IEC 61850数字式继电保护测试仪的检测及技术分析

杨 涛，梁海东，张钟平

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

0 引言

随着国家电网公司智能电网战略的加快发展，智能变电站的建设快速推进，以IEC 61850为基础的数字化继电保护与安全自动装置在实际工程中大量应用，对继电保护测试技术提出了新的挑战。以模拟量输出与开关量检查为基础的传统继电保护测试仪无法对采用IEC 61850技术的数字化继电保护开展测试，各继电保护测试仪生产厂家纷纷推出基于IEC 61850数字化技术的继电保护测试装置[1]，但由于IEC 61850技术应用本身较为复杂、新产品开发周期较短、实际工程应用经验较少以及统一的技术标准与规范缺乏等原因，这些测试仪均存在诸多问题，某些装置甚至在现场应用中很多基本测试都无法完成。另外，由于工作原理不同，各种型号产品的功能与性能差异也较大。这些均对现场实际应用产生了较大影响，无法满足继电保护测试的技术要求。

因此，迫切需要开展数字式继电保护测试仪的相关检测，规范数字式继电保护测试仪的相关功能，提升其整体性能，为继电保护测试提供更好的方式与手段。

1 检测概况

1.1 检测目的

IEC 61850数字化继电保护测试仪主要实现数字化及保护功能测试两大功能。其IEC 61850功能要求能够输出基于IEC 61850-9的采样值（SV）报文，并能配置SVCB的相关参数；能够发布GOOSE报文并对其进行参数配置；能够订阅GOOSE报文，正确解析报文信息[2]。保护功能测试与传统继电保护测试仪相同，要求能够利用测试仪的通用测试、状态序列、整组试验等测试模块实现保护装置各种保护功能的校验。

检测主要围绕上述两大功能展开，由于IEC 61850-9-1部分不是技术发展方向且应用较少，已被新标准所废弃，因此检测内容不涉及9-1部分，只检测GOOSE功能与SV（9-2）功能。

为保证测试的广泛性，选择了许继电气、北京博电、广东昂立、武汉豪迈、成都天进、华东电气等6个主要数字式继电保护测试仪厂家的产品，力争掌握目前IEC 61850数字化继电保护测试仪的发展现状及技术水平。

1.2 GOOSE与SV（9-2）等数字化功能的检验[3]

（1）GOCB配置功能——检查SCL文件导入、支持IEC 61850基本数据类型、开关量关联、数据集描述等功能。

（2）GOOSE发布报文一致性检验——检查发布的GOOSE报文的参数与数据是否与所配置的GOCB的参数一致。

（3）GOOSE发布功能检验——检查StNum序号、SqNum序号、Test功能配置、GOOSE发布机制等。

（4）GOOSE订阅报文一致性检验——检查订阅GOOSE报文时是否按照SCL文件中的相关描述对AppID，GOCB Reference等进行检查后接收。

（5）GOOSE订阅功能检验——检查GOOSE订阅机制、断链报警等功能。

（6）GOOSE性能测试——发布/订阅最小分辨率检查、发布/订阅控制块数量检查、订阅负荷测试、发布/订阅延时测试。

（7）SVCB配置功能检查——SCL文件导入、电流电压通道关联、SVCB参数配置等功能检查。

（8）SV（9-2）发布报文一致性检验——检查SV发布报文中的SVCB参数及数据集成员是否与相应SCL文件中的描述一致。

（9）SV（9-2）发布功能检验——检查采样率、同步标志配置等。

（10）SV（9-2）传输性能测试——报文发布间隔检查、与GOOSE同步性检查、SVCB控制块数量检查。

（11）SV输出准确度检验——输出电压、电流、相位的准确度检查。

（12）时间准确度检查。

1.3 继电保护功能的测试模块检验

将测试仪与数字化保护装置相连，利用其通用测试、状态序列、距离保护、整组试验等模块，模拟单相接地、相间短路、瞬时性故障、永久性故障等，检查测试仪保护功能模块的正确性，并对测试仪软件的操作性能作出评价。

1.4 检测平台及依据

利用现有技术手段与工具，在实验室内搭建了1个测试平台，所有的数字化继电保护测试仪均在此平台上展开测试，测试平台与工具分别如图1及表1所示。

表1 测试工具

目前，国内没有针对数字化继电保护测试仪的专用标准及规范，以传统继电保护测试仪的技术标准DL/T 624《继电保护微机型试验装置技术条件》作为参考，并将 DL/Z 860（IEC 61850）《变电站通信网络和系统》、Q/GDW 396-2009《IEC 61850工程继电保护应用模型》等数字化继电保护相关技术标准作为检测依据。

2 检测方法

2.1 GOCB，SV配置功能检查

利用被测测试仪软件导入某变电所的SCL文件（SCD，CID），检查是否能够导入、替代、添加SCL文件；是否能够正确读入文件中所包含的GOCB及SV的配置参数及数据集；检查其是否能够支持IEC 61850基本数据类型；检查是否能够对GOCB的数据集成员数目及数据类型进行手动配置；检查GOOSE数据集成员与开入开出的关联及取消功能，SV数据集成员与输出通道的关联及取消功能。

2.2 GOOSE，SV报文一致性测试

利用MMS Ethereal软件，截取测试仪所发送的GOOSE，SV报文，检查报文中信息是否与手动配置或SCL文件中的描述一致。对于GOOSE报文，应检查MAC Address，VLAN ID，Priority，AppID， GOCB reference， Time Allowed to Live，Dataset reference， GOOSE ID， Config Revision，Data等参数及数据；对于SV报文，检查MAC Address，VLAN ID，Priority， AppID，NoASDU，SV ID，Data等参数及数据。

2.3 GOOSE，SV发布功能检查

利用MMS Ethereal软件，监视测试仪所发送的GOOSE，SV报文，当事件发生变化后，GOOSE报文中的StNum应增加，SqNum应清零；在测试仪重启或GOOSE重新配置后，确认发送初始的GOOSE报文中sqNum与stNum是否均为1；检查GOOSE控制块是否支持Test（检修）手动配置功能；检查SV报文采用的频率；检查SV控制块的Smpsynch及q是否支持手动配置。

2.4 GOOSE订阅功能

对于同一GOOSE控制块，利用CMC256作为报文发布者，被测测试仪作为报文订阅者。在CMC256软件中修改GOOSE控制块MAC，AppID，GOCB reference等参数，检查被测测试仪在接受报文时是否将以上参数作为判断条件；检查CMC256中事件变位后，被测测试已是否能够正确接收并显示；CMC256发送双点信息（Dbpos）时，检查被测测试仪是否能够正确接收。

2.5 SV发布性能及同步性测试

将报文记录分析仪与被测测试仪直接相连，记录一段时间内的SV报文。由于报文记录分析仪采用FPGA解码，时间精度较高，可达ns级别，故可以用其记录的报文来分析SV报文发送的等间隔性。对于每周波80点采样的SV报文，其发送间隔应为250 μs。另外，在测试仪中模拟各电流电压通道幅值突变，同时GOOSE中的事件发生变位，报文记录分析仪记录此时的报文，可以检查SV内部各通道之间的同步性以及与GOOSE报文发布的同步性。

3 存在的主要技术问题

经过检测后，各个厂家根据检测发现的问题及相关建议，对其产品进行了相应的改进。目前，这些产品基本满足IEC 61850数字化继电保护测试仪的技术要求，能够对IEC 61850数字化继电保护装置进行测试，但仍存在以下技术问题。

（1）GOOSE发布/订阅功能对IEC 61850中的基本数据类型支持不够全面。只有少数产品能够支持IEC 61850的所有基本数据类型，大多数产品只能支持Boolean，Dbpos，Timestamp 3种数据类型。因此，当GOOSE发送的数据集（DataSet）中存在其他数据类型时，GOOSE将不能正确地发布GOOSE报文。为了保证GOOSE发布/订阅功能的完善性，应实现对IEC 61850-6中的基本数据类型的全面支持，包括Boolean，Int，Float，Enum， Dbpos， Quality， Timestamp， VisString，Struct等。

（2）SCL文件的导入功能不够完善。数字式继电保护的测试需要测试人员对GOOSE控制块、SV控制块进行大量的参数配置，如果只支持手动配置功能，将大大降低测试工作的效率，并容易带来配置出错的问题。因此需要支持SCL文件的导入功能，实现GOOSE控制块、SV控制块的自动配置。检测后发现，大多数产品均不支持SCL文件的导入，经过整改之后，虽然能够基本支持SCL文件的导入，但仍存在SCL文件替代添加功能不全、无SCL文件错误信息提示、导入功能不稳定等问题。

（3）测试仪均已具备GOOSE控制块、SV控制块手动配置功能，但是功能不够完善，使用不够便捷，存在手写输入数据类型与导入功能混淆等问题，给使用者带来诸多不便。

（4）各厂家产品均不同程度存在违背IEC 61850标准及相关技术规范的现象。譬如，错误地认为GOOSE控制块的Appid，MAC等参数是每个DA的属性；事件变化后，GOOSE报文发布的StNum增加，SqNum变为1，而不是SqNum清零；在GOOSE订阅配置界面中配置Test，MAC，Priority，VlanID等参数。

（5）作为GOOSE订阅者时，测试仪应支持对各个GOOSE控制块的断链报警功能，在测试仪与保护装置之间的通信发生断链时，能够给测试人员以相应的提示。测试仪接收各个GOOSE控制块的心跳报文，如在2倍允许生存时间（Time Allowed to live）内未收到心跳报文，则认为该GOOSE控制块通信断链并给出报警提示。

4 几点建议

（1）对于数字式继电保护测试装置，目前国内尚无专用标准与规范。由于缺乏统一的技术规范与技术条件，各种型号产品的功能与性能差别较大，对现场实际应用产生了较大影响，因此迫切需要制定统一的技术条件与技术规范，规范与提高数字式测试仪的整体性能。

（2）根据国家电网公司 Q/GDW 441-2010《智能变电站继电保护技术规范》，继电保护装置需采用“直采直跳”的技术模式[4]，这就对数字式继电保护测试仪提出了新的技术要求。为了测试符合此规范的继电保护装置，测试仪必须支持SV采样值等间隔发送，并能够对采样延时数值进行设置。在本次检测中，未对此项内容提出具体要求，但通过检测发现，多数产品并不能将SV采样值等间隔发送。因此，为了具备对“直采直跳”继电保护装置的测试能力，测试仪必须满足规范中要求的SV采样值等间隔发送，这是数字式继电保护测试技术的一个发展方向。

（3）数字式继电保护测试仪的生产厂家往往追求测试仪功能的多样化，既能支持小信号、IEC 61850-9-1，也能够支持IEC 61850-9-2，功能虽然全面，但是每项功能都不能较好地实现，存在较多的使用缺陷。生产厂家应紧紧把握技术发展方向，将功能做强做精，提高数字式继电保护测试领域的整体技术水平。

[1]冯硕，黄梅，李晓朋．基于IEC 61850的光数字继电保护测试仪的研制[J]．继电器，2008，36（8）:23-25．

[2]李晓朋，赵成功，李刚，等．基于IEC6 1850的数字化继电保护 G OOSE 功 能测试[J]．继电器，2008，36（7）:59-61．

[3]浙江省电力公司.Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型[S].2009.

[4]国家电网公司.Q/GDW 441-2010智能变电站继电保护技术规 范 [S]．2010.