配電自動(dòng)化三遙功能閉環(huán)測(cè)試方法及其應(yīng)用

隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的日益普及，對(duì)三遙功能可靠性的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的測(cè)試方法采用人工形式，既浪費(fèi)人力成本，又無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)多樣的需求。文章提出了一種配電自動(dòng)化三遙功能閉環(huán)測(cè)試方法，介紹了系統(tǒng)的基本原理，對(duì)系統(tǒng)的組成及具體測(cè)試方法進(jìn)行了論述，采用該方法可有效減少測(cè)試人員的工作量與難度，有效提升了測(cè)試效率。0

引言隨著全球智能電網(wǎng)建設(shè)和研究的熱潮，配電網(wǎng)的智能化已成為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)，對(duì)于智能電網(wǎng)整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著舉足輕重的作用。配電自動(dòng)化是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的重要手段，為配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和控制提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是提高城網(wǎng)供電可靠性的必然需要，是建設(shè)智能配電網(wǎng)的基石。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的順利實(shí)施依賴于大量安裝在現(xiàn)場(chǎng)的配電終端，主要具有模擬量采集、數(shù)字量采集與控制量輸出的功能，簡(jiǎn)稱遙測(cè)、遙信、遙控（三遙）功能。配電終端的三遙功能與性能能否滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是配電自動(dòng)化項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵。配電自動(dòng)化系統(tǒng)在正式投運(yùn)前需要對(duì)所有的配電終端進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試，之后在安裝實(shí)施過(guò)程中會(huì)進(jìn)行抽檢，最后需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)收，運(yùn)行維護(hù)時(shí)也需要進(jìn)行巡檢。目前，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)配電終端三遙功能進(jìn)行測(cè)試需要使用繼電保護(hù)測(cè)試儀、模擬斷路器以及萬(wàn)用表等多種儀器。測(cè)試人員需要對(duì)測(cè)試項(xiàng)目逐條反復(fù)實(shí)驗(yàn)并詳細(xì)記錄。由于配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，具有地域分布廣、電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備種類多、網(wǎng)絡(luò)連接多樣、運(yùn)行方式多變等鮮明特點(diǎn)，我國(guó)大多數(shù)縣級(jí)以上配電網(wǎng)的規(guī)模都已達(dá)到百條饋線以上，一些中、大型城市的中壓饋線已達(dá)到或超過(guò)千條。所以對(duì)三遙功能的測(cè)試呈現(xiàn)出測(cè)試過(guò)程繁雜、耗時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，也很難做到全面完整檢測(cè)。不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，并且測(cè)試過(guò)程可能存在較大誤差。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)配電自動(dòng)化的測(cè)試和評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。分析了饋線自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)的測(cè)試方法和測(cè)試環(huán)境，并以上海配電網(wǎng)為實(shí)例探討了饋線自動(dòng)化出場(chǎng)試驗(yàn)（FAT）和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（SAT）的功能測(cè)試、性能測(cè)試和可靠性測(cè)試等；闡述了饋線自動(dòng)化（FA）測(cè)試的關(guān)鍵因素，構(gòu)建了基于并行計(jì)算的饋線自動(dòng)化仿真測(cè)試環(huán)境，為配電自動(dòng)化故障處理性能測(cè)試進(jìn)行了有益的嘗試；介紹了美國(guó)進(jìn)行的配電自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)多年長(zhǎng)期運(yùn)行得到數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，基于海量數(shù)據(jù)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行分析。從不同的角度對(duì)饋線自動(dòng)化的測(cè)試進(jìn)行了研究，但都著重研究FA測(cè)試的模型、算法以及結(jié)果評(píng)價(jià)上，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用并未進(jìn)行深入研究。綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)外專家開(kāi)展了很多關(guān)于配電自動(dòng)化測(cè)試的研究，但研究?jī)?nèi)容大多集中在對(duì)饋線自動(dòng)化功能的測(cè)試與應(yīng)用上，而對(duì)于基礎(chǔ)的三遙功能測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用尚未解決。本文提出了一種基于主站系統(tǒng)、測(cè)試主站、測(cè)試儀、配電終端組成的三遙功能閉環(huán)測(cè)試方法，用于實(shí)現(xiàn)單個(gè)配電終端的遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)試與測(cè)試技術(shù)，形成配電終端設(shè)備的閉環(huán)測(cè)試控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)待測(cè)終端三遙功能全自動(dòng)測(cè)試，以減輕現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試工作量，降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的技術(shù)要求，提高維護(hù)效率。1

三遙功能測(cè)試方法配電自動(dòng)化終端用于中低壓配電網(wǎng)中的開(kāi)閉所、柱上分段開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、配電變壓器、重合器、線路調(diào)壓器、無(wú)功補(bǔ)償電容器的監(jiān)視與控制，與配電網(wǎng)自動(dòng)化主站通信，正常運(yùn)行時(shí)提供配電網(wǎng)運(yùn)行控制及管理所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站給出的對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的指令；故障時(shí)實(shí)現(xiàn)故障尋址，自動(dòng)隔離故障區(qū)段，恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)段的供電。終端設(shè)備有效作用依靠于模擬量采集、數(shù)字量采集與控制量輸出的功能，簡(jiǎn)稱遙測(cè)、遙信、遙控（三遙）功能。1.1傳統(tǒng)三遙測(cè)試方法一般對(duì)配電終端三遙進(jìn)行功能與性能測(cè)試需要繼電保護(hù)測(cè)試儀等儀器的支持，測(cè)試人員根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目制定測(cè)試策略，并在試驗(yàn)的過(guò)程中針對(duì)測(cè)試項(xiàng)目逐條反復(fù)實(shí)驗(yàn)并對(duì)測(cè)試過(guò)程詳細(xì)記錄。傳統(tǒng)的三遙測(cè)試方法如圖1所示。

圖1傳統(tǒng)三遙測(cè)試方法將繼電保護(hù)測(cè)試儀與被測(cè)的配電終端相連，通過(guò)控制繼電保護(hù)測(cè)試儀的電流電壓輸出檔位與開(kāi)關(guān)模擬狀態(tài)，從而檢測(cè)配電終端的模擬量與數(shù)字量采集的功能和性能是否滿足要求。在配電終端遙信和遙測(cè)功能正確的基礎(chǔ)上，繼電保護(hù)測(cè)試儀通過(guò)獲取的配電終端遙控信號(hào)，結(jié)合測(cè)試策略，判斷配電終端的遙控功能是否正確。該方法可以針對(duì)單點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行三遙測(cè)試，若要配合主站綜合測(cè)試三遙功能，則需要在終端安裝通信裝置與主站進(jìn)行配合。測(cè)試過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要與主站操作人員實(shí)時(shí)溝通，并交流測(cè)試操作過(guò)程。這種測(cè)試手段實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜，且沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)操作流程，主要依靠測(cè)試人員試驗(yàn)的水平，同時(shí)人工通信等問(wèn)題也會(huì)對(duì)測(cè)試造成極大的不便。綜上所述，若要對(duì)配電終端的三遙功能進(jìn)行綜合測(cè)試，需要試驗(yàn)人員在制定測(cè)試策略的基礎(chǔ)上，采用三遙測(cè)試設(shè)備逐一對(duì)功能進(jìn)行測(cè)試，整個(gè)測(cè)試過(guò)程繁雜，同時(shí)對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)水平要求較高，耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，也很難實(shí)現(xiàn)全面完整的檢測(cè)。1.2三遙閉環(huán)測(cè)試方法本文提出的三遙閉環(huán)測(cè)試方法在標(biāo)準(zhǔn)化接線的基礎(chǔ)上，將配電終端從一次電氣網(wǎng)絡(luò)中斷開(kāi)，通過(guò)測(cè)試儀模擬向配電終端注入二次數(shù)據(jù)，綜合利用主站系統(tǒng)中的配電終端數(shù)據(jù)采集模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布模型與接口、數(shù)據(jù)采集通道、無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配電終端自動(dòng)化三遙測(cè)試，三遙功能閉環(huán)測(cè)試架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2三遙功能閉環(huán)測(cè)試架構(gòu)圖1）三遙測(cè)試工作站上裝有滿足IEC61968信息交換總線的自動(dòng)測(cè)試軟件，通過(guò)信息交互總線與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，讀取主站內(nèi)的三遙配置參數(shù)；在三遙閉環(huán)測(cè)試的過(guò)程中，通過(guò)總線實(shí)時(shí)獲取主站系統(tǒng)內(nèi)的遙信信號(hào)。2）測(cè)試工作站根據(jù)三遙配置參數(shù)，在三遙測(cè)試軟件中制定測(cè)試方案并生成測(cè)試用例，通過(guò)4G/3G網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)變更參數(shù)輸出給三遙測(cè)試儀。3）配電終端在現(xiàn)場(chǎng)與一次網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，與三遙測(cè)試儀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接線。三遙測(cè)試儀在接收到測(cè)試工作站的指令后，根據(jù)命令向?qū)ε潆娊K端中注入模擬量。4）終端設(shè)備在接收到三遙測(cè)試儀的數(shù)據(jù)后，根據(jù)設(shè)備動(dòng)作原理，將數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)101/104規(guī)約傳遞數(shù)據(jù)到主站，進(jìn)而通過(guò)適配器到達(dá)三遙測(cè)試工作站，形成三遙測(cè)試數(shù)據(jù)的閉環(huán)控制。2

閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)2.1系統(tǒng)組成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，測(cè)試系統(tǒng)由三遙測(cè)試工作站和三遙測(cè)試儀組成。三遙測(cè)試工作站又由協(xié)議管理器、通信管理器、方案定制器、測(cè)試分析器、報(bào)告生成工具組成，閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。

圖3閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)2.2三遙測(cè)試工作站1）協(xié)議管理器。協(xié)議管理器主要是解析不同廠家的主站系統(tǒng)中多樣通信協(xié)議的報(bào)文，根據(jù)管理器中預(yù)先配置的庫(kù)文件，支持國(guó)內(nèi)給各類主戰(zhàn)系統(tǒng)的規(guī)約解析，同時(shí)，對(duì)來(lái)自待測(cè)試系統(tǒng)的報(bào)文進(jìn)行解釋，將遙測(cè)與遙信的結(jié)果放入測(cè)試分析器；對(duì)于遙控報(bào)文，根據(jù)遙信狀態(tài)是否與遙測(cè)值或遙控量相匹配，匹配則組織遙控成功上行報(bào)文，否則組織遙控失敗上行報(bào)文。2）通信管理器。通信服務(wù)器為測(cè)試系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，主要管理主站與測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)與配電終端之間的通信，組織測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)試系統(tǒng)之間的報(bào)文交互，同時(shí)對(duì)鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)與維護(hù)。其中，三遙測(cè)試工作站上裝有滿足IEC61968信息交換總線的自動(dòng)測(cè)試軟件，通過(guò)信息交互總線與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。測(cè)試系統(tǒng)與配電終端通過(guò)3G/4G網(wǎng)絡(luò)通信。3）方案制定器。方案制作工具能夠讀取主站系統(tǒng)中的三遙配置參數(shù)，并根據(jù)試驗(yàn)人員的需求建立測(cè)試方案用例，在測(cè)試過(guò)程中支持實(shí)施對(duì)參數(shù)進(jìn)行變更。并控制配電終端三遙自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的遙控輸出狀態(tài)、電流電壓輸出檔位，設(shè)置測(cè)試方案以及執(zhí)行方案的策略。4）測(cè)試分析器。測(cè)試分析器主要對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)測(cè)試策略，對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。對(duì)比方案制作器中設(shè)定的遙測(cè)值與主站中獲取的遙測(cè)值，判斷配電終端模擬量采集的正確性；根據(jù)遙控指令或者設(shè)置引起遙信變位的遙測(cè)值，判斷其與主站系統(tǒng)中遙信的狀態(tài)是否一致，遙控功能是否正確，如圖4所示。

圖4遙控功能判斷邏輯5）報(bào)告生成工具。根據(jù)測(cè)試分析器中統(tǒng)計(jì)與分析的結(jié)果，報(bào)告生成工具對(duì)測(cè)試記錄中的結(jié)果進(jìn)行匯總，形成完整的測(cè)試報(bào)告，報(bào)告包括測(cè)試中所有終端設(shè)備的遙信狀態(tài)、遙測(cè)值、遙控命令、動(dòng)作時(shí)間等內(nèi)容。2.3三遙測(cè)試儀三遙測(cè)試儀的主要作用是閉環(huán)測(cè)試中模擬一次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與終端設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化連接的測(cè)試儀器。通過(guò)通信管理器與被測(cè)試系統(tǒng)中的配電終端連接，向終端發(fā)送電壓信號(hào)和電流信合，并模擬產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。主要由數(shù)字信號(hào)控制器、電壓電流源組件、遙控組件組成。數(shù)字信號(hào)控制器是配電終端三遙自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的中樞，控制著其他組件的狀態(tài)。通過(guò)與三遙測(cè)試工作站連接，接收工作站下發(fā)的測(cè)試指令，通過(guò)通信總線與被測(cè)的配電終端通信連接，向配電終端注入電壓、電流等模擬量。電壓電流源組件包括多路輸出端，并與配電終端相連接，數(shù)字信號(hào)輸入端與數(shù)字信號(hào)控制器連接。其中，數(shù)字信號(hào)輸入端控制電壓和電流輸出端的幅度和相位，電壓、電流輸出端模擬線路3相電流以及零序電流。遙控組件的輸入端通過(guò)隔離器與數(shù)字信號(hào)控制器連接，輸出端通過(guò)隔離器與被測(cè)配電終端連接；遙控組件可以模擬出開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障指示器狀態(tài)、零序故障指示器狀態(tài)、接地刀狀態(tài)、閉鎖狀態(tài)、遠(yuǎn)方就地狀態(tài)、分閉鎖、備用。3

閉環(huán)測(cè)試步驟采用配電自動(dòng)化三遙閉環(huán)測(cè)試方法的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試基礎(chǔ)步驟如下所示：1）將待測(cè)系統(tǒng)主站與測(cè)試工作站通過(guò)總線連接，獲取主站系統(tǒng)內(nèi)的三遙配置參數(shù)，并導(dǎo)入測(cè)試軟件中的方案制作器，利用測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)提供的各種工具，生成三遙測(cè)試用例。2）現(xiàn)場(chǎng)接線。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全規(guī)程，將配電終端的電壓端子短路、電流端子短路、遙信節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)；按照配電終端的端子定義，將測(cè)試儀的模擬量輸出端子、數(shù)字量輸出端子、數(shù)字量輸入端子分別與終端設(shè)備的遙測(cè)端子、遙信端子、遙控端子通過(guò)專用測(cè)試電纜連接。3）模擬測(cè)試。將測(cè)試儀與主站或IED的維護(hù)軟件對(duì)照，查看對(duì)應(yīng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)、遙信數(shù)否正常，并通過(guò)主站或測(cè)試軟件發(fā)送遙控命令，檢查動(dòng)作是否正確，查看測(cè)試系統(tǒng)的通信狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，保證其均處于通信暢通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)IED與現(xiàn)場(chǎng)配電一次網(wǎng)絡(luò)的隔離。4）執(zhí)行測(cè)試。在三遙測(cè)試工作站中設(shè)置操作命令，模擬向終端設(shè)備注入電壓、電流等模擬量，測(cè)試分析器會(huì)記錄三遙的具體信息并進(jìn)行分析。5）測(cè)試完成后，生成測(cè)試報(bào)告，查看開(kāi)關(guān)的動(dòng)作邏輯以及正確性，檢查各配點(diǎn)終端的三遙數(shù)據(jù)，對(duì)比測(cè)試方案，判定終端設(shè)備三遙功能的正確性。4

應(yīng)用案例按照測(cè)試步驟，配電終端與開(kāi)關(guān)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化定義接線，然后在安裝前完成本地接線測(cè)試與檢查，接入配電自動(dòng)化系統(tǒng)后，可以斷開(kāi)配電終端與開(kāi)關(guān)之間的電氣連接，接入三遙自動(dòng)化測(cè)試儀。測(cè)試過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，將自動(dòng)報(bào)警，最終會(huì)給出錯(cuò)誤的項(xiàng)目匯總；若三遙全部正確，將自動(dòng)輸出測(cè)試報(bào)告以供歸檔。本文根據(jù)三遙功能閉環(huán)測(cè)試的方法，主站、終端安裝處各安排1名人員，現(xiàn)場(chǎng)操作人員僅需按照標(biāo)準(zhǔn)化接線進(jìn)行操作，主站工作人員根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)中預(yù)置的測(cè)試案例，測(cè)試主站與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試儀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三遙功能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試完成后自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。整個(gè)測(cè)試過(guò)程僅需15min，同時(shí)不依賴工作人員的技術(shù)水平，工作人員也不需要一直保持通信狀態(tài)，大大減輕了工作量。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，可以檢查出系統(tǒng)中三遙功能的諸多缺陷并加以修正，如部分終端無(wú)遙測(cè)信息、主站遙信狀態(tài)與要遙控指令不匹配等。本文研究的三遙功能閉環(huán)測(cè)試實(shí)現(xiàn)了配電終端與開(kāi)關(guān)之間的調(diào)試、配電終端與主站的調(diào)試有效分離，同時(shí)本方法通過(guò)自動(dòng)加量、自動(dòng)判斷、自動(dòng)調(diào)試的方式，提升了三遙測(cè)試的正確性，三遙測(cè)試的效率得到了有效提高。5

結(jié)語(yǔ)本文提出了一種配電自動(dòng)化三遙閉環(huán)測(cè)試的方法。通過(guò)建立測(cè)試工作站與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)的通信接口與交互模型，獲取配電自動(dòng)化系統(tǒng)