試結果的智能分析和測試報告的自動填寫，實現一體化自動測試的全流程閉環，測試結果智能分析技術有效提升測試結果分析效率，避免了人工記錄出現錯誤，也為測試結果維護和測試結果數據挖掘奠定基礎。

一體化全自動測試平臺測試結果智能分析實現框圖如圖6所示，測試案例庫與運行環境仿真實時交互，測試案例庫根據測試環境和測試內容，向運行環境仿真模塊逐項輸入測試觸發事件，運行環境仿真模塊一方面根據觸發事件仿真并開出系統電氣量、開關量狀態，另一方面仿真設備正確動作情況作為測試結果基準。一體化測試平臺接線柜負責整體環境模擬輸出和被測設備狀態傳感，實現一次設備分合閘狀態、儲能狀態和電源狀態感知與二次設備四遙信息、保護電流、計量電流及控制輸出情況的感知。

圖6 全自動測試平臺測試結果智能分析Fig.6 Intelligent analysis of test results of automatic test platform

測試結果智能分析中則按照基準結果維護、測試結果記錄、測試結果比對、異常狀態分析、測試報告填寫及測試結果大數據維護6項流程實施。部分基準結果維護需根據被測設備相關技術規范在測試前填寫維護，其余則通過運行環境仿真模塊傳遞基準結果。測試結果比對主要根據被測設備狀態和基準結果情況進行比較，根據測試邏輯要求判定是否合格，根據偏差情況進行原因分析。測試結果大數據庫維護則是在大量測試過程中，將多種測試不合格情況存儲記錄，實現測試結果關聯與故障快速溯源，協助被測設備質量整改提升。

3.4 技術差異化分析

傳統配電開關測試方法如圖7所示，傳統配電設備測試工作針對單一測試對象和測試內容，采用相應測試工具進行測試信號輸入和測試結果觀察分析。采用傳統測試方法需要專業測試人員測試方案設計、測試設備連接、調試、實施和測試結果分析記錄，測試人員需要全程參與。

圖7 傳統配電開關測試方法Fig.7 Test method of traditional distribution switch

本文提出的一二次融合成套開關測試平臺已在多家測試機構實現應用，突破傳統測試方法中，測試設備與測試內容一一對應，測試過程全程人工參與的困境，實現了測試過程全自動執行（圖8）和測試結果自動分析（圖9），全面提升了配電成套開關的測試效率與效益，直接助力實現配電開關類設備“到貨全檢”的管理目標，保障配電成套開關設備質量與運行安全。

圖8 測試全自動執行Fig.8 Automatic test process

圖9 測試結果智能分析Fig.9 Intelligent analysis of test results

測試技術用時對比如表5所示。

表5 測試技術用時對比Tab.5 Time comparison of test technology min

與傳統配電設備測試方法相比，采用一二次融合成套開關全自動測試提高測試效率80%以上，人工參與度降低90%以上，此外采用全自動測試技術其優勢在于：1）測試系統高度集成，包含高精度功率源、多通道標準表、波形記錄儀等；2）測試項目全面，涵蓋一次開關、二次終端、融合成套系統的性能及功能試驗；3）信號兼容性好，全面兼容傳統電磁式信號以及各種小信號傳感器信號特性；4）自動化程度高，測試系統可自動切換一次試驗、二次試驗及一二次傳動試驗3種模式而不需要重新接線；5）測試可信度高，測試實施過程全自動無人工參與，避免測試方法、結果記錄中的錯誤；6）接線效率高，采用全航插接口；7）管理功能全面，實現用戶管理、樣品管理、測試方案管理、測試過程執行、測試報告匯總等全方位功能。

4 結論

本文研究一二次融合成套開關測試技術與測試平臺設計，梳理總結了一二次融合成套開關的技術特征，提出了一體化全自動測試平臺整體架構，并給出測試標準化接口方案。進一步，本文研究梳理了一二次融合成套開關在聯合測試方面的需求與測試內容，詳細闡述了一二次融合成套開關的全自動測試平臺測試流程與方法。與傳統配電設備測試方法相比，通過一體化全自動測試平臺的推廣應用，將有效解決融合成套設備一二次獨立測試的現狀，其測試方法和環境更加切合現場運行實際，在測試效率、測試結果可靠性等方面也更具優勢。