配电自动化三遥功能闭环测试方法及其应用

随着配电自动化系统的日益普及，对三遥功能可靠性的要求越来越高。传统的测试方法采用人工形式，既浪费人力成本，又无法满足现场多样的需求。文章提出了一种配电自动化三遥功能闭环测试方法，介绍了系统的基本原理，对系统的组成及具体测试方法进行了论述，采用该方法可有效减少测试人员的工作量与难度，有效提升了测试效率。0

引言随着全球智能电网建设和研究的热潮，配电网的智能化已成为未来电网发展的新趋势，对于智能电网整体目标的实现有着举足轻重的作用。配电自动化是系统实现智能配电网的重要手段，为配电网的监测和控制提供坚实基础，是提高城网供电可靠性的必然需要，是建设智能配电网的基石。配电自动化系统的顺利实施依赖于大量安装在现场的配电终端，主要具有模拟量采集、数字量采集与控制量输出的功能，简称遥测、遥信、遥控（三遥）功能。配电终端的三遥功能与性能能否满足技术标准是配电自动化项目成功与否的关键。配电自动化系统在正式投运前需要对所有的配电终端进行入网测试，之后在安装实施过程中会进行抽检，最后需要进行现场测试验收，运行维护时也需要进行巡检。目前，在现场对配电终端三遥功能进行测试需要使用继电保护测试仪、模拟断路器以及万用表等多种仪器。测试人员需要对测试项目逐条反复实验并详细记录。由于配电网处于电力系统的末端，具有地域分布广、电网规模大、设备种类多、网络连接多样、运行方式多变等鲜明特点，我国大多数县级以上配电网的规模都已达到百条馈线以上，一些中、大型城市的中压馈线已达到或超过千条。所以对三遥功能的测试呈现出测试过程繁杂、耗时较长的特点，也很难做到全面完整检测。不仅浪费了大量的人力物力，并且测试过程可能存在较大误差。国内外的学者对配电自动化的测试和评价进行了研究。分析了馈线自动化系统试验的测试方法和测试环境，并以上海配电网为实例探讨了馈线自动化出场试验（FAT）和现场试验（SAT）的功能测试、性能测试和可靠性测试等；阐述了馈线自动化（FA）测试的关键因素，构建了基于并行计算的馈线自动化仿真测试环境，为配电自动化故障处理性能测试进行了有益的尝试；介绍了美国进行的配电自动化系统现场测试，通过多年长期运行得到数据并进行统计，基于海量数据对配电自动化系统的功能和性能进行分析。从不同的角度对馈线自动化的测试进行了研究，但都着重研究FA测试的模型、算法以及结果评价上，对于现场的应用并未进行深入研究。综上所述，虽然国内外专家开展了很多关于配电自动化测试的研究，但研究内容大多集中在对馈线自动化功能的测试与应用上，而对于基础的三遥功能测试的现场应用尚未解决。本文提出了一种基于主站系统、测试主站、测试仪、配电终端组成的三遥功能闭环测试方法，用于实现单个配电终端的远程自动调试与测试技术，形成配电终端设备的闭环测试控制环境，实现待测终端三遥功能全自动测试，以减轻现场安装调试工作量，降低对现场施工人员的技术要求，提高维护效率。1

三遥功能测试方法配电自动化终端用于中低压配电网中的开闭所、柱上分段开关、环网柜、配电变压器、重合器、线路调压器、无功补偿电容器的监视与控制，与配电网自动化主站通信，正常运行时提供配电网运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配电网设备进行调节控制的指令；故障时实现故障寻址，自动隔离故障区段，恢复对非故障区段的供电。终端设备有效作用依靠于模拟量采集、数字量采集与控制量输出的功能，简称遥测、遥信、遥控（三遥）功能。1.1传统三遥测试方法一般对配电终端三遥进行功能与性能测试需要继电保护测试仪等仪器的支持，测试人员根据测试项目制定测试策略，并在试验的过程中针对测试项目逐条反复实验并对测试过程详细记录。传统的三遥测试方法如图1所示。

图1传统三遥测试方法将继电保护测试仪与被测的配电终端相连，通过控制继电保护测试仪的电流电压输出档位与开关模拟状态，从而检测配电终端的模拟量与数字量采集的功能和性能是否满足要求。在配电终端遥信和遥测功能正确的基础上，继电保护测试仪通过获取的配电终端遥控信号，结合测试策略，判断配电终端的遥控功能是否正确。该方法可以针对单点的设备进行三遥测试，若要配合主站综合测试三遥功能，则需要在终端安装通信装置与主站进行配合。测试过程中，现场操作人员需要与主站操作人员实时沟通，并交流测试操作过程。这种测试手段实现方式复杂，且没有标准操作流程，主要依靠测试人员试验的水平，同时人工通信等问题也会对测试造成极大的不便。综上所述，若要对配电终端的三遥功能进行综合测试，需要试验人员在制定测试策略的基础上，采用三遥测试设备逐一对功能进行测试，整个测试过程繁杂，同时对测试人员的技术水平要求较高，耗时时间长，也很难实现全面完整的检测。1.2三遥闭环测试方法本文提出的三遥闭环测试方法在标准化接线的基础上，将配电终端从一次电气网络中断开，通过测试仪模拟向配电终端注入二次数据，综合利用主站系统中的配电终端数据采集模型、实时数据发布模型与接口、数据采集通道、无线通信技术，实现对现场配电终端自动化三遥测试，三遥功能闭环测试架构图如图2所示。

图2三遥功能闭环测试架构图1）三遥测试工作站上装有满足IEC61968信息交换总线的自动测试软件，通过信息交互总线与配电自动化主站系统进行互联，读取主站内的三遥配置参数；在三遥闭环测试的过程中，通过总线实时获取主站系统内的遥信信号。2）测试工作站根据三遥配置参数，在三遥测试软件中制定测试方案并生成测试用例，通过4G/3G网络可以实时自动变更参数输出给三遥测试仪。3）配电终端在现场与一次网络断开，与三遥测试仪进行标准化接线。三遥测试仪在接收到测试工作站的指令后，根据命令向对配电终端中注入模拟量。4）终端设备在接收到三遥测试仪的数据后，根据设备动作原理，将数据通过标准101/104规约传递数据到主站，进而通过适配器到达三遥测试工作站，形成三遥测试数据的闭环控制。2

闭环测试系统2.1系统组成闭环测试系统结构如图3所示，测试系统由三遥测试工作站和三遥测试仪组成。三遥测试工作站又由协议管理器、通信管理器、方案定制器、测试分析器、报告生成工具组成，闭环测试系统如图3所示。

图3闭环测试系统2.2三遥测试工作站1）协议管理器。协议管理器主要是解析不同厂家的主站系统中多样通信协议的报文，根据管理器中预先配置的库文件，支持国内给各类主战系统的规约解析，同时，对来自待测试系统的报文进行解释，将遥测与遥信的结果放入测试分析器；对于遥控报文，根据遥信状态是否与遥测值或遥控量相匹配，匹配则组织遥控成功上行报文，否则组织遥控失败上行报文。2）通信管理器。通信服务器为测试系统提供网络通信服务，主要管理主站与测试系统、测试系统与配电终端之间的通信，组织测试系统与被测试系统之间的报文交互，同时对链路进行监测与维护。其中，三遥测试工作站上装有满足IEC61968信息交换总线的自动测试软件，通过信息交互总线与配电自动化主站系统进行互联。测试系统与配电终端通过3G/4G网络通信。3）方案制定器。方案制作工具能够读取主站系统中的三遥配置参数，并根据试验人员的需求建立测试方案用例，在测试过程中支持实施对参数进行变更。并控制配电终端三遥自动测试设备的遥控输出状态、电流电压输出档位，设置测试方案以及执行方案的策略。4）测试分析器。测试分析器主要对测试过程进行监控，根据测试策略，对测试的结果进行分析和评价。对比方案制作器中设定的遥测值与主站中获取的遥测值，判断配电终端模拟量采集的正确性；根据遥控指令或者设置引起遥信变位的遥测值，判断其与主站系统中遥信的状态是否一致，遥控功能是否正确，如图4所示。

图4遥控功能判断逻辑5）报告生成工具。根据测试分析器中统计与分析的结果，报告生成工具对测试记录中的结果进行汇总，形成完整的测试报告，报告包括测试中所有终端设备的遥信状态、遥测值、遥控命令、动作时间等内容。2.3三遥测试仪三遥测试仪的主要作用是闭环测试中模拟一次网络设备与终端设备进行标准化连接的测试仪器。通过通信管理器与被测试系统中的配电终端连接，向终端发送电压信号和电流信合，并模拟产生相应的开关量信号。主要由数字信号控制器、电压电流源组件、遥控组件组成。数字信号控制器是配电终端三遥自动测试设备的中枢，控制着其他组件的状态。通过与三遥测试工作站连接，接收工作站下发的测试指令，通过通信总线与被测的配电终端通信连接，向配电终端注入电压、电流等模拟量。电压电流源组件包括多路输出端，并与配电终端相连接，数字信号输入端与数字信号控制器连接。其中，数字信号输入端控制电压和电流输出端的幅度和相位，电压、电流输出端模拟线路3相电流以及零序电流。遥控组件的输入端通过隔离器与数字信号控制器连接，输出端通过隔离器与被测配电终端连接；遥控组件可以模拟出开关状态、故障指示器状态、零序故障指示器状态、接地刀状态、闭锁状态、远方就地状态、分闭锁、备用。3

闭环测试步骤采用配电自动化三遥闭环测试方法的现场测试基础步骤如下所示：1）将待测系统主站与测试工作站通过总线连接，获取主站系统内的三遥配置参数，并导入测试软件中的方案制作器，利用测试系统内提供的各种工具，生成三遥测试用例。2）现场接线。根据现场作业安全规程，将配电终端的电压端子短路、电流端子短路、遥信节点断开；按照配电终端的端子定义，将测试仪的模拟量输出端子、数字量输出端子、数字量输入端子分别与终端设备的遥测端子、遥信端子、遥控端子通过专用测试电缆连接。3）模拟测试。将测试仪与主站或IED的维护软件对照，查看对应的遥测数据、遥信数否正常，并通过主站或测试软件发送遥控命令，检查动作是否正确，查看测试系统的通信状态和网络延时，保证其均处于通信畅通状态，实现IED与现场配电一次网络的隔离。4）执行测试。在三遥测试工作站中设置操作命令，模拟向终端设备注入电压、电流等模拟量，测试分析器会记录三遥的具体信息并进行分析。5）测试完成后，生成测试报告，查看开关的动作逻辑以及正确性，检查各配点终端的三遥数据，对比测试方案，判定终端设备三遥功能的正确性。4

应用案例按照测试步骤，配电终端与开关之间通过标准化定义接线，然后在安装前完成本地接线测试与检查，接入配电自动化系统后，可以断开配电终端与开关之间的电气连接，接入三遥自动化测试仪。测试过程中如果发现错误，将自动报警，最终会给出错误的项目汇总；若三遥全部正确，将自动输出测试报告以供归档。本文根据三遥功能闭环测试的方法，主站、终端安装处各安排1名人员，现场操作人员仅需按照标准化接线进行操作，主站工作人员根据测试系统中预置的测试案例，测试主站与现场的测试仪通过网络通信，即可实现对三遥功能进行自动测试，测试完成后自动生成测试报告。整个测试过程仅需15min，同时不依赖工作人员的技术水平，工作人员也不需要一直保持通信状态，大大减轻了工作量。经过现场的测试，可以检查出系统中三遥功能的诸多缺陷并加以修正，如部分终端无遥测信息、主站遥信状态与要遥控指令不匹配等。本文研究的三遥功能闭环测试实现了配电终端与开关之间的调试、配电终端与主站的调试有效分离，同时本方法通过自动加量、自动判断、自动调试的方式，提升了三遥测试的正确性，三遥测试的效率得到了有效提高。5

结语本文提出了一种配电自动化三遥闭环测试的方法。通过建立测试工作站与配电自动化主站系统的通信接口与交互模型，获取配电自动化系统