新一代變電站繼電保護自動測試裝置測試研究

黃瑞雯

（國網武漢供電公司漢陽供電中心）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，居民生產生活水平的提高，對電力供電可靠性也提出了更高的要求，這也使得變電站穩定可靠運行成為研究熱點之一。作為變電站中重要組成部分繼電保護裝置穩定可靠運行對電力系統的安全運行至關重要，繼電保護裝置的誤動或損壞均能導致線路誤跳，造成停電事故，而電網的建設規模越來越大投入的繼電保護裝置也越來越多，誤跳的可能性也越來越大［1-2］。而在投運前檢測繼電保護裝置的功能及質量是否正常能夠有效的避免這類問題，但實際中變電站中由于廠家招標采購等外界不可控因素使得變電中繼電保護裝置接口并未統一，這給檢測保護裝置的功能及質量帶來了困難，極大的限制校驗工作的開展。從檢測方法來看，現場檢測仍采用傳統的靜態測試方法，該檢測方法具有耗時長、效率低、主觀影響因素大等缺點［3-4］。

隨著智能變電站的大規模投入使用，智能變電站中繼電保護裝置實現了變電站電流電壓數據的數字化，且保護裝置設計要求嚴格按照標準執行，保護裝置的接口統一，這使得智能變電站中保護裝置功能及質量的自動檢測成為可能［5］。基于此背景條件下，在調研實際智能變電站保護裝置檢測的應用現狀，結合現有的自動檢測技術，在二者的基礎上提出一種用于智能變電站保護裝置自動檢測的方法，期望能夠幫助現場測量人員快速檢測及校驗保護裝置，提升現場工作效率，進而提高電力系統的供電可靠性。

1 模擬實際故障

在傳統的保護裝置測試基礎上提出一種新的自動測試方法，為了進一步分析該方法能否測試繼電保護儀器各項功能，第一步就是要求測試裝置具備模擬實際故障的功能，并且能夠根據現場不同故障場景模擬不同的故障信號，以達到充分測試保護裝置的目的［6］。另外要求故障模擬單元能夠適應現場各類通訊接口，同時在信號的采樣方式、采樣率也要滿足要求，要求選擇信號傳輸方式為小信號且具備報文功能，采用信號直接采樣法采樣間隔不大于8μs，以提高信號的檢測精度。通過實際市場調研得知北京某公司生產的型號為PN504故障模擬裝置能夠滿足上述要求，選擇該模塊作為保護裝置測試系統中的組成單元，采用的實際故障模擬裝置的參數見表1。

表1 故障模擬模塊性能參數

通過表1中的數據可知，故障模擬單元一共有6個光口端口、8個物理開入端口、4組SV接口，在信號處理能力方面，該模塊可獨立配置模擬12路端口信號，其信號采集時間間隔僅為60ns能夠滿足故障模擬要求。

2 繼電保護裝置測試系統的設計

2.1 測試系統結構

在參照目前保護測試裝置及與保護測試相關內容的基礎上提出變電站繼電保護裝置自動測試系統，其組成結構如圖1所示。保護自動測試系統結構主要分為兩個部分，分別是測試系統與被測裝置。為了提高傳輸信號的抗干擾性能，在設計時將測試系統軟件部分與系統硬件組成部分之間通信選擇為套接字方式，該通信方式也可以將自動測試系統中軟件控制信息傳輸至硬件模塊中，同時能夠接收被測裝置信號。而保護測試系統與被測保護裝置之間的通信方式則是選擇具有單向通信功能的MMS通信，通過該通信方式繼電保護裝置能夠接收到保護測試儀下發的各類控制命令，包括模擬故障信號等。自動測試系統通過該通信方式則是能夠獲得保護或遙測信號，包括開關變換位置、開關動作報告等，在這種雙向通信方式下，保護測試系統完成了保護裝置的功能校驗測試。

圖1 繼電保護裝置自動測試系統結構圖

上述內容概述了保護測試系統的組成結構，另一項至關重要的部分則是控制軟件設計部分，在參照軟件的基礎上根據實際需求將軟件劃分為通信單元、信號執行單元、案例編輯單元、輸出報告單元、案例管理單元。其中通信單元主要負責信號的下傳和上達，完成控制命令信號的下發及反饋信號的接收及分析；案例編輯單元主要是測試者根據實際需求調用子模塊案例編輯需求的故障案例，因此需要在該單元中設置大量豐富的子模塊案例供設計選擇；案例管理單元則是用于常用或典型故障案例的保存及備份，在實際測試現場可以直接調用，具有操作簡單、時間短的特點；輸出報告單元則是所有測試項目結束以后負責將測試結果報送，可以根據實際需求設置報送的格式與模板。

2.2 測試流程

前文對保護測試系統的組成結構進行了概述，接下來對其工作流程進行簡介，其流程如圖2所示，從圖中可以看到，系統開始測試時首先是查找系統中有無測試者需要的故障模擬案例，如果有該案例，則進入到下一步執行環節，否則需要測試者單獨調出案例庫自行編寫。進入到案例正確性檢查環節，案例正確性檢查環節通過后進入正式測試環節，若案例正確性檢查不通過則進入開始界面。反之進入測試環節，包括測試前準備，保護定值修改、故障告警，自動測試儀會檢測被測繼電保護裝置的反饋結果是否正確，測試正確后將生成測試結果，整個測試流程結束。

圖2 繼電保護測試系統測試流程

3 繼電保護測試系統測試

在參照實際220 kV線路各項保護的基礎上確定保護測試內容，測試的具體內容如表2所示。表中數據主要分為兩部分分別是保護和測試內容，保護主要包括電流差動保護、重合閘保護、距離保護，根據三種保護的指標參數，選擇保護動作時間、保護的動作邏輯、以及設定保護值精度來評判測試保護裝置的功能是否具備，質量能否滿足實際電力系統需求。對緊急告警信號能正常分析判斷及報送，常見的緊急信號主要包括控制回路斷線如CT、PT信號中斷等，直流接地或短路故障，SV等報送數據中斷或數據異常等。

表2 繼電保護測試具體內容

為了進一步對比分析該方法的測試性能，同時使用常規保護測試儀裝置對上述內容進行測試。表征性能的參數設置為上述內容測試時間，與常規測試裝置對比，測試內容所用時間如圖3所示。

圖3 常規方法與提出方法測試時間達對比

從圖3可知，提出的保護自動測試系統與常規的保護人工測試相比，其測試時間均要小于常規的測試方法，表明建立的保護測試系統顯著地提升現場測試工作效率、優化縮短了測試流程、有效地避免了測試過程中人為主觀因素的干擾保證了測試結果的客觀性和準確性。該測試系統也豐富了繼電保護裝置的技術測試手段，有效降低了電力系統中繼電保護裝置的故障率，進而降低了保護裝置誤跳的風險，提高了電力系統的供電可靠性。另外，未來隨著該系統繼續大量推廣應用，故障案例庫的進一步豐富，該系統在工作效率與測試全面性會進一步得到提升。

4 結束語

傳統的變電站保護裝置測量系統存在測試時間長、測試程序復雜等缺點。基于常規繼電保護測量裝置的基礎上，并參考現有的自動測試技術，提出了一種新的繼電保護自動測量裝置，與傳統的繼電保護測量裝置對比，能夠顯著的降低現場測試人員的工作量，提高工作效率。在測試保護裝置的穩定性和準確性方面，也明顯的優于傳統的測試方法，能夠確保站內保護裝置正常投入運行。提出的保護裝置自動測量方法對變電站新站投運驗收或大修后保護調試工作具有重要意義，隨著網絡數字硬件技術的突破發展，未來有望能夠實現多個繼電保護裝置同時調試與驗收，其未來發展空間更加廣闊。