智能化变电站测试

1、武汉市豪迈电力自动化技术有限责任公司 工程师：刘学 2012-09-10测试类型性能测试一致性测试互操作性测试性能测试一致性测试测试最基本的功能单元的特性是否满足要求，以及通讯模块之间的信息交互是否正常；测试设备的通信行为是否符合标准中定义的互操作性要求，其通信网络能否满足所期望实现的自动化的性能要求； 测试类型互操作性测试检测设备是否采用通用的协议通过公共总线连接；任一智能设备是否理解其它设备提供的信息，以及各设备组合起来是否协调完成变电站的自动化功能，使各个不同厂家的设备实现无缝连接。 测试类型制定IEC61850标准的主要目的之一是实现智能设备的互操作性和互换性。为了保证智能设备的互操作

2、性，需要对其进行一致性测试和性能测试。一致性测试属于“证书”测试，目的是测试智能设备是否符合特定标准。IEC61850-10中专门定义了一致性测试方法。性能测试属于应用测试，目的是测试智能设备是否满足运行性能要求。一致性测试一般由授权机构（如KEMA）完成，性能测试由用户组织实施。 性能测试与一致性测试一致性测试是性能测试和实现设备互操作性的基础，产品只有通过了一致性测试才具备性能测试和互操作性的条件。由于标准的复杂性，其性能在网络异常时或者系统实时性要求等原因，很可能已通过一致性测试的产品，但在构成某个应用系统时不能通过互操作性测试的情况。因此，就具体的应用有必要进行互操作性测试。 互操作性

3、测试的必要性二次设备检测环节出厂验收现场功能调试现场系统联调 出厂验收集成商按配置要求，在工厂环境下完成系统集成；搭建模拟测试环境，完成相关的测试和技术资料编写；出厂试验达到合同及相关技术规范要求。现场功能调试对所有二次设备（电子互感器、合并器、保护、测控装置、智能操作箱、交换机、二次回路、同步时钟等）进行功能和性能测试。 系统联调系统联调通过一次通流、加压、模拟故障等方式完成整组传动，对网络通信性能以及站级监控系统和远动通信系统进行测试。 1、出厂验收设备检查文件通讯协议测试检查各屏柜的外观和铭牌、内部结构、端子排、内部接线等是否符合要求。 检查设备随机技术资料、出厂试 验报告和出厂合格证书

4、是否齐全 完成模型测试、关联测试、 GOOSE测试和互操作测试 出厂验收的主要内容监控系统智能装置网络设备性能 站控层、间隔层和过程层的验收测试 检查配置文件、测试采样精度和同步性、校验动作逻辑和定值 网络负荷率、交换机吞吐量、交换机丢包及收发功率测试 出厂验收的主要内容同步时钟保护整组传动及整组动作时间测试 检查装置时钟准确度是否满足要求 联动整个系统，检查相关的出口、 信号变位情况。结合全站的GOOSE配置表图，检查GOOSE虚端子开入逻辑，确保所有装置的配置文件和设计符合要求 出厂验收的主要内容2、现场装置调试 二次回路检查 合并器测试 保护装置测试 测控装置测试 智能操作箱测试 交换机

5、检验 二次回路检查 二次回路检测光纤回路正确性检查光衰耗检查光功率裕度测量用激光笔照亮光纤一侧在另一侧检查正确性。光纤回路的光功率衰耗不应大于2db。先测量光纤发送或接收回路的光功率。然后，将光功率衰耗器串接入光纤发送或接收回路，调整光功率衰耗器至GOOSE断链。用正常时的光接收功率减去断链时的光接收功率，得到光功率裕度。二次回路检测虚端子信号检查通过测试仪加量使智能设备发布GOOSE报文，用报文记录分析仪接收相应的GOOSE开出，以判断GOOSE虚端子信号是否正确发送；通过测试仪发布GOOSE信号，通过待测智能设备的面板显示判断GOOSE虚端子信号能否正确接收；通过测试仪发送SV报文，通过待

6、测智能装置的面板显示判断SV虚端子能否正确接收。 合并器测试 合并器（MU）的作用和要求合并单元负责整合多个电子互感器采集的数据，供保护、测控、计量和录波设备使用；合并器一般按间隔配置，分线路MU和母线MU，具有电压切换和电压并列功能；合并器（MU）的作用和要求合并单元通过网络传输信息，网络地址必须与配置文件一致；为保证通信可靠稳定，合并器的收发功率应有足够的裕度；合并器（MU）的作用和要求 合并器通信中断或采样数据异常时，相关设备应可靠闭锁； 与电子互感器厂家配合模拟相应的故障，实现对合并器告警功能的测试；合并器（MU）的作用和要求 电压切换及并联功能试验外观检查工作电源软件屏柜、接地、电缆

7、连接和光纤连接检验方法与常规二次设备相同 检查程序版本号、CRC检验码、MAC地址、VLAN ID和APPID等 合并器的现场检验项目通信告警功能通信中断和异常测试采集器模块故障告警、数据异常告警、失电告警和工作异常告警 合并器的现场检验项目数字合并器精确度测试用合并器测试仪发送一组采样值报文，同时从待测合并器接收数字报文,测量其输出的幅值、频率、功率等交流量。 对待测MU和合并器测试仪发送的1分钟内每一个采样点数据的幅值和时标进行分析比较，显示幅值和时标的偏差的分布曲线和最大偏差的统计结果。 合并器的现场检验项目模拟合并器精确度测试用合并器测试仪输出一组模拟量，同时从待测合并器接收数字报文,

8、测量其输出的幅值、频率、功率等交流量，与输出的模拟量进行比较。 对待测MU和合并器测试仪发送的1分钟内每一个采样点数据的幅值和时标进行分析比较，显示幅值和时标的偏差的分布曲线和最大偏差的统计结果。 合并器的现场检验项目模拟合并器输出延时测试数字合并器输出延时测试与外部时钟单元同步后，每收到一个PPS，合并器测试仪输出一组从零相位开始的采样值报文，同时从待测合并器接收数字报文并标记时标, 计算两组报文过零点或最大值之间的时间差。 与外部时钟单元同步后，每收到一个PPS，合并器测试仪输出一组从零相位开始的模拟量，同时从待测合并器接收数字报文并标记时标, 考虑D/A输出延时等因数后计算过零点或最大值

9、之间的时间差。 合并器的现场检验项目采样值报文发送间隔离散值测试MU测试仪记录接收到的每包采样值报文的时刻，并据此计算出连续两包之间的间隔时间T。T与额定采样间隔之间的差值(发送间隔离散值)应满足合并单元技术条件中相关要求。 合并器的现场检验项目检修状态测试通过报文分析仪或者测试仪读取采样报文。当检修压板投入时，SV报文中的“TEST”位应置“1”；当检修压板退出时，SV报文中的“TEST”应置“0”。 合并器的现场检验项目失步再同步性能检验将MU的外部对时信号断开，过1分钟再将外部对时信号接上，通过报文记录分析仪分析SV报文。要求SV报文采样值序号连续。（规程对合并器的守时精度有严格要求）

10、合并器的现场检验项目电压切换给MU加上两组母线电压，通过GOOSE向MU发送不同的刀闸位置信号，检查切换功能是否正确。将切换把手打到强制1母电压或者强制2母电压状态，分别在有GOOSE刀闸位置信号和无GOOSE刀闸位置信号的情况下检查切换功能是否正确。 合并器的现场检验项目采样值报文检验同步性检查SV报文的丢帧率测试；检验SV报文中序号的连续性；SV报文发送频率测试；SV报文品质位检查。正常工作时，品质位无置位，异常时应置位。使用数字式分析仪测试MU输出的电压电流相位 合并器的现场检验项目合并器的对时精度标准时钟源给MU授时，待MU对时稳定后，利用时间测试仪以每秒测量1次的频率测量MU和标准时

11、钟源各自输出的1PPS信号有效沿之间的时间差的绝对值t。 连续测量1分钟，这段时间内测得的t的最大值即为最终测试结果。 合并器的现场检验项目合并器的守时精度MU先接受标准时钟源的授时，待MU输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差稳定在同步误差阀值t之后，撤销标准时钟源的授时。从撤销授时的时刻开始计时，MU保持其输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差保持在t之内的时间段T即为该MU可以有效守时的时间。 合并器的现场检验项目 保护装置现场检测 外观检查工作电源软件屏柜、接地、电缆和光缆连接与常规二次设备相同 程序版本、CRC检验码、MAC地址、VLAN ID和APP

12、ID等 保护装置现场检测项目告警功能测试GOOSE通信告警、数据异常告警、失电告警和MU工作异常告警； 保护装置现场检测项目检修状态测试逻辑及定值检查输入的报文检修品质与保护装置检修品质不对应时，保护应闭锁；校验保护定值、检查动作逻辑； 保护装置现场检测项目采样值品质无效测试采样值畸变测试通过测试仪将采样值中部分数据品质设置为无效，模拟MU发送到保护核对保护装置所有相关信号；通过数字继电保护测试仪将一路保护采样值中部分数据进行畸变放大，同时品质位有效，模拟电子式互感器发送采样值出现数据畸变的情况。对于双A/D，一路畸变时，保护装置不应误动作。 保护装置现场检测项目采样值传输异常测试通过数字继电

13、保护测试仪调整采样值数据发送延时、采样值序号等方法模拟保护装置接收采样值通信延时增大、MU间采样序号不一致、采样值错序及采样值丢失等网络异常情况 并模拟保护区内区外故障。 保护装置现场检测项目 通信断续测试MU与保护装置之间采样值通信中断后，保护应可靠闭锁。通信恢复后保护应能很快恢复正常。保护装置与智能终端的GOOSE通信中断和通信恢复时，保护装置不应误动作。 保护装置现场检测项目 测控装置现场检测 外观检查工作电源软件屏柜、接地、电缆和光缆连接与常规二次设备相同 程序版本、CRC检验码、MAC地址、VLAN ID和APPID等 测控装置现场检验项目“四遥”功能检查防误闭锁功能测试同期功能测试

14、开关量采集、GOOSE输入输出功能、控制执行输出、遥控、直流量采集等； 客户端模拟相关联装置的GOOSE报文，检查每条“五防”逻辑规则对应的遥控动作。检无压、频差、压差、相差、同期功能解锁等测试； 测控装置现场检验项目SOE分辨率及时间记录精度测试检修测试在智能操作箱的开入端施加2个间隔1mS的开入，测试SOE分辨率；测试仪在整秒输出开出信号，检查SOE记录的时间精度；当“检修压板”置位时，由报文记录分析仪读取其发送的GOOSE报文。通过测试仪发送“TEST”为“1”和“0”的跳合闸报文，检查智能终端响应。 测控装置现场检验项目 智能操作箱现场检测 外观检查工作电源软件屏柜、接地、电缆和光缆连

15、接与常规二次设备相同 程序版本、CRC检验码、MAC地址、VLAN ID和APPID等 智能操作箱现场检验项目SOE分辨率和时间记录精度在智能操作箱的开入端施加2个间隔1mS的开入，测试SOE分辨率。测试仪在整秒输出开出信号，检查SOE记录的时间精度； 智能操作箱现场检验项目检修测试当“检修压板”置位时，由报文记录分析仪读取其发送的GOOSE报文。通过测试仪发送“TEST”为“1”和“0”的跳合闸报文，检查智能终端响应。 智能操作箱现场检验项目 交换机现场检验 外观检查工作电源管理员设置屏柜、接地、电缆和光缆连接； 与常规二次设备相同； 检查IP端口配置、系统标识配置和 系统时间配置等；交换机

16、现场检测项目以太网端口告警VLAN检查及其它检查端口设置、端口速率、端口镜像状态；交换机故障和失电告警功能；检查生成树协议、VLAN设置和服务类别。（采用VLAN(虚拟局域网)来区分不同电压等级及不同单元类型的网络） 交换机现场检测项目 3、站级系统联调全站SMV调试合并单元数据发送的正确性在CT和PT一次侧加相应的电流和电压，检测所有从该合并器上获取数据的装置采样值，并对CT的极性进行检验。互联测试采集数据光纤输入合并单元的通讯中断、数据错误、品质描述无效时，保护装置报警并闭锁受影响保护，不误动。合并器输出通讯中断、数据错误、品质描述无效时，保护装置报警并闭锁受影响保护，不误动 站级系统联调

17、全站SMV调试IEC61850-9-2或IEC60044-7/8协议测试保护或者测控装置订阅的采样信息正确，采样报文内容验证正确。稳定性测试24小时连续无断电和复位现象，接收装置无丢包和误码记录。 站级系统联调全站GOOSE调试 GOOSE发送检测一台装置动作后发出GOOSE报文，根据SCD文件在相应装置中检查接收的GOOSE变位情况。 GOOSE传动试验由测试仪加量模拟故障使保护动作，通过GOOSE报文传动开关，智能操作箱能够正确接收GOOSE跳闸命令，远动及监控系统能正确记录状态变化。 站级系统联调全站GOOSE调试稳定性测试24小时连续运行中无断电和装置复位现象，无GOOSE断链告警。

18、站级系统联调全站时钟同步系统调试 测试在正常、失去GPS、恢复GPS、丢失时钟报文及时钟报文出错时的对时性能。 测试主从时钟之间切换对对时的影响。 站级系统联调测控系统、远动系统调试遥测功能测试从监控后台检查各模拟量是否正确。遥信采集功能测试对各开入点进行现场遥信信号的分合，测试每个开入信号。遥控功能测试通过后台对开关分合、装置压板投退、变压器分接头升降、五防逻辑和顺序控制逻辑等进行全面测试。 站级系统联调整组传动试验通过测试仪加量模拟故障，检查GOOSE跳闸的正确性，各断路器的动作是否正确，至后台的信号是否正确。在自动化系统后台分合断路器、隔离开关、接地刀闸等，各设备应可靠动作，符合防误闭锁

19、逻辑。 站级系统联调带负荷试验送电后，检查一、二次设备运行是否正常。检查PT采样值和PT核相正确。带负荷后检查CT采样及差动保护极性。检查网络流量。 站级系统联调 常用测试方法智能变电站常用测试工具 电子互感器测试仪智能保护测试仪合并器测试仪网络报文记录分析仪或便携式数字录波器网络测试仪光功率计可变光衰耗器激光笔光电转换器客户端软件（报文解析和发送）GOOSE开入开出延迟测试用保护测试仪在某一设定时刻（整秒）模拟保护动作发出跳闸报文，检查智能装置接收到的报文时标，得出GOOSE传送延时。或者测试仪接收从操作箱给出的硬开出信号计算GOOSE传输时延。 关于GOOSE的重传机制方式1：T1=2mS

20、,T2=4mS,T3=8mS,T0=5000mS以0-2-2-4-8-5000mS机制重发GOOSE报文方式2：以0-2-2-4-8-16-32 4096mS机制重发GOOSE报文以第二种方式发送GOOSE报文，当电网出现故障时，伴随着保护动作和开关跳闸，多个二次设备中的GOOSE进入高频密集发送阶段，网络负荷激增。处理不当会造成网络堵塞，甚至会导致GOOSE报文延时或丢失。 关于GOOSE参数配置为了提高GOOSE应用的可靠性，防止设备误动，GOOSE订阅方应严格检查报文中的MAC（目的地址）、APPID、GoCBRef、DataSet、GoID、ConfRev等参数与订阅是否匹配。工程调试

21、中，某厂家的智能操作箱只要GOOSE报文的MAC地址符合订阅信息就动作，很容易引起开关误动。为了保证APPID和GoID全站唯一，一般APPID采用MAC地址的最后两位，GoID采用该GOOSE的GoCBRef。 关于GOOSE虚端子的测试对于220kV及以上的变电站GOOSE连线非常多。调试中时常发现GOOSE连线出错问题。传统站可采用电缆查线检查接线错误。而在智能站中只能采用GOOSE的虚端子测试或者传动设备的方法来验证GOOSE连线正确与否，费时费力。 电流采样同步性测试站内差动保护一般采用一次通流，即在两个电子互感器一次侧通入大小和方向相同的电流，用数字录波器或者数字分析仪或者根据保护

22、装置中两个电流量的采样角度，判断采样同步性。（由于电子互感器和合并器对数据处理的时间不相同，网络传输延时不完全一致，差动保护各模拟量存在非同步问题。） 电压采样同步性测试通过升压器在一次侧加压，用数字录波器或者数字分析仪或者根据测控装置和电压并列装置上的读数检查电压采样角度，判断采样同步性。（由于测控装置及电压并列装置中要求不同间隔的电压具有很好的同步性。）电子式电流互感器极性校验方法对电子式电流互感器一次绕组通以直流电流，从合并器的输出端通过报文记录分析仪实现极性校验。 合并器电压切换/并列功能检测自动电压切换检查方法将切换把手打到自动状态，给MU加上两组母线电压，通过GOOSE向MU发送不

23、同的刀闸位置信号，检查切换功能是否正确。 合并器电压切换/并列功能检测手动电压切换检查方法将切换把手打到强制1母电压或者强制2母电压状态，分别在有GOOSE刀闸位置信号和无GOOSE刀闸位置信号的情况下检查切换功能是否正确。 网络性能测试吞吐量、时延、丢包率等是智能变电站非常重要的性能指标 吞吐量反映交换设备的数据转发能力，一般用二分法和步进法查找每秒转发包的极限； 输入帧最后一个比特输入到输出帧第一个比特输出的时间间隔。时延测试需要重复多次。 丢包率在不同负荷下，丢弃数据包的比例； 网络性能测试常用专用的测试仪器进行测试。对时及守时精度测试将标准时钟输出秒脉冲与被测时钟秒脉冲输出进行对比。要

24、求误差小于2S；测量被测时钟秒脉冲宽度。要求大于20mS拿掉时钟天线，运行10分钟。对比标准时钟与被测时钟，测试时钟守时精度。误差要求小于 4 S。 时钟同步时钟同步：电力系统授时精度的分类 I对时间同步要求分为共级。(1)时间同步准确度不大于1s:包括线路行波故障测距装置、同步相量测量装置（PMU）、合并单元等。 时钟同步：电力系统授时精度的分类(2)时间同步准确度不大于1ms:包括故障录波器、SOE装置、电气测控单元、RTU、功角测量系统(40s)、保护测控一体化装置、事件顺序记录装置等。 时钟同步：电力系统授时精度的分类(3)时间同步准确度不大于10ms:包括微机保护装置、安全自动装置、馈线终端装置(FTU)、变压器终端装置(TTU)、配电网自动化系统等。时钟同步：电力系统授时精度的分类(4)时间同步准确度不大于1s:包括电能量采集装置、负荷,用电监控终端装置、电气设备在线状态检测终端装置或自动记录仪、控制,调度中心数字显示时钟、火电厂和水电厂以及变电站计算机监控系统、监控与数据采集(sCADA),EMS、电能量计费系统(