智能變電站繼電保護裝置自動測試系統分析

徐 煌，李海欣

（國網福州供電公司，福建福州 350009）

通信技術、電子技術在新時代背景下日漸完善，而模糊邏輯、遺傳算法、神經網絡等人工智能技術現已逐漸被應用到變電站繼電保護裝置中，促進了繼電保護測試工作的數字化發展，并有助于智能變電站的建設。但現階段智能變電站繼電保護裝置自動測試相關技術仍存有一定缺陷，測試儀自動測試性能不佳，仍需人工輔助，且需手動記錄測試結果，在一定程度上增加了人工工作量。在此情況下，需要借助數字化技術構建行之有效的繼電保護裝置自動測試系統。

1 繼電保護裝置自動測試系統整體架構思路

1.1 硬件設計

智能變電站繼電保護裝置自動測試系統的硬件結構是確保其性能良好發揮的主要支撐，包括測試儀、交換機、測試端、數字保護裝置，以交換機為紐帶銜接測試儀、測試端與數字保護裝置，搭建一個完整的通信鏈路，同時用光纖連接數字保護裝置與測試儀[1]。在此硬件結構中，所有自動測試活動均基于測試端完成，自動測試系統硬件結構具體如圖1所示。

圖1 自動測試系統硬件結構

1.2 軟件框架

自動測試系統軟件框架見圖2，其主要由兩個軟件結構構成，即自動測試結構和二次開發結構。自動測試結構的關鍵在于自動測試模塊，其與標準報告、MMS（多媒體信息服務協議）通信模塊、測試儀接口相連接。當自動測試系統運行時，標準報告模塊與自動測試模塊將會自動運行，并調動測試儀及其接口，對繼電保護裝置故障問題進行通信，在此基礎上運用MMS 通信模塊傳輸信息數據，繼而良好完成數據讀取。二次開發部分的核心在于編輯模塊，其與測試功能標準庫、測試通信命令標準庫、測試模塊相連接，可根據智能變電站繼電保護裝置測試需求編制測試模板，最終以編輯報告的形式呈現出來。

圖2 自動測試系統軟件框架

2 繼電保護裝置自動測試結構的設計要點

2.1 測試儀控制接口

以測試儀保護功能模塊參數為基礎抽象分析測試結果參數，由此獲得測試儀自動測試功能接口及其規范情況。借助XML（可擴展標記語言）文件技術描述對象結構化信息，將所得接口規范存儲至XML 文件內，以此可構成基本的數據接口庫，而該接口庫能夠對結果參數、通用參數、故障參數等繼電保護執行測試參數進行描述，并為各參數定義屬性，為后續測試記錄工作的落實奠定基礎。抽象分析測試儀功能模塊測試流程，并借助軟件接口函數進行功能測試，具體如下：①設置函數能夠確定測試儀端口號及IP 地址，并基于兩者展開接口程序測試連接工作。②測試函數能夠將故障參數、測試功能ID 上傳至系統模塊，進一步展開測試儀驅動測試工作。③停止測試函數能夠使故障輸出終止。④獲取報告函數功能在于確保報告數據的獲取。⑤異常信息函數主要用于采集繼電保護裝置自動測試期間所發現的異常信息文本。依托于上述函數即可基本保障測試儀功能。

為進一步完善測試儀接口程序，可將信息接收窗口進行綁定，當測試儀執行命令時，自動測試模塊可接收到來自Windows 的測試狀態變化信息，并將該信息傳輸至接收窗口內。接收窗口所能接收到的信息主要有測試開始信息、聯機狀態信息、異常數據信息等，此外，為便于調試自動測試功能，可選擇COM組件（組件對象模型）為接口組件，在測試儀接口程序內將COM 組件接口開放，以此便于測試功能的調整[2]。

2.2 MMS通信模塊

通信模塊的設定關乎整個自動測試系統的數據信息傳輸，在系統功能結構設計的過程中，可應用異步調用方式確定MMS 通信模塊與自動測試程序之間的測試關系。若在自動測試系統通信期間遭遇異常情況，系統內測試模塊可自動判斷異常狀況影響程度，并對通信流程進行調整優化，如多次執行通信命令、中斷測試過程、開啟警報通告等。為保障自動測試系統通信功能有效性，在系統內設置通信命令文件，其中完整存儲了MMS 通信模塊所支持的命令。在設計MMS 通信模塊時，應綜合考慮自動測試系統通信流程，使MMS 通信模塊功能能夠完整。

對MMS 通信模塊功能進行總結，具體如下：①可加載設備點表，并可連接設備點表與繼電保護裝置。②能夠按照裝置規約執行通信命令操作。③可采用直觀性表格及樹狀目錄的方式呈現出繼電保護裝置的點表數據。④可采用點表數據編輯的效果修改裝置數據。⑤能夠支撐自動測試系統監視界面的通信，以此良好把控裝置報文數據的傳輸與接收。⑥要求MMS 通信模塊可調整系統通信參數。⑦對接口命令及數據訪問接口進行通信連接，確保測試信息、裝置參數等內容能夠良好傳輸，為告警信息傳遞、測試數據采集、保護動作執行等功能的實現奠定基礎。

2.3 方案編輯技術

現階段自動測試系統存在一個顯著缺陷，即測試結果需人工統計整理，導致繼電保護裝置測試過程仍存在人工干預。為解決該問題，需增設標準文件格式，使系統能夠根據該文件格式自動生成測試報告，用于記錄測試過程、方法及結果。而這一功能的實現需運用方案編輯技術，對繼電保護裝置測試規程進行編輯。結合上述所提出的自動測試系統結構來看，測試方案相關內容主要涉及報告模塊、測試模塊，在此基礎上增設測試子模塊，并從測試項目定義、數據接口兩方面確定測試子模塊功能。在系統實際運行期間，系統可根據測試方案詳細存儲測試明細，依靠系統內智能模塊自動生成測試方案，以此直觀清晰地呈現測試過程狀況。

測試方案的設置需借助方案編輯技術，在本次設計中，主要應用數據模型替換技術處理該問題，使測試方案編輯功能可良好實現。基于數據模型替換技術實現方案編輯功能的流程如下：①以現有模塊方案及機電保護數據參數為依據進行數據匹配，并可在智能匹配算法的映射下確定數據之間的對應關系。②對算法所形成的數據映射關系進行修正優化。③以數據映射關系為依據，將數據名稱ID 集中至新建數據集內。④對自動測試系統內故障計算公式進行檢測，基于數據映射關系替換源數據ID，以此產生新數據ID，基于新數據ID 更便于生成測試方案。

2.4 自動測試模塊

自動測試模塊功能的實現需建立在測試項目順序基礎上，確保系統能夠按照既定順序測試繼電保護裝置，輔以規約引擎及通信模塊，使自動測試系統可良好獲取測試數據，進一步分析繼電保護裝置測試是否合格，并將測試結果輸入測試方案，并進一步形成標準化測試報告。完成上述測試步驟后，自動測試系統將對用戶發送提醒信息，使用戶可盡快執行操作[3]。在自動測試模塊作用下，還可將測試結果呈現為圖形曲線。為提高數據安全性，可在自動測試模塊內增設加密技術，防止出現數據篡改丟失現象。自動測試模塊設置效果可直接影響整個測試系統的運行，故必須重視自動測試模塊。

對自動測試模塊功能進行總結：①能夠對測試現場過程進行控制，并根據繼電保護裝置測試過程進行程序跳轉。雖自動測試系統可在無干預狀態下開展測試工作，但若具有特殊測試需求，測試人員可通過操作自動測試模塊選擇或取消某一測試項目。②用戶可將自身檢測需求設置到該模塊中，上傳特定數據標準或依據，此時自動測試模塊將以用戶數為依據確定故障計算算法，并完成繼電保護故障的計算工作。③明確裝置狀態及危險點，并發出警報提醒，此外，自動測試模塊能夠調用測試儀接口，進一步驅動測試端測試繼電保護裝置電氣量數據，同時該模塊可對參數計算腳本進行控制，以此確保自動測試系統可良好實現參數數據計算功能。④自動測試模板與MMS 通信模塊逐漸存在關聯，可通過調用通信模塊執行各通信指令，并將測試所得參數結果進行整理，以測試報告的形成呈現，同時可將檢測過程信息整理為方案報告，并可輸出相應的圖形曲線。⑤可對報告數據內容進行檢驗，并在加密算法幫助下提高數據真實性。⑥具有自動恢復功能，若遭遇突然斷電等情況，也不會發生數據丟失問題。⑦可采用不同顏色信號燈代表繼電保護裝置測試狀態，即若繼電保護裝置尚未進行測試，則系統顯示黑色信號燈，若已完成測試工作，則顯示為綠色信號燈，若經測試后發現繼電保護功能不合格，則顯示為紅色信號燈。⑧在智能變電站繼電保護裝置自動測試過程中，可能存在不同測試需求，即僅測試某一項目、僅測試不合格項目等，為良好應對該情況，在自動測試模塊內設置不同程序，即“從該項目繼續測試”“測試已選定的單個或多個項目”“測試不合格項目”，測試人員可根據具體需求選擇不同程序。

3 繼電保護裝置自動測試系統在智能變電站中的實現討論

本次所提出的自動測試系統框架以軟件開發技術為基礎，對以往繼電保護測試系統實踐經驗進行總結，基于開放性平臺搭建了自動測試系統，經實踐驗證，該系統的自動化功能體系完備，可取代原有人工現場測試工作模式，降低了繼電保護測試人為干預度，且大幅提升測試效率與精準度，效果顯著。此外，在本次系統設計中，增設了“測試模板”，其與MMS 通信、測試儀接口形成了完整的技術組合，可使自動測試功能良好實現。還可將繼電保護裝置專業測試人員技術經驗以數據信息的方式上傳至“測試模板”內，用于提高測試效果。該自動測試系統用于現場檢驗作業時，僅需系統操作人員開啟自動測試任務，該系統在按照保護邏輯分析故障信息，通過調節測試儀電流電壓信號即可完成保護裝置的邏輯功能效果，并將產生所得保護信息以報文的形式傳輸至測試模塊，進一步判斷測試結果，同時由系統自動整理測試過程，生成測試報告[4]。結合實踐應用情況來看，本次所設計的自動測試系統具有顯著優勢：①具有較高實用性，在智能變電站實際工作中能夠表現出優異效果；②該系統兼容性較好，能夠與標準接口相連接，適用于不同型號的測試儀，保障了自動測試系統與測試儀的接口對接效果；③該系統可將測試過程及結果以報告的形式呈現，解決了現階段需人工整理統計的困境。

4 結論

本次研究從整體架構思路、結構設計要點、系統實現討論3個方面分析了智能變電站繼電保護裝置自動測試系統，經最終性能驗證后，發現其具有優異效果，可實現零干預，大幅減少了繼電保護測試工作量。此外，在該自動測試系統增設了“測試模塊”，可將現有測試人員專業能力及經驗以信息數據的方式存儲至“測試模塊”內，進一步保障了系統實效，避免了人為干預帶來的測試誤差，具有較強應用價值。