移动便携终端在智能变电站二次系统集成测试中的应用

李晓峰++张焕青++江渊++张园园

摘 要

随着智能化变电站近几年的大规模推广，智能二次装置整体技术日益成熟，对于装置本体功能及性能的测试已经不再是智能站投运和日常运行与维护的工作重点。现阶段智能站二次系统的集成测试涉及环节多、周期长，缺乏行之有效的调测手段，工程建设和运维检修的效率不高。本文归纳总结了针对智能站、满足IEC61850标准的二次系统集成测试的主要内容和技术特点，并结合一种新型的智能移动终端调测设备的研究成果，重点对调试过程中出现的关键性问题进行了探讨。

【关键词】智能变电站 IEC61850 二次系统集成测试 智能移动便携式调测终端

目前，智能化与集成化是变电站建设的引领新趋势。要实现智能变电站数字化、网络化和标准化，需要依托信息自动采集、测量、计量及监测等基础功能，并依据IEC61850 SCD模型完成二次智能设备（IED）系统的建设与配置。针对日益增加的智能变电站，结合其IEC61850的标准化特点、探索针对二次系统的集成调试的主要内容和方法，成为改进当前运检工作的重中之重。对其中所包含的关键性技术手段及其实用化的实现，能够缩短变电站建设时间、提高全站系统的运行可靠性，为提高智能站工程建设效率提供支撑。

1 智能变电站及二次系统特征

随着社会的进步和发展，保持电力系统稳定性、安全性和可靠性逐渐成为人们关注的问题。电力企业面临的问题需要智能变电站加以解决，而智能变电站的建设则需要依托计算机网络技术和通讯技术的支持。智能变电站二次系统能够实现信息交互、共享和自反馈，具有以下几个特征：

1.1 自动控制，高度集成

二次系统结构具有完整性，可通过无缝连接技术，实现控制中心和变电站的信息联通。同时，全数字采集能够保证数据不出现重大遗漏，最大限度上减少了系统维护工作强度。

1.2 在线反馈，协同保护

所有数据均能够实现电子化收集，使得二次系统通过全面整合而实现性能上的优化。同时，通过对数据的在线监测，可将变电站运行状态、实时信息反馈出来，实现同步决策。

智能变电站二次系统使用IEC61850为主要信息交换标准。其基本框架包括三个部分：“过程层”、“间隔层”和“站控层”。过程层主要任务是针对一次设备相关功能的就地化完成。该层主要有互感器、智能终端与合并单元等，实现一次设备电气信号的数字化、实时监控一次设备的运行状态、和对上层下发来的命令的执行实现控制。间隔层主要包括监测、保护、计量等二次智能装置（IED）来实现站内核心业务。站控层主要提供全站运维的统一人机界面、并对间隔层和过程层中设备进行管理，全方位对全站实行监控，以及与远动监控中心实现通信功能等。

智能站二次系统以高速以太网构建出全站的通信网架，通信规约遵循IEC61850相关标准。全站的信息交互接口模型、逻辑接口与物理接口的映射模型、数据集模型和相关配置，都定义在IEC61850所严格规范化的SCD模型文件中。站控层与间隔层之间的数据交换接口可以传输IEC61850中规范的MMS和GOOSE报文。在间隔层的设备之间以及与过程层设备间的数据通信，是以IEC61850中定义的GOOSE和SV报文来实现的。

2 智能变电站二次设备系统集成测试方法

智能变电站的调试以变电站功能为主线，侧重于系统集成层面的设备配置校验、组态配置校验和核心功能应用的实现。现阶段，智能变电站二次系统调试的标准流程是：

组态配置 –> 系统测试 -> 系统动模 -> 现场调试 ->投运试验 ->定期运维检测

与传统变电站的二次系统调测过程比，二次系统的集成测试是智能站的特定和非常重要的环节。集成测试是指在二次设备单体测试完成之后，将所有的智能装置（IED）或应用功能模块按照设计要求组装成整体系统后，测试各个分部工作或系统总体联动工作是否达到相应的设计技术指标或系统功能是否工作正常。

智能站二次系统的集成测试，一般公认的主要内容有：

（1）单装置功能基本试验，确保该装置满足可以加入集成测试的基本要求；

（2）二次系统装置互联互通试验；

（3）合并单元同步性能和延时测试；

（4）时钟同步系统测试；

（5）智能终端延时测试；

（6）站控层监控系统试验；

（7）相关高级应用功能方案测试；

（8）三层网络性能测试。

在这个过程中，针对模型文件的管理和验证尤为重要。很多智能变电站并没有对相关全站的配置文件SCD进行规范化的管控与校验，且整个过程缺乏直观的检测与分析手段，制约了变电站设计、施工、调试、维护及系统扩建的有序进行。这种现状导致了变电站运行环境更加复杂，因此需要依托可视化系统配置工具在集成测试阶段加以解决，为二次系统维护提供便利条件。除此以外，智能站二次系统集成调测在现阶段的一些技术难点有：

2.1 变电站的仿真调测

综合多个仿真测试实例，观察相关IED之间的响应，从而快速对定位对IED之间的通讯问题和配合问题进行协调和定位，并对校验装置内部依存关系和逻辑性关系进行辅助测试。利用一次系统数字仿真强大的功能，对一次系统典型异常行为进行全面仿真模拟，进而实现智能变电站整体业务的完整性检验。

2.2 电信号采样量（SMV）回路联调试验

在智能变电站正常工况运行二次设备系统，检测合并单元、保护装置、测控装置的准确性，针对跨间隔保护及MU，需要对其性能和运行状况进行同步检查。

2.3 开关量（GOOSE）联调试验

开关量联调试验主要是对智能终端示值、系统响应性进行检查，同时也应做好间隔层设备与智能终端互操作性测试，如保护和测控功能等。并为间隔层设备间闭锁、启动失灵等信号进行互通性检查。

2.4 间隔层设备、监控系统联调试验

其中间隔层设备联调试验主要目的是为了对间隔层设备进行检查，包括间闭锁、启动失灵以及信号互通性检查，而监控系统联调试验则是对间隔层设备系统与监控系统之间的信号互通正确性进行检验。

2.5 远动通信系统检查

利用调度主站向外发送系统运行规则和要求，应符合设备系统实际运行情况，使其具备遥信量、遥测量、报文量等联通功能，并将其清晰显示出来。同时，可利用设备操作相关面板对设备系统进行实时性监测和遥控。

2.6 综合联动调测

将SCD中配置模型所传达的静态信息和站内实时IEC61850报文事件进行结合，实现对全站各个IED对外信息交互接口的快速检查，从中发现潜在问题。针对具有典型特征的变电站业务流程，例如保护、遥控过程等，实施实时监控，进而对整体业务流程进行检验。同时，能够对智能变电站关键性事件开展关联系分析，例如跳闸事件，因此能够快速寻找到导致不良事件发生的根本性原因，并采取具有针对性的处理技术进行在线判断。

一个针对智能站二次系统的集成测试平台的功能性结构与核心组件如图1所示。

3 一种新型的智能移动调测终端在智能站二次系统集成调测中的应用

文献[4]中提出，应该基于物联网和移动互联网技术推动智能站运维技术的创新和模式变革，构建以信息化装置、自动化巡视、智能化检修和不停电检验为特征的智能运维检修体系。基于移动便携终端对继电保护和其它二次设备进行精益化的开发和调试成为一种新趋势和新需求。我们在工作实践中尝试了一种新型的智能移动专用设备，较好的支持了上述的一些智能站二次系统的核心集成调测任务，又增加了系统测试的灵活性和便利性，其技术方向十分符合[4][5]中提及的新发展模式。

该设备将广泛应用于移动互联网领域的基于ARM微处理器和安卓（Android 5.11）操作系统的大屏平板技术和具有实时处理智能站通信报文的嵌入式FPGA技术相结合，构建出了一款符合国家电网站内调测类设备规范的专用移动测试终端。其基本参数特点为：

（1）具有8寸适合于室内外作业的触屏；

（2）采用实时优化的安卓操作系统；

（3）具有多种可与智能站通信系统和设备的直连接口，满足各种站内调测数据交互的要求；

（4）具备高工业级防护等级、符合国网关于站内调测类设备的硬件指标；

（5）配置了高续航能力的工业电池；

（6）装载了可涵盖站内二次设备运维调测功能的多款APP。如图2所示。

采用它，我们进行了一些新模式下的调测工作，实用效果良好。

（1）通过它从后台SCD管控系统中自动下载针对某个变电站的SCD文件和关联的配置信息。在站内工作时，可以便利地高可视化展示和分析站内的网络连接信息、IED间的虚连接和虚端子信息、虚拟保护回路与软压板信息以及SCD/CID的差异比较信息。做到了主要二次信息的全程高可视化。

（2）通过它实时捕获与采集站内IEC61850 SV、GOOSE和MMS等多种报文，结合SCD静态配置信息，可以完成上述的多种二次系统集成测试与分析。

（3）通过它的状态序列模拟仿真功能，可以针对多种二次设备（保护与测控IED、MU和智能终端等）进行跨设备的联动功能调测。如图3所示。

针对智能站二次信息不可视、配置复杂、测试时间长等问题，该装置对智能站可观、可控与可维护做了有益的尝试，提升了现场的工作效率和防误水平。采用它后，我们相关的集成测试实验时间缩减了60%。

4 结束语

智能变电站是国家电网公司电网建设的重点内容，是我国发展智能化电网竞争能力的外在体现，其整个项目建设过程与二次设备系统总目标联系密切。因此，研究智能变电站二次系统集成调试，并寻找简单、高效调试方法具有现实意义。通过以上分析，认为在对智能变电站开展二次系统集成调试时，应严格遵守行业标准，立足于全局，实现统筹规划，促进测试流程趋于科学化和合理化，保证设备集成的稳定性和可靠性。本文主要对智能变电站二次系统集成调试流程、方法进行分析，介绍了一种新型的智能移动调测装置，应用它提高站内二次设备运行维护人员的信息化单兵装备和移动化检验测试的水平，提高现场智能化系统集成调测的能力。

参考文献

[1]聂德桢.智能变电站二次系统故障诊断方法研究[J].山东大学学报，2014，04（16）.

[2]朱诗卉.智能变电站二次系统优化设计及研究[J].三峡大学学报，2014，21（14）.

[3]王振华.智能变电站嵌入式一体化平台的设计[J].山东大学学报，2013，11（31）.

[4]国家电网继电保护处[Z].继电保护专业发展方向新思考，2016（04）.

[5]国家电网调度中心[Z].调继[2016]59号2016年继电保护专业重点工作的通知，2016（05）.

作者简介

李晓峰，男，湖北省天门市人。硕士学位。现为国网湖北省电力公司检修公司高级工程师。主要研究方向为电力系统自动化、故障诊断技术。

张焕青，男，湖北省武汉市人。大学本科学历。现为国网湖北省电力公司检修公司高级工程师。主要研究方向为电力系统继电保护及自动化技术。

江渊，男，湖北省十堰市人。大学本科学历。现为国网湖北省电力公司检修公司工程师。主要研究方向为电力系统继电保护及自动化技术。

张园园（1979-），男。现为网湖北省电力公司检修公司工程师。研究方向为智能变电站运行与维护。

作者单位

国网湖北省电力公司检修公司 湖北省武汉市 430050