0 引言
隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的加快發(fā)展， 智能變電站的建設快速推進， 以 IEC 61850為基礎的數(shù)字化繼電保護與安全自動裝置在實際工程中大量應用， 對繼電保護測試技術提出了新的挑戰(zhàn)。 以模擬量輸出與開關量檢查為基礎的傳統(tǒng)繼電保護測試儀無法對采用 IEC 61850 技術的數(shù)字化繼電保護開展測試， 各繼電保護測試儀生產(chǎn)廠家紛紛推出基于 IEC 61850 數(shù)字化技術的繼電保護測試裝置[ 1 ]， 但由于 IEC 61850 技術應用本身較為復雜、 新產(chǎn)品開發(fā)周期較短、 實際工程應用經(jīng)驗較少以及統(tǒng)一的技術標準與規(guī)范缺乏等原因， 這些測試儀均存在諸多問題， 某些裝置甚至在現(xiàn)場應用中很多基本測試都無法完成。 另外，由于工作原理不同， 各種型號產(chǎn)品的功能與性能差異也較大。 這些均對現(xiàn)場實際應用產(chǎn)生了較大影響， 無法滿足繼電保護測試的技術要求。
因此， 迫切需要開展數(shù)字式繼電保護測試儀的相關檢測， 規(guī)范數(shù)字式繼電保護測試儀的相關功能， 提升其整體性能， 為繼電保護測試提供更好的方式與手段。
1 檢測概況
1.1 檢測目的
IEC 61850 數(shù)字化繼電保護測試儀主要實現(xiàn)數(shù)字化及保護功能測試兩大功能。 其 IEC 61850功能要求能夠輸出基于 IEC 61850-9 的采樣值（SV）報文，并能配置 SVCB 的相關參數(shù)； 能夠發(fā)布 GOOSE 報文并對其進行參數(shù)配置； 能夠訂閱GOOSE 報文， 正確解析報文信息[ 2 ]。 保護功能測試與傳統(tǒng)繼電保護測試儀相同， 要求能夠利用測試儀的通用測試、 狀態(tài)序列、 整組試驗等測試模塊實現(xiàn)保護裝置各種保護功能的校驗。
檢測主要圍繞上述兩大功能展開， 由于 IEC61850-9-1 部分不是技術發(fā)展方向且應用較少，已被新標準所廢棄， 因此檢測內容不涉及 9-1 部分， 只檢測 GOOSE 功能與 SV（9-2）功能。
為保證測試的廣泛性， 選擇了許繼電氣、 北京博電、 廣東昂立、 武漢豪邁、 成都天進、 華東電氣等 6 個主要數(shù)字式繼電保護測試儀廠家的產(chǎn)品， 力爭掌握目前 IEC 61850 數(shù)字化繼電保護測試儀的發(fā)展現(xiàn)狀及技術水平。
1.2 GOOSE 與 SV（9-2）等數(shù)字化功能的檢驗[ 3 ]
（1）GOCB 配置功能——檢查 SCL 文件導入、支持 IEC 61850 基本數(shù)據(jù)類型、 開關量關聯(lián)、 數(shù)據(jù)集描述等功能。
（2）GOOSE 發(fā)布報文一致性檢驗——檢查發(fā)布的 GOOSE 報文的參數(shù)與數(shù)據(jù)是否與所配置的GOCB 的參數(shù)一致。
（3）GOOSE 發(fā)布功能檢驗——檢查 StNum 序號、 SqNum 序號、 Test 功能配置、 GOOSE 發(fā)布機制等。
（4）GOOSE 訂閱報文一致性檢驗——檢查訂閱 GOOSE 報文時是否按照 SCL 文件中的相關描述對 AppID， GOCB Reference 等進行檢查后接收。
（5）GOOSE 訂閱功能檢驗——檢查 GOOSE 訂閱機制、 斷鏈報警等功能。
（6）GOOSE 性能測試——發(fā)布/訂閱*小分辨率檢查、 發(fā)布/訂閱控制塊數(shù)量檢查、 訂閱負荷測試、 發(fā)布/訂閱延時測試。
（7）SVCB 配置功能檢查——SCL 文件導入、電流電壓通道關聯(lián)、 SVCB 參數(shù)配置等功能檢查。
（8）SV（9-2）發(fā)布報文一致性檢驗——檢查SV 發(fā)布報文中的 SVCB 參數(shù)及數(shù)據(jù)集成員是否與相應 SCL 文件中的描述一致。
（9）SV（9-2）發(fā)布功能檢驗——檢查采樣率、同步標志配置等。
（10）SV（9-2）傳輸性能測試——報文發(fā)布間隔檢查、 與 GOOSE 同步性檢查、 SVCB 控制塊數(shù)量檢查。
（11）SV 輸出準確度檢驗——輸出電壓、 電流、 相位的準確度檢查。
（12）時間準確度檢查。
1.3 繼電保護功能的測試模塊檢驗
將測試儀與數(shù)字化保護裝置相連， 利用其通用測試、 狀態(tài)序列、 距離保護、 整組試驗等模塊，模擬單相接地、 相間短路、 瞬時性故障、 長久性故障等， 檢查測試儀保護功能模塊的正確性， 并對測試儀軟件的操作性能作出評價。
1.4 檢測平臺及依據(jù)
利用現(xiàn)有技術手段與工具， 在實驗室內搭建了 1 個測試平臺， 所有的數(shù)字化繼電保護測試儀均在此平臺上展開測試， 測試平臺與工具分別如圖 1 及表 1 所示。
目前， 國內沒有針對數(shù)字化繼電保護測試儀的專用標準及規(guī)范， 以傳統(tǒng)繼電保護測試儀的技術標準 DL/T 624《繼電保護微機型試驗裝置技術條件》作為參考， 并將 DL / Z 860（IEC 61850）《變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》、 Q / GDW 396-2009《IEC61850 工程繼電保護應用模型》 等數(shù)字化繼電保
護相關技術標準作為檢測依據(jù)。
2 檢測方法
2.1 GOCB， SV 配置功能檢查
利用被測測試儀軟件導入某變電所的 SCL文件（SCD， CID）， 檢查是否能夠導入、 替代、 添加 SCL 文件； 是否能夠正確讀入文件中所包含的GOCB 及 SV 的配置參數(shù)及數(shù)據(jù)集； 檢查其是否能夠支持 IEC 61850 基本數(shù)據(jù)類型； 檢查是否能夠對 GOCB 的數(shù)據(jù)集成員數(shù)目及數(shù)據(jù)類型進行手動配置； 檢查 GOOSE 數(shù)據(jù)集成員與開入開出的關聯(lián)及取消功能， SV 數(shù)據(jù)集成員與輸出通道的關聯(lián)及取消功能。
2.2 GOOSE， SV 報文一致性測試
利用 MMS Ethereal 軟件， 截取測試儀所發(fā)送的 GOOSE， SV 報文， 檢查報文中信息是否與手動配置或 SCL 文件中的描述一致。 對于 GOOSE報文， 應檢查 MAC Address， VLAN ID， Priority，AppID， GOCB reference， Time Allowed to Live，Dataset reference， GOOSE ID， Config Revision，Data 等參數(shù)及數(shù)據(jù)； 對于 SV 報文， 檢查 MACAddress， VLAN ID， Priority， AppID， NoASDU，SV ID， Data 等參數(shù)及數(shù)據(jù)。
2.3 GOOSE， SV 發(fā)布功能檢查
利用 MMS Ethereal 軟件， 監(jiān)視測試儀所發(fā)送 的 GOOSE， SV 報 文 ， 當 事 件 發(fā) 生 變 化 后 ，GOOSE 報文中的 StNum 應增加， SqNum 應清零；在測試儀重啟或 GOOSE 重新配置后， 確認發(fā)送初始的 GOOSE 報文中 sqNum 與 stNum 是否均為1； 檢查 GOOSE 控制塊是否支持 Test（檢修）手動配置功能； 檢查 SV 報文采用的頻率； 檢查 SV 控制塊的 Smpsynch 及 q 是否支持手動配置。
2.4 GOOSE 訂閱功能
對于同一 GOOSE 控制塊， 利用 CMC256 作為報文發(fā)布者， 被測測試儀作為報文訂閱者。 在CMC256 軟件中修改 GOOSE 控制塊 MAC， AppID，GOCB reference 等參數(shù)， 檢查被測測試儀在接受報文時是否將以上參數(shù)作為判斷條件； 檢查CMC256 中事件變位后， 被測測試已是否能夠正確接收并顯示； CMC256 發(fā)送雙點信息（Dbpos）時， 檢查被測測試儀是否能夠正確接收。
2.5 SV 發(fā)布性能及同步性測試
將報文記錄分析儀與被測測試儀直接相連，記錄一段時間內的 SV 報文。 由于報文記錄分析儀采用 FPGA 解碼， 時間精度較高， 可達 ns 級別， 故可以用其記錄的報文來分析 SV 報文發(fā)送的等間隔性。 對于每周波 80 點采樣的 SV 報文，其發(fā)送間隔應為 250 μs。 另外， 在測試儀中模擬各電流電壓通道幅值突變， 同時 GOOSE 中的事件發(fā)生變位， 報文記錄分析儀記錄此時的報文，可以檢查 SV 內部各通道之間的同步性以及與GOOSE 報文發(fā)布的同步性。
3 存在的主要技術問題
經(jīng)過檢測后， 各個廠家根據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)的問題及相關建議， 對其產(chǎn)品進行了相應的改進。 目前，這些產(chǎn)品基本滿足 IEC 61850 數(shù)字化繼電保護測試儀的技術要求， 能夠對 IEC 61850 數(shù)字化繼電保護裝置進行測試， 但仍存在以下技術問題。
（1）GOOSE 發(fā)布/訂閱功能對 IEC 61850 中的基本數(shù)據(jù)類型支持不夠**。 只有少數(shù)產(chǎn)品能夠支持 IEC 61850 的所有基本數(shù)據(jù)類型， 大多數(shù)產(chǎn)品只能支持 Boolean， Dbpos， Timestamp 3 種數(shù)據(jù)類型。 因此， 當 GOOSE 發(fā)送的數(shù)據(jù)集（DataSet）中存在其他數(shù)據(jù)類型時， GOOSE 將不能正確地發(fā)布GOOSE 報文。 為了保證 GOOSE 發(fā)布/訂閱功能的完善性， 應實現(xiàn)對 IEC 61850-6 中的基本數(shù)據(jù) 類 型 的 全 面 支 持 ， 包 括 Boolean， Int， Float，
Enum， Dbpos， Quality， Timestamp， VisString，Struct 等。
（2）SCL 文件的導入功能不夠完善。 數(shù)字式繼電保護的測試需要測試人員對 GOOSE 控制塊、SV 控制塊進行大量的參數(shù)配置， 如果只支持手動配置功能， 將大大降低測試工作的效率， 并容易帶來配置出錯的問題。 因此需要支持 SCL 文件的導入功能， 實現(xiàn) GOOSE 控制塊、 SV 控制塊的自動配置。 檢測后發(fā)現(xiàn)， 大多數(shù)產(chǎn)品均不支持SCL文件的導入， 經(jīng)過整改之后， 雖然能夠基本支持SCL 文件的導入， 但仍存在 SCL 文件替代添加功能不全、 無 SCL 文件錯誤信息提示、 導入功能不穩(wěn)定等問題。
（3）測試儀均已具備 GOOSE 控制塊、 SV 控制塊手動配置功能， 但是功能不夠完善， 使用不夠便捷， 存在手寫輸入數(shù)據(jù)類型與導入功能混淆等問題， 給使用者帶來諸多不便。
（4）各 廠 家 產(chǎn) 品 均 不 同 程 度 存 在 違 背 IEC61850 標準及相關技術規(guī)范的現(xiàn)象。 譬如， 錯誤地認為 GOOSE 控制塊的 Appid， MAC 等參數(shù)是每
個 DA 的屬性； 事件變化后， GOOSE 報文發(fā)布的StNum 增 加 ， SqNum 變 為 1， 而 不 是 SqNum 清零； 在 GOOSE 訂閱配置界面中配置 Test，MAC，Priority， VlanID 等參數(shù)。
（5）作為 GOOSE 訂閱者時， 測試儀應支持對各個 GOOSE 控制塊的斷鏈報警功能， 在測試儀與保護裝置之間的通信發(fā)生斷鏈時， 能夠給測試人員以相應的提示。 測試儀接收各個 GOOSE 控制塊的心跳報文， 如在 2 倍允許生存時間（TimeAllowed to live ）內未收到心跳報文， 則認為該GOOSE 控制塊通信斷鏈并給出報警提示。
4 幾點建議
（1）對于數(shù)字式繼電保護測試裝置， 目前國內尚無專用標準與規(guī)范。 由于缺乏統(tǒng)一的技術規(guī)范與技術條件， 各種型號產(chǎn)品的功能與性能差別較大， 對現(xiàn)場實際應用產(chǎn)生了較大影響， 因此迫切需要制定統(tǒng)一的技術條件與技術規(guī)范， 規(guī)范與提高數(shù)字式測試儀的整體性能。
（2）根據(jù)國家電網(wǎng)公司 Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》， 繼電保護裝置需采用“直采直跳”的技術模式[ 4 ]， 這就對數(shù)字式繼電保護測試儀提出了新的技術要求。 為了測試符合此規(guī)范的繼電保護裝置， 測試儀必須支持 SV采樣值等間隔發(fā)送， 并能夠對采樣延時數(shù)值進行設置。 在本次檢測中， 未對此項內容提出具體要求， 但通過檢測發(fā)現(xiàn)， 多數(shù)產(chǎn)品并不能將 SV 采樣值等間隔發(fā)送。 因此， 為了具備對“直采直跳”繼電保護裝置的測試能力， 測試儀必須滿足規(guī)范中要求的 SV 采樣值等間隔發(fā)送， 這是數(shù)字式繼電保護測試技術的一個發(fā)展方向。
（3）數(shù)字式繼電保護測試儀的生產(chǎn)廠家往往追求測試儀功能的多樣化， 既能支 持小信 號、IEC 61850-9-1， 也能夠支持 IEC 61850-9-2， 功能雖然**， 但是每項功能都不能較好地實現(xiàn)，存在較多的使用缺陷。 生產(chǎn)廠家應緊緊把握技術發(fā)展方向， 將功能做強做精， 提高數(shù)字式繼電保護測試領域的整體技術水平。
