智能變電站保護系統(tǒng)的調(diào)試主要包括保護裝置單體功能試驗和分系統(tǒng)試驗兩部分〔1－2〕。單體功能試驗一般只進行一次，分系統(tǒng)試驗或整組傳動試驗則自始至終貫穿于出廠聯(lián)調(diào)、現(xiàn)場調(diào)試、投運前驗收的整個過程，期間同一保護裝置的分系統(tǒng)試驗往往需要進行多次〔3〕。

目前對智能變電站的保護裝置采用集中檢測的方式，只有通過集中檢測的裝置型號才能應用于現(xiàn)場。此外，新一代變電站推行模塊化建設思路，*大程度實現(xiàn)工廠內(nèi)測試、模塊化配送。因而，新建變電站現(xiàn)場的主要調(diào)試對象實際上是保護裝置與相關設備以及保護裝置間的連接關系，主要調(diào)試手段為分系統(tǒng)試驗或整組傳動試驗〔4〕。

1 現(xiàn)有智能變電站分系統(tǒng)試驗方法

1. 1 光數(shù)字繼電保護測試儀

隨著智能變電站的建設，繼電保護測試儀廠家也相繼推出了面向智能變電站的光數(shù)字繼電保護測試儀，支持 IEC 61850 標準和數(shù)據(jù)的光口收發(fā)，有的測試儀還包括功率放大模塊，支持模擬量輸出。但在軟件實現(xiàn)的測試方法上，仍然簡單沿用了傳統(tǒng)測試儀的手動試驗方式。這類測試方法基本上都是面向單個被測間隔或設備，所施加的電壓、電流數(shù)據(jù)都是人工計算，在現(xiàn)場分系統(tǒng)試驗中存在以下問題:

1) 試驗所需的故障量設置易出錯。現(xiàn)有測試設備故障量設置無法實現(xiàn)自動計算，每種故障類型的設置需要調(diào)試人員根據(jù)經(jīng)驗計算并人為輸入到測試儀。如模擬變壓器差動保護的區(qū)外故障，需要人為計算各側電流幅值和相位關系，計算較為復雜，容易出錯，現(xiàn)場往往經(jīng)過計算并多次嘗試調(diào)整后才能設置正確。

2) 較為復雜保護邏輯功能的測試難以實施。目前的測試設備采用完全人為設置電壓、電流的方式，對于較為復雜的保護邏輯，往往需要事先通過計算各種狀態(tài)下的電壓、電流大小，并采用狀態(tài)序列模塊進行測試，對于測試人員，實現(xiàn)較為困難。如對于線路保護重合閘、后加速、母聯(lián)分、合死區(qū)等保護功能的測試，現(xiàn)場測試人員往往也需要進行多次嘗試、多次調(diào)整試驗參數(shù)后才能測試成功，費時費力。此外，現(xiàn)有測試條件下，調(diào)試人員往往根據(jù)保護說明書中的算法而不是根據(jù)實際故障情況來配置測試參數(shù)，保護邏輯的驗證方法不合理。

3) 難以滿足站域保護的測試要求。新一代智能變電站采用層次化保護配置，包括就地級保護、站域保護和廣域保護。站域保護面向全站，利用了更多的故障信息，實現(xiàn)保護配置的冗余和優(yōu)化?，F(xiàn)有站域保護在功能上主要配置有各線路冗余保護、母聯(lián)過流保護、失靈保護、加速后備保護、簡易母線保護、低周低壓減載、備自投、過載聯(lián)切等功能，在功能數(shù)量上等同于多臺裝置，采用常規(guī)的人工計算和設置的測試方法，無疑將耗費大量的時間和人力。

此外，對于采用多間隔信息的保護功能的驗證，通過人工計算來合理的設置多間隔電壓電流數(shù)據(jù)也極為困難，不能滿足當前保護發(fā)展的需要。

1. 2 基于暫態(tài)仿真的方法

解決以上問題的途徑是閉環(huán)仿真測試，仿真是為了自動計算測試所需的電壓、電流數(shù)據(jù)，閉環(huán)是為了計算狀態(tài)的自動轉換。所以有文獻提出將暫態(tài)實時仿真應用到現(xiàn)場調(diào)試中，并在現(xiàn)有暫態(tài)仿真裝置的基礎上加以改進試制了相應裝置，但基于暫態(tài)實時仿真的方法存在以下問題〔5－6〕:

1) 產(chǎn)品軟、硬件研發(fā)難度大，成本高。暫態(tài)仿真算法復雜，目前也只有少量廠家或科研單位具有相應開發(fā)能力。暫態(tài)仿真計算量大，且閉環(huán)測試要求實時計算，對硬件要求高，目前一般是采用多處理器并行計算，且仿真規(guī)模越大，要求處理器數(shù)量越多。

2) 應用復雜，難以掌握。暫態(tài)仿真模型的搭建過程復雜、難度大，需要使用者具備專業(yè)的暫態(tài)仿真計算知識; 需要設置大量的仿真參數(shù)，包括大量的非銘牌參數(shù)，難以查找，而參數(shù)設置不當易導致病態(tài)計算，難以在現(xiàn)場推廣。

3) 現(xiàn)場調(diào)試不需要考慮電磁暫態(tài)。暫態(tài)仿真或動模試驗主要是為了驗證算法本身的合理性，主要用于產(chǎn)品研發(fā)或裝置型式試驗，而現(xiàn)場應用的裝置型號已經(jīng)通過了相應的檢測; 現(xiàn)場調(diào)試主要是驗證裝置基本功能以及設備間的互聯(lián)互通，沒有必要采用電磁暫態(tài)計算。

2 基于工頻量的測試方法

采用基于工頻量計算的閉環(huán)測試既能自動計算測試所需的電壓電流數(shù)據(jù)，又能避免基于暫態(tài)計算方法在開發(fā)及應用上所遇到的問題。

2. 1 計算方法

在對實際的電力網(wǎng)絡進行分析時，往往需要將其轉化為相應的數(shù)學模型來予以考慮、計算。通常，電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)可用節(jié)點方程或回路方程來描述。節(jié)點方程以母線電壓作為待求量，母線電壓能**地確定網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。此種描述方式對于短路計算極為方便。

對于有 n 個獨立節(jié)點的網(wǎng)絡，可以列寫 n 個節(jié)點方程，以矩陣表示:

或縮記為 YV= I

矩陣 Y 為節(jié)點導納矩陣。其對角元素 Yii 稱為節(jié)點 i 的自導納，其值等于接于節(jié)點 i 的所有支路導納之和。非對角元素 Yij 稱為節(jié)點 i 、j 間的互導納，等于直接聯(lián)接于節(jié)點 i 、j 間的支路導納的負值。若節(jié)點 i 、j 間不存在直接支路，則有 Yij = 0。對于不對稱短路故障，利用序分量法計算，根據(jù)故障類型及對應的故障點邊界條件列寫方程，求解三個序網(wǎng)的電壓和電流分量。

在計算過程中，每個步長間隔檢測有無閉環(huán)開入翻轉。由于是工頻量計算，若沒有開入翻轉，可直接根據(jù)上一步計算結果生成下一步長計算數(shù)據(jù)，不需重新計算; 若有開入翻轉，則根據(jù)新的導納矩陣進行計算。即每個導納矩陣狀態(tài)計算一次，而不是每個步長間隔計算一次，不考慮兩個穩(wěn)態(tài)之間的過渡狀態(tài)，計算量極小，普通微機型繼電保護測試儀即可滿足實時計算的要求。

2. 2 元件模型和參數(shù)

各元件的計算模型可采用簡單的集中參數(shù)模型，如輸電線路可采用一個簡單的集中電感元件或電感元件串接電阻元件實現(xiàn)、變壓器采用理想變壓器模型串接電感元件實現(xiàn)、電源采用戴維南等值電路模型，其他元件均可采用等效的集中參數(shù)模型。元件參數(shù)可直接采用銘牌參數(shù)或由元件銘牌參數(shù)生成，對于輸電線路，其參數(shù)可采用相應電壓等級輸電線路的典型參數(shù)，無需用戶設定。實際上，整組試驗的目的是生成典型的故障電壓、電流數(shù)據(jù)用戶驗證保護裝置間的動作行為，并不需要力求準確。在給出電壓等級后，對于所有元件，使用者既可以根據(jù)實際情況提供元件參數(shù)，也可采用默認的典型參數(shù)值，達到簡化調(diào)試人員操作步驟，易于掌握、易于操作的使用效果。

3 裝置功能實施

由于計算量小，對硬件要求低，一般的繼電保護測試儀即可實現(xiàn)。故基于工頻量的保護裝置分系統(tǒng)測試方法可作為一個功能模塊在現(xiàn)有的智能變電站繼電保護測試儀中實現(xiàn)。

3. 1 圖形化建模和測試界面

采用友好的圖形化界面，使用便捷、直觀。如圖 1 所示。

圖形化建模界面具有編輯功能，包括各圖元的拖動、復制、刪除、連接等基本操作，可以從模型庫調(diào)取元件模型搭建變電站仿真計算模型。為使變電站計算模型的搭建更為便利，該功能預先搭建典型主接線變電站模型存于模型庫，如 500 kV 變電站一個半斷路器接線、200 kV 變電站雙母線接線、110 kV 變電站的橋接線等典型變電站模型。使用者可以從模型庫調(diào)取典型變電站模型，通過簡單編輯修改后即可完成待測變電站模型。

變電站計算模型搭建完成后，導入變電站 SCD文件獲取保護裝置的通道配置信息，在可視化測試界面上通過選擇方式建立各 SV、GOOSE 通道與仿真模型中電流、電壓及開關量的關聯(lián)。關聯(lián)完成后生成該變電站整組傳動試驗配置文件，一個變電站只需要一個配置文件。對于每個變電站，配置文件只需設置一次，保存后可重復使用。

對于采用常規(guī)電磁式互感器的智能變電站，可采用在合并單元輸入模擬量的方式進行分系統(tǒng)或整組傳動試驗，要求測試儀具有功率放大模塊，能夠輸出電流、電壓模擬量。這種情況下分系統(tǒng)測試模塊仍然適用，可以在仿真模型搭建完成后，通過在可視化測試界面建立仿真模型中電壓、電流及開關量與實際模擬量端口的關聯(lián)。

3. 2 預設故障點滿足所有分系統(tǒng)試驗項目要求

各故障點采用預設方式，并顯示在測試界面主接線圖上，無需用戶設置，如圖 2 所示的線路故障點。

各保護裝置的整組試驗項目都可以通過啟動預先設定的故障點實現(xiàn)。對于典型雙母線接線的220 kV的變電站，所有預設的故障點如圖 3 所示。

其 中，220 kV 線路保護裝置的 整組試驗、220 kVⅠ/Ⅱ母線內(nèi)部故障、母聯(lián)死區(qū)故障、母線區(qū)外故障、主變內(nèi)部故障均可通過啟動故障點實現(xiàn); 主變區(qū)外故障也可通過啟動線路故障點實現(xiàn)。只有線路故障點有單相 ( 包括瞬時性故障和長久性故障) 和三相兩類故障; 其他故障點都是三相故障。主變高壓零序過流保護的整組試驗，可以通過啟動相應電壓等級側線路單相故障實現(xiàn)。預先設定的故障點和故障類型可以滿足所有整組試驗內(nèi)容的需要，無需用戶設置，提高了該功能模塊使用的便利性。

4 結語

1) 達到了電壓、電流量自動計算的目的，減小了現(xiàn)場測試難度，而且合理的人機接口設計可使可視化測試界面易于掌握。

2) 能夠自動計算多間隔的電壓、電流數(shù)據(jù)，測試更完善，滿足新一代智能變電站保護的發(fā)展要求。

3) 能夠減小現(xiàn)場調(diào)試工作量，智能變電站就地級保護和站域保護功能數(shù)量多，在測試模型搭建完成后可直接導入測試文件依次啟動各種類型故障進行測試，大大降低測試的工作量。

4) 功能實現(xiàn)簡單，基于工頻量計算的測試方法程序開發(fā)簡單，硬件配置要求低，可作為一個分系統(tǒng)測試功能模塊在普通光數(shù)字繼電保護測試儀中實現(xiàn)。