就地化保護(hù)通過靠近站內(nèi)一次設(shè)備就地布置相關(guān)保護(hù)裝置，采用電纜直接采樣、直接跳閘的方式，減少合并單元、智能終端等中間傳輸環(huán)節(jié)，提升保護(hù)裝置的可靠性與速動性；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)航空插頭進(jìn)行插接，實現(xiàn)就地化保護(hù)裝置的即插即用、模塊化安裝、工廠化調(diào)試和更換式檢修，從而減少停電時間，提升工作質(zhì)量和效率；采用一體化設(shè)計，將單間隔功能縱向集成，實現(xiàn)保護(hù)裝置外觀小型化、功能集成化，減少設(shè)備種類和數(shù)量，大幅度降低站內(nèi)設(shè)備缺陷率。

為了考驗就地化保護(hù)裝置耐受極端天氣的能力，已在新疆吐魯番、黑龍江漠河、浙江舟山等8個典型特殊氣候地區(qū)掛網(wǎng)運(yùn)行。在湖北地區(qū)，目前已在500kV玉賢變、110kV宋山變等典型變電站進(jìn)行掛網(wǎng)試運(yùn)行，裝置運(yùn)行至今經(jīng)受住了考驗，正確發(fā)揮了保護(hù)功能。

2018年，國網(wǎng)公司總部科技項目《就地化保護(hù)構(gòu)建方案及關(guān)鍵技術(shù)研究》立項成功，國家標(biāo)準(zhǔn)《就地化繼電保護(hù)裝置技術(shù)規(guī)范》立項成功，標(biāo)志著就地化保護(hù)的研究和發(fā)展走向了新的一步。就地化保護(hù)的整站實施方案正在進(jìn)一步擴(kuò)充和完善；變壓器保護(hù)的集中式和分布式運(yùn)行模式，母線保護(hù)的積木式運(yùn)行模式[6]正在深入推演和論證；基于三網(wǎng)合一的保護(hù)專網(wǎng)方案首次應(yīng)用在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，具體實施細(xì)節(jié)和相關(guān)管理方案仍在積極研究和探索過程中。

這些研究和試點工作使得就地化保護(hù)的技術(shù)細(xì)節(jié)不斷完善，技術(shù)方案不斷成熟，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范逐漸成型，裝置和配套系統(tǒng)得到更加有力的推廣應(yīng)用。在多地域、多時段的試點中，從方案本身到管理措施以及運(yùn)行維護(hù)策略，都得到了長足的發(fā)展。

但是，伴隨著就地化保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，尚缺乏專門針對就地化保護(hù)特點的測試手段和測試裝置，不利于未來就地化保護(hù)大面積推廣后的現(xiàn)場運(yùn)維和專業(yè)檢修工作。

目前，就地化保護(hù)測試存在以下問題：

1）傳統(tǒng)測試儀輸出模擬量、開關(guān)量數(shù)量不足，管理平臺軟件性能有限，難以滿足母差保護(hù)、主變保護(hù)等多間隔保護(hù)自動化測試的要求，測試過程中必須人工改變配置、頻繁換線，測試人員必須在具有足夠?qū)I(yè)背景的前提下充分理解就地化新模式。

2）就地化保護(hù)裝置本體并未配置人機(jī)界面，需要測試儀通過保護(hù)專網(wǎng)口進(jìn)行定值的下裝和相關(guān)狀態(tài)的管理，而傳統(tǒng)測試儀并未配備三網(wǎng)合一網(wǎng)絡(luò)模塊，無法進(jìn)行相關(guān)操作。

3）就地化保護(hù)系統(tǒng)采用“工廠化調(diào)試”和“更換式檢修”新模式，目前在現(xiàn)場和更換式檢修中心均沒有成熟的測試設(shè)備和測試方案可供使用，低效率的手工連接、人工加量是目前唯一測試方法，不滿足就地化保護(hù)減少人員承載壓力的初衷。

綜上所述，現(xiàn)有的模擬量測試儀、數(shù)字式測試儀以及數(shù)模一體測試儀均無法滿足就地化保護(hù)測試的實際需求，現(xiàn)有測試方案對試驗軟、硬件設(shè)備以及測試人員專業(yè)水平有極高要求。伴隨著就地化保護(hù)的飛速發(fā)展，亟需一套足以滿足就地化保護(hù)測試需求的就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)。

1 就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本文從就地化保護(hù)測試[需求出發(fā)，研究三網(wǎng)合一保護(hù)專網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)智能化、自動化、界面友好的測試系統(tǒng)，從而完善測試項目和測試流程?？疾觳煌愋?、不同電壓等級的就地化保護(hù)采用的標(biāo)準(zhǔn)連接器接口，取其接口“最大集”，即連接器接口數(shù)量最多（集中式主變連接器接口數(shù)量最多為6個），各連接器接口插針芯數(shù)最多（開入+電源21芯、開出37芯、光纖16芯、交流24芯），作為本測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)航插轉(zhuǎn)接區(qū)；輸出模擬量電壓至少24路，輸出模擬量電流至少27路；開入量至少128路，開出量至少64路。測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)架構(gòu)圖

就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)主要包括電壓電流功放、開入開出量、光耦（DI/DO）、DA轉(zhuǎn)換器、標(biāo)準(zhǔn)航插轉(zhuǎn)接區(qū)、光以太網(wǎng)口、對時口、工控機(jī)、嵌入式32位CPU以及高性能現(xiàn)場可編程門陣列（field programmable gate array, FPGA）組成，可實現(xiàn)無航插模式和有航插模式兩種方式測試。

無航插模式：測試系統(tǒng)通過16位DA轉(zhuǎn)換器對外輸出模擬量電壓和電流，通過開入量接收位置信號，開出量控制位置的閉合與斷開，測試系統(tǒng)可直接與就地化保護(hù)裝置的端子排連接進(jìn)行測試。

有航插模式：測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)航插轉(zhuǎn)接區(qū)與就地化保護(hù)航插相連，另一端線頭散開，通過標(biāo)簽標(biāo)識等方式告知線頭定義，指導(dǎo)用戶與端子排接線。

整個測試可實現(xiàn)測試環(huán)境配置、測試用例管理和自動測試過程管理的功能，滿足多種就地化保護(hù)類型的測試需求。

1.2 測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)

就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示，由虛擬仿真、一鍵測試、全站仿真、通信分析四大功能模塊和系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)采集服務(wù)等公共服務(wù)組件構(gòu)成，實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和高度集成。

圖2 軟件架構(gòu)圖

四大模塊提供了制造報文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、一鍵下載及備份、變電站配置描述（substation configuration description, SCD）可視化、虛對實仿真、虛對虛仿真、保護(hù)信息監(jiān)測、測試過程自動控制、測試報告自動生成、通信監(jiān)視、專網(wǎng)檢測等功能，極大地豐富了就地化保護(hù)測試的高級應(yīng)用。

數(shù)據(jù)采集服務(wù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)提供給各個功能模塊進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)總線各個線程之間的互斥性保證數(shù)據(jù)的完整性以及唯一性。測試系統(tǒng)采用統(tǒng)一的配置功能，例如基本設(shè)置、SCD設(shè)置、智能電子設(shè)備（intelligent electronic device, IED）模型映射、參數(shù)設(shè)置等，四大功能模塊共用同一套配置，縮短配置時間，提高配置效率。

2 就地化保護(hù)檢修模式

就地化保護(hù)采用“工廠化調(diào)試”和“更換式檢修”新模式。新型檢修模式的采用對于就地化保護(hù)裝置的測試提出了新的要求。根據(jù)《就地化保護(hù)運(yùn)維技術(shù)導(dǎo)則》征求意見稿，以及《繼電保護(hù)十年發(fā)展綱要》的要求，就地化保護(hù)的檢驗流程如圖3所示。

在就地化保護(hù)“工廠化調(diào)試”的新模式下，工廠化調(diào)試依托工廠化調(diào)試中心，主要負(fù)責(zé)新建、改（擴(kuò)）建工程的就地化保護(hù)裝置集中調(diào)試，通過搭建仿真測試環(huán)境，完成系統(tǒng)組態(tài)配置、就地化保護(hù)裝置單體檢驗和全站就地化保護(hù)裝置檢驗，并出具測試合格報告。

如圖4所示為就地化保護(hù)更換式檢修檢驗流程，在就地化保護(hù)“更換式檢修”的新模式下，更換式檢修采用“先調(diào)試、后更換”的原則，依托更換式檢修中心，主要負(fù)責(zé)就地化保護(hù)裝置的運(yùn)維、檢修、管理，通過采用更換方式替換故障或異常設(shè)備，出具更換式檢修測試合格報告，并進(jìn)行故障跟蹤。

圖3 就地化保護(hù)工廠化調(diào)試檢驗流程

圖4 就地化保護(hù)更換式檢修檢驗流程

3 就地化保護(hù)裝置的菜單建模與通信

就地化保護(hù)裝置由于其工作環(huán)境比較惡劣，不適宜在裝置中添加人機(jī)接口（human machine interface, HMI），相應(yīng)的菜單功能通過IEC 61850方式（建模、通信服務(wù)）實現(xiàn)，這給運(yùn)維工作帶來了諸多不便。為了解決此問題，向就地化保護(hù)裝置添加了遠(yuǎn)程管理功能，將人機(jī)接口功能建模為一個獨立的邏輯設(shè)備，包含裝置所支持的所有遠(yuǎn)程界面顯示信息的建模。

就地化保護(hù)裝置模型文件的菜單及其所包含的數(shù)據(jù)信息，遵循Q/GDW 1161—2013的規(guī)定，通過在模型文件中遠(yuǎn)程管理邏輯設(shè)備（logic device, LD）下定義對應(yīng)的數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)集成員的方式實現(xiàn)，數(shù)據(jù)集成員與菜單下的數(shù)據(jù)對象具有一一對應(yīng)關(guān)系，數(shù)據(jù)集成員可以引用本LD下的數(shù)據(jù)對象，也可以跨LD引用數(shù)據(jù)對象。相關(guān)模型如圖5所示。

圖5 通信與功能模型

就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)提供了人機(jī)交互功能，通過IEC 61850連接就地化保護(hù)裝置，實現(xiàn)就地化保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程管理功能。并通過代理服務(wù)模式實現(xiàn)與就地化保護(hù)的通信，進(jìn)行查看保護(hù)裝置參數(shù)、查看保護(hù)裝置定值、修改保護(hù)裝置定值、投退軟壓板等操作，菜單功能與模型邏輯設(shè)備管理單元（manager, MGR）中描述的數(shù)據(jù)集一一對應(yīng)。

將就地化保護(hù)模型導(dǎo)入到本地數(shù)據(jù)庫中，從而建立界面菜單與模型中的數(shù)據(jù)集的對應(yīng)關(guān)系。例如，一級菜單“信息查看”下面的“SV狀態(tài)”菜單顯示的數(shù)據(jù)集是dsMgrSVStat中的數(shù)據(jù)，“告警信息”菜單顯示的數(shù)據(jù)集是dsMgrAlarm中的數(shù)據(jù)。

4 一鍵式自動測試原理

就地化保護(hù)裝置在定值、型號、接口、通信規(guī)約、保護(hù)配置方案上統(tǒng)一定義，有著高度的一致性，為一鍵式自動測試的測試模板在不同廠家和型號之間的復(fù)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

在測試系統(tǒng)軟件內(nèi)根據(jù)內(nèi)置的就地化保護(hù)裝置測試功能模塊編輯生成一鍵式自動測試模板，通過電以太網(wǎng)接口與MMS網(wǎng)相連，與被測IED進(jìn)行MMS報文交互，召喚并遠(yuǎn)程進(jìn)行修改就地化保護(hù)裝置的壓板、定值、控制字等信息，實現(xiàn)單獨對保護(hù)子機(jī)功能進(jìn)行測試；實現(xiàn)保護(hù)裝置的采樣精度、虛端子正確性、保護(hù)動作定值和動作時間的自動測試。

實現(xiàn)母線保護(hù)、主變保護(hù)等跨間隔保護(hù)主機(jī)和子機(jī)的整體測試，實現(xiàn)基于測試方案的輸入信號自動模擬、輸出信息驗證、測試過程自動記錄等功能。測試報告項目齊全，包含“是否合格”的結(jié)論性清單列表，且支持全部或部分報告打印。

測試過程順序執(zhí)行檢驗項目，檢驗項目之間可間隔一定的時間；每一條試驗項目，逐一執(zhí)行各類操作，每類操作具有各自的執(zhí)行判斷；每一條試驗項目結(jié)束后，自動記錄相關(guān)結(jié)果信息。測試結(jié)束后，測試系統(tǒng)自動將檢驗記錄按照模板格式生成檢驗報告，包含裝置信息、檢驗項目、檢驗結(jié)果及結(jié)果判定信息。

測試流程整體示意圖如圖6所示。測試軟件可以自動記錄保護(hù)裝置的硬件信息、軟件版本信息，自動統(tǒng)計并記錄保護(hù)動作值及動作時間，測試人員可以專注于技術(shù)分析，減少不必要的勞動。

5 工程應(yīng)用實例

現(xiàn)以湖北省某220kV就地化變電站為例簡要說明就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)的工程應(yīng)用情況。

圖6 一鍵式自動測試流程示意圖

就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)可通過有航插或無航插模式與被測就地化保護(hù)連接，測試前在測試系統(tǒng)軟件內(nèi)根據(jù)內(nèi)置的保護(hù)測試功能模塊編輯生成一鍵式測試模板，如圖7所示。一鍵式測試模板的編寫采用圖形化、模塊化等用戶友好的方式，即使是一般用戶也可根據(jù)自身的測試需求簡單完成模板的編寫，也可以采取形成測試用例數(shù)據(jù)庫，每次測試前從庫中調(diào)取測試用例的方式。

測試人員僅需要編寫一鍵式測試模板或從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取測試模板，并在測試系統(tǒng)和被測就地化保護(hù)之間做好必要的連線，即可一鍵式完成所需的測試項目，實現(xiàn)測試全過程實時監(jiān)視，并能自動生成測試報告，如圖8所示。

圖7 測試軟件界面

圖8 自動生成測試報告

6 結(jié)論

就地化保護(hù)裝置基于標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)航空插頭進(jìn)行插接，實現(xiàn)各個保護(hù)廠家同種類型裝置的互換，提高了就地化保護(hù)裝置的安裝效率。標(biāo)準(zhǔn)化航空插頭接口實現(xiàn)“即插即用”，操作簡易高效，減少了停電時間，提高了作業(yè)安全性。

通過對就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用的研究，可實現(xiàn)“工廠化調(diào)試”和“更換式檢修”?，F(xiàn)場檢修時，可僅進(jìn)行整機(jī)更換，替換下的裝置利用測試系統(tǒng)進(jìn)行批量、自動化測試，從而提升運(yùn)維效率，減少后期測試的時間和人員投入，提升就地化保護(hù)裝置整體測試調(diào)試效率，進(jìn)一步提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。

本文編自2020年第8期《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“就地化保護(hù)工廠化測試系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用”，作者為陳澤華、陳勇、羅建平、周坤、王義波。