新一代变电站继电保护自动测试装置测试研究

黄瑞雯

（国网武汉供电公司汉阳供电中心）

0 引言

随着我国经济的快速发展，居民生产生活水平的提高，对电力供电可靠性也提出了更高的要求，这也使得变电站稳定可靠运行成为研究热点之一。作为变电站中重要组成部分继电保护装置稳定可靠运行对电力系统的安全运行至关重要，继电保护装置的误动或损坏均能导致线路误跳，造成停电事故，而电网的建设规模越来越大投入的继电保护装置也越来越多，误跳的可能性也越来越大［1-2］。而在投运前检测继电保护装置的功能及质量是否正常能够有效的避免这类问题，但实际中变电站中由于厂家招标采购等外界不可控因素使得变电中继电保护装置接口并未统一，这给检测保护装置的功能及质量带来了困难，极大的限制校验工作的开展。从检测方法来看，现场检测仍采用传统的静态测试方法，该检测方法具有耗时长、效率低、主观影响因素大等缺点［3-4］。

随着智能变电站的大规模投入使用，智能变电站中继电保护装置实现了变电站电流电压数据的数字化，且保护装置设计要求严格按照标准执行，保护装置的接口统一，这使得智能变电站中保护装置功能及质量的自动检测成为可能［5］。基于此背景条件下，在调研实际智能变电站保护装置检测的应用现状，结合现有的自动检测技术，在二者的基础上提出一种用于智能变电站保护装置自动检测的方法，期望能够帮助现场测量人员快速检测及校验保护装置，提升现场工作效率，进而提高电力系统的供电可靠性。

1 模拟实际故障

在传统的保护装置测试基础上提出一种新的自动测试方法，为了进一步分析该方法能否测试继电保护仪器各项功能，第一步就是要求测试装置具备模拟实际故障的功能，并且能够根据现场不同故障场景模拟不同的故障信号，以达到充分测试保护装置的目的［6］。另外要求故障模拟单元能够适应现场各类通讯接口，同时在信号的采样方式、采样率也要满足要求，要求选择信号传输方式为小信号且具备报文功能，采用信号直接采样法采样间隔不大于8μs，以提高信号的检测精度。通过实际市场调研得知北京某公司生产的型号为PN504故障模拟装置能够满足上述要求，选择该模块作为保护装置测试系统中的组成单元，采用的实际故障模拟装置的参数见表1。

表1 故障模拟模块性能参数

通过表1中的数据可知，故障模拟单元一共有6个光口端口、8个物理开入端口、4组SV接口，在信号处理能力方面，该模块可独立配置模拟12路端口信号，其信号采集时间间隔仅为60ns能够满足故障模拟要求。

2 继电保护装置测试系统的设计

2.1 测试系统结构

在参照目前保护测试装置及与保护测试相关内容的基础上提出变电站继电保护装置自动测试系统，其组成结构如图1所示。保护自动测试系统结构主要分为两个部分，分别是测试系统与被测装置。为了提高传输信号的抗干扰性能，在设计时将测试系统软件部分与系统硬件组成部分之间通信选择为套接字方式，该通信方式也可以将自动测试系统中软件控制信息传输至硬件模块中，同时能够接收被测装置信号。而保护测试系统与被测保护装置之间的通信方式则是选择具有单向通信功能的MMS通信，通过该通信方式继电保护装置能够接收到保护测试仪下发的各类控制命令，包括模拟故障信号等。自动测试系统通过该通信方式则是能够获得保护或遥测信号，包括开关变换位置、开关动作报告等，在这种双向通信方式下，保护测试系统完成了保护装置的功能校验测试。

图1 继电保护装置自动测试系统结构图

上述内容概述了保护测试系统的组成结构，另一项至关重要的部分则是控制软件设计部分，在参照软件的基础上根据实际需求将软件划分为通信单元、信号执行单元、案例编辑单元、输出报告单元、案例管理单元。其中通信单元主要负责信号的下传和上达，完成控制命令信号的下发及反馈信号的接收及分析；案例编辑单元主要是测试者根据实际需求调用子模块案例编辑需求的故障案例，因此需要在该单元中设置大量丰富的子模块案例供设计选择；案例管理单元则是用于常用或典型故障案例的保存及备份，在实际测试现场可以直接调用，具有操作简单、时间短的特点；输出报告单元则是所有测试项目结束以后负责将测试结果报送，可以根据实际需求设置报送的格式与模板。

2.2 测试流程

前文对保护测试系统的组成结构进行了概述，接下来对其工作流程进行简介，其流程如图2所示，从图中可以看到，系统开始测试时首先是查找系统中有无测试者需要的故障模拟案例，如果有该案例，则进入到下一步执行环节，否则需要测试者单独调出案例库自行编写。进入到案例正确性检查环节，案例正确性检查环节通过后进入正式测试环节，若案例正确性检查不通过则进入开始界面。反之进入测试环节，包括测试前准备，保护定值修改、故障告警，自动测试仪会检测被测继电保护装置的反馈结果是否正确，测试正确后将生成测试结果，整个测试流程结束。

图2 继电保护测试系统测试流程

3 继电保护测试系统测试

在参照实际220 kV线路各项保护的基础上确定保护测试内容，测试的具体内容如表2所示。表中数据主要分为两部分分别是保护和测试内容，保护主要包括电流差动保护、重合闸保护、距离保护，根据三种保护的指标参数，选择保护动作时间、保护的动作逻辑、以及设定保护值精度来评判测试保护装置的功能是否具备，质量能否满足实际电力系统需求。对紧急告警信号能正常分析判断及报送，常见的紧急信号主要包括控制回路断线如CT、PT信号中断等，直流接地或短路故障，SV等报送数据中断或数据异常等。

表2 继电保护测试具体内容

为了进一步对比分析该方法的测试性能，同时使用常规保护测试仪装置对上述内容进行测试。表征性能的参数设置为上述内容测试时间，与常规测试装置对比，测试内容所用时间如图3所示。

图3 常规方法与提出方法测试时间达对比

从图3可知，提出的保护自动测试系统与常规的保护人工测试相比，其测试时间均要小于常规的测试方法，表明建立的保护测试系统显著地提升现场测试工作效率、优化缩短了测试流程、有效地避免了测试过程中人为主观因素的干扰保证了测试结果的客观性和准确性。该测试系统也丰富了继电保护装置的技术测试手段，有效降低了电力系统中继电保护装置的故障率，进而降低了保护装置误跳的风险，提高了电力系统的供电可靠性。另外，未来随着该系统继续大量推广应用，故障案例库的进一步丰富，该系统在工作效率与测试全面性会进一步得到提升。

4 结束语

传统的变电站保护装置测量系统存在测试时间长、测试程序复杂等缺点。基于常规继电保护测量装置的基础上，并参考现有的自动测试技术，提出了一种新的继电保护自动测量装置，与传统的继电保护测量装置对比，能够显著的降低现场测试人员的工作量，提高工作效率。在测试保护装置的稳定性和准确性方面，也明显的优于传统的测试方法，能够确保站内保护装置正常投入运行。提出的保护装置自动测量方法对变电站新站投运验收或大修后保护调试工作具有重要意义，随着网络数字硬件技术的突破发展，未来有望能够实现多个继电保护装置同时调试与验收，其未来发展空间更加广阔。