一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置及测试方法与流程

[0001]
本发明属于智能变电站技术领域，具体涉及一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置及测试方法。


背景技术：

[0002]
线路纵联差动保护装置是输电线路的主保护，分布在两个不同的变电站，由于其具有可以有效保护线路全长且灵敏、可靠等优点，在电网保护中的应用愈来愈广泛，分相光纤差动及零序差动保护调试是线路保护装置交接、检修试验中的重要项目。
[0003]
然而在目前的变电站建设和运行维护过程中，无论是常规的继电保护测试仪、智能站数字式或数模一体式继电保护测试仪均无法实现线路光纤差动保护联调时两侧区外故障的测试工作；致使光纤差动保护的检验试验项目存在缺失，无法通过现场保护试验来检验光差保护完整性能，一旦在送电时出现差流异常或保护误动，将造成送电延误，影响作业或工程进度、给电网安全稳定运行带来隐患。
[0004]
根据线路光差保护的原理和变电站内相关设备的性能及特点，目前调试大多采用如下两种技术方案：
[0005]
方案1，继电保护测试仪增加相互通讯及远程控制功能，可有效解决线路两侧保护仪加模拟量时不同步和电流量相角无统一基准的问题。
[0006]
方案2，将利用变电站内时间同步对时系统实现线路两侧继电保护仪的时间同步，并用时间触发保护仪的故障状态，以实现两侧模拟量同步。
[0007]
现有的两种方法可以实现光差保护区外故障测试，但是在实际操作中存在如下问题：
[0008]
方案1中所述继电保护测试仪增加相互通讯及远程控制功能，需要一台测试仪给另外一台测试仪通过光纤发送试验触发信号和传输延时。这种方法理论上可以实现两台测试仪同步触发的目的，但是实际应用时，光纤的长度由两侧变电站距离决定，距离越远传输延时越大；选择不同变电站测试时，变电站间距离不同，传输延时也不固定。为了保证两端测试仪同步触发，试验之前需要人工测量不同变电站之间铺设的光纤长度，计算出光纤传输延时，再将传输延时和试验触发信号由一台测试仪传给另外一台测试仪，达到两侧测试仪同步触发的目的。这种试验方案操作复杂，传输延时误差较大，实际测试效果不理想。
[0009]
方案2中所述利用变电站内时间同步对时系统实现线路两侧继电保护仪的时间同步，并用时间触发保护仪故障态也存在问题。首先，测试时要求两侧变电站同时具备备用对时接口，如果任意一端不具备备用对时接口，需要人工携带gps天线，接线复杂。另外，不论是自备gps天线还是通过变电站备用对时接口都无法保证两侧测试仪同步的时间完全一致，会存在两个变电站时间不一致的情况，不能保证两侧测试仪同步触发。最后，测试时需要两侧变电站各有一名测试人员设置相同的试验触发时间和故障状态，如果两名测试人员配合出错，会导致测试周期较长。


技术实现要素：

[0010]
本发明的目的是提供一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置及测试方法，既可以实现单端控制同步触发试验，又不依赖变电站内的时间同步系统，人员配置简化，操作接线简单，可应用于不同变电站之间的光差保护区内区外测试。
[0011]
本发明解决其技术问题的技术方案为：一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置，包括第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置，所述第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置之间通过单模光纤连接，还包括光纤纵差保护测试装置主机、光纤纵差保护测试装置从机；
[0012]
所述光纤纵差保护测试装置主机包括主机主控单元、主机测试单元；
[0013]
所述主机主控单元包括人机操作模块、用于设置实验开始时间的试验触发模块、用于生成的状态序列参数的模型计算模块、用于对实验结果进行评价的结果评估模块、第一电以太网口；
[0014]
所述主机测试单元包括第一时标打印模块、用于建立测试所需要的数据集的第一数据建模模块、第一光以太网口、第二光以太网口、第一单模光纤口；
[0015]
所述光纤纵差保护测试装置从机包括从机主控单元、从机测试单元；
[0016]
所述从机主控单元包括第二电以太网口；
[0017]
所述从机测试单元包括第二时标打印模块、建立测试所需要的数据集的第二数据建模模块、第三光以太网口、第四光以太网口、第二单模光纤口、时间修正模块；
[0018]
所述人机操作模块的输出端分别与试验触发模块、模型计算模块、结果评估模块的输入端连接，所述试验触发模块的输出端与时标打印模块的输入端连接，所述模型计算模块的输出端与数据建模模块的输入端连接，所述第一时标打印模块的输出端与第一数据建模模块的输入端连接，所述第一数据建模模块通过第一单模光纤口、第二单模光纤口与第二数据建模模块连接；
[0019]
所述第二时标打印模块的的输出端与第二数据建模模块的输入端连接，所述第二数据建模模块的输出端与时间修正模块的输入端连接，所述时间修正模块的输出端与第二时标打印模块的输入端连接；
[0020]
所述第一电以太网口、第二电以太网口分别与第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置连接，所述第一电以太网口、第二电以太网口分别用于数传mms报文；
[0021]
所述第一光以太网口、第二光以太网口分别与第一纵联差动保护装置连接，所述第一光以太网口和所述第二光以太网口分别用于对第一纵联差动保护装置传输goose报文或sv报文；
[0022]
所述第三光以太网口、第四光以太网口分别与第二纵联差动保护装置连接，所述第三光以太网口和所述第四光以太网口分别用于对第二纵联差动保护装置传输goose报文或sv报文；
[0023]
所述第一单模光纤口与第二单模光纤口连接，用于主从机数据交换。
[0024]
一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0025]
s1：在光纤纵差保护测试装置主机的主机主控单元上通过人机操作模块选择故障模型，主机主控单元的模型计算模块根据选择的故障模型，生成状态序列参数；
[0026]
s2：在主机主控单元上通过人机操作模块对试验触发模块设置试验开始时间，试验开始时间为t+ts，t为当前时间，ts为固定延时时间，然后模型计算模块把步骤s1中状态序列参数传给主机测试单元的第一时标打印模块，试验触发模块将试验开始时间传给主机测试单元的第一数据建模模块；
[0027]
s3：主机测试单元的第一数据建模模块和从机测试单元的第二数据建模模块根据通讯规约iec61850 goose分别设置4个goose数据集并进行建模，分别为第一goose数据集dsgoose1、第二goose数据集dsgoose2、第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4；
[0028]
s4：主从机时间同步，根据步s3中第二goose数据集dsgoose2的建模内容，主机测试单元的时标打印模块将发送的时间戳t1写入自身的第二goose数据集dsgoose2中，并将包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文发给从机测试单元；
[0029]
从机测试单元收到主机测试单元发送的对时报文，并更新从机测试单元的第二goose数据集dsgoose2，从机测试单元的时标打印模块将接收的时间戳t2写入第二goose数据集dsgoose2中；
[0030]
从机测试单元的时标打印模块将发送的时间戳t3写入从机测试单元的第二goose数据集dsgoose2中，并将包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文发给主机测试单元；
[0031]
主机的测试单元收到从机测试单元发送的包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文，并更新主机测试单元的第二goose数据集dsgoose2，主机测试单元的时标打印模块将接收的时间戳t4写入自身的第二goose数据集dsgoose2中；
[0032]
主机测试单元将包含有写入有时间戳t1、时间戳t2、时间戳t3、时间戳t4的第二goose数据集dsgoose2的对时报文发送到从机的测试单元，从机的测试单元的时间修正模块计算主从机的时间差δt＝((t2-t1)+(t4-t3))/2；修正从机时间，达到主从机时间一致的目的；
[0033]
s5：主机测试单元的将包含有试验开始时间和状态序列参数的第一goose数据集dsgoose1通过主从机之间连接的单模光纤传给从机测试单元，从机测试单元解析第一goose数据集dsgoose1中的状态序列参数和试验开始时间；
[0034]
在主机主控单元上控制试验触发模块，将步骤s2中生成的试验开始时间t+ts，t为当前时间，ts为固定延时时间，以及状态序列参数传给主机测试单元。
[0035]
主机测试单元根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给所连接的纵联差动保护设备，同时从机测试单元根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给从机测试单元连接的纵联差动保护设备，保证主从机实验配置一致并且同时触发实验；
[0036]
s6：试验结果获取，试验结束后，主机主控单元的电以太网口获得主机侧保护mms状态，主机测试单元的光以太网口获取主机侧保护动作goose状态；从机主控单元的电以太网口获得从机侧保护mms状态，从机测试单元的光以太网口获取从机侧保护动作goose状态，
[0037]
通过从机测试单元的数据建模模块把从机侧保护动作goose状态和从机侧mms状态填入第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4，将第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4通过主从机之间连接的单模光纤传给主机测试单
元，主机测试单元解析出从机侧保护动作goose状态和从机侧mms状态，通过内部总线传给主机主控单元；
[0038]
s7：主机主控单元的结果评估模块根据步骤s6获取的主机侧保护动作goose状态、主机侧mms状态和从机侧保护动作goose状态、从机侧mms状态进行数据评估，结果评估模块根据评估结果形成最终的测试报告，测试报告包括保护goose动作情况和mms动作情况。
[0039]
所述步骤s1中的故障模型包括区内故障模型、区外故障模型。
[0040]
所述步骤s1中的状态序列参数包括正常态和故障态参数，以及正常态和故障态的状态切换方式，所述的正常态是指没有故障时电压电流福值、相角和开关量状态；所述的故障态是指选择故障模型后生成的电压、电流福值相角和开关量状态。
[0041]
所述步骤s3中的四个数据集作用具体为：
[0042]
第一goose数据集dsgoose1为参数数据集，包括步骤s1模型计算模块生成的状态序列参数和试验触发模块生成的试验开始时间；从机将主机传过来的状态序列参数和试验开始时间更新到第一goose数据集dsgoose1中。
[0043]
第二goose数据集dsgoose2为时间数据集，包括4个时间，分别是主机测试单元发报文给从机测试单元的时间戳t1，从机测试单元收到报文的时间戳t2，从机测试单元反馈给主机测试单元的时间戳t3，主机测试单元收到从机测试单元反馈的报文时间戳t4；
[0044]
第三goose数据集dsgoose3为保护动作goose数据集，显示从机测试单元接收的保护动作goose状态，保护动作goose状态包括：保护a/b/c三相动作时间；
[0045]
第四goose数据集dsgoose4为保护动作mms数据集，显示从机主控单元接收的保护动作mms状态，保护动作mms状态包括保护dstripinfo数据集。
[0046]
所述步骤s7具体为：
[0047]
s7.1：主机侧保护动作goose状态和从机侧保护动作goose状态进行比较；如果两者goose时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0048]
s7.2：主机侧mms状态和从机侧mms状态进行比较；如果两者mms时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0049]
s7.3：主机侧保护动作goose状态和主机侧mms状态比较，如果两者时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0050]
s7.4：从机侧保护动作goose状态和从机侧作mms状态比较；如果两者时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0051]
本发明的有益效果为：通过在主机上选择故障模型并生成状态序列参数；主机设置试验开始时间；主机和从机同时根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给所连接的纵联差动保护；获得主机侧保护mms状态、主机侧保护动作goose状态、从机侧保护mms状态和从机侧保护动作goose状态并生成测试报告，本发明完全实现单侧试验控制；两侧测试数据统一自动合并，不需人干预，并形成两侧完整测试报告，可以广泛地应用到工程调试、设备检修和运维等工作中，可以消除保护测试的盲点。
附图说明
[0052]
图1是本发明的主从机和纵联差动保护装置的连接关系示意图。
[0053]
图2是本发明光纤纵差保护测试装置主机的结构原理图。
[0054]
图3是本发明光纤纵差保护测试装置从机的结构原理图。
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
如图1所示，本发明包括第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置，所述第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置之间通过单模光纤连接，还包括光纤纵差保护测试装置主机、光纤纵差保护测试装置从机；
[0057]
所述光纤纵差保护测试装置主机包括主机主控单元、主机测试单元；
[0058]
所述主机主控单元包括人机操作模块、用于设置实验开始时间的试验触发模块、用于生成的状态序列参数的模型计算模块、用于对实验结果进行评价的结果评估模块、第一电以太网口；
[0059]
所述主机测试单元包括第一时标打印模块、用于建立测试所需要的数据集的第一数据建模模块、第一光以太网口、第二光以太网口、第一单模光纤口；
[0060]
所述光纤纵差保护测试装置从机包括从机主控单元、从机测试单元；
[0061]
所述从机主控单元包括第二电以太网口；
[0062]
所述从机测试单元包括第二时标打印模块、建立测试所需要的数据集的第二数据建模模块、第三光以太网口、第四光以太网口、第二单模光纤口、时间修正模块；
[0063]
所述人机操作模块的输出端分别与试验触发模块、模型计算模块、结果评估模块的输入端连接，所述试验触发模块的输出端与时标打印模块的输入端连接，所述模型计算模块的输出端与数据建模模块的输入端连接，所述第一时标打印模块的输出端与第一数据建模模块的输入端连接，所述第一数据建模模块通过第一单模光纤口、第二单模光纤口与第二数据建模模块连接；
[0064]
所述第二时标打印模块的的输出端与第二数据建模模块的输入端连接，所述第二数据建模模块的输出端与时间修正模块的输入端连接，所述时间修正模块的输出端与第二时标打印模块的输入端连接；
[0065]
所述第一电以太网口、第二电以太网口分别与第一纵联差动保护装置、第二纵联差动保护装置连接，所述第一电以太网口、第二电以太网口分别用于数传mms报文；
[0066]
所述第一光以太网口、第二光以太网口分别与第一纵联差动保护装置连接，所述第一光以太网口和所述第二光以太网口分别用于对第一纵联差动保护装置传输goose报文或sv报文；
[0067]
所述第三光以太网口、第四光以太网口分别与第二纵联差动保护装置连接，所述第三光以太网口和所述第四光以太网口分别用于对第二纵联差动保护装置传输goose报文或sv报文；
[0068]
所述第一单模光纤口与第二单模光纤口连接，用于主从机数据交换。
[0069]
一种单侧控制的智能变电站光差保护测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0070]
s1：在光纤纵差保护测试装置主机的主机主控单元上通过人机操作模块选择故障模型，主机主控单元的模型计算模块根据选择的故障模型，生成状态序列参数；
[0071]
所述步骤s1中的故障模型包括区内故障模型、区外故障模型。
[0072]
所述步骤s1中的状态序列参数包括正常态和故障态参数，以及正常态和故障态的状态切换方式，所述的正常态是指没有故障时电压电流福值、相角和开关量状态；所述的故障态是指选择故障模型后生成的电压、电流福值相角和开关量状态。
[0073]
s2：在主机主控单元上通过人机操作模块对试验触发模块设置试验开始时间，试验开始时间为t+ts，t为当前时间，ts为固定延时时间，然后模型计算模块把步骤s1中状态序列参数传给主机测试单元的第一时标打印模块，试验触发模块将试验开始时间传给主机测试单元的第一数据建模模块；
[0074]
s3：主机测试单元的第一数据建模模块和从机测试单元的第二数据建模模块根据通讯规约iec61850 goose分别设置4个goose数据集并进行建模，分别为第一goose数据集dsgoose1、第二goose数据集dsgoose2、第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4；
[0075]
所述步骤s3中的四个数据集作用具体为：
[0076]
第一goose数据集dsgoose1为参数数据集，包括步骤s1模型计算模块生成的状态序列参数和试验触发模块生成的试验开始时间；从机将主机传过来的状态序列参数和试验开始时间更新到第一goose数据集dsgoose1中。
[0077]
第二goose数据集dsgoose2为时间数据集，包括4个时间，分别是主机测试单元发报文给从机测试单元的时间戳t1，从机测试单元收到报文的时间戳t2，从机测试单元反馈给主机测试单元的时间戳t3，主机测试单元收到从机测试单元反馈的报文时间戳t4；
[0078]
第三goose数据集dsgoose3为保护动作goose数据集，显示从机测试单元接收的保护动作goose状态，保护动作goose状态包括：保护a/b/c三相动作时间；
[0079]
第四goose数据集dsgoose4为保护动作mms数据集，显示从机主控单元接收的保护动作mms状态，保护动作mms状态包括保护dstripinfo数据集，dstripinfo数据集如表4所示。
[0080]
通道定义如表1、2、3、4所示。
[0081][0082]
表1
[0083][0084]
表2
[0085]
[0086]
表3
[0087][0088]
表4
[0089]
s4：主从机时间同步，根据步s3中第二goose数据集dsgoose2的建模内容，主机测试单元的时标打印模块将发送的时间戳t1写入自身的第二goose数据集dsgoose2中，并将包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文发给从机测试单元；
[0090]
从机测试单元收到主机测试单元发送的对时报文，并更新从机测试单元的第二goose数据集dsgoose2，从机测试单元的时标打印模块将接收的时间戳t2写入第二goose数据集dsgoose2中；
[0091]
从机测试单元的时标打印模块将发送的时间戳t3写入从机测试单元的第二goose数据集dsgoose2中，并将包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文发给主机测试单元；
[0092]
主机的测试单元收到从机测试单元发送的包含第二goose数据集dsgoose2的对时报文，并更新主机测试单元的第二goose数据集dsgoose2，主机测试单元的时标打印模块将接收的时间戳t4写入自身的第二goose数据集dsgoose2中；
[0093]
主机测试单元将包含有写入有时间戳t1、时间戳t2、时间戳t3、时间戳t4的第二goose数据集dsgoose2的对时报文发送到从机的测试单元，从机的测试单元的时间修正模块计算主从机的时间差δt＝((t2-t1)+(t4-t3))/2；修正从机时间，达到主从机时间一致的目的；
[0094]
s5：主机测试单元的将包含有试验开始时间和状态序列参数的第一goose数据集dsgoose1通过主从机之间连接的单模光纤传给从机测试单元，从机测试单元解析第一goose数据集dsgoose1中的状态序列参数和试验开始时间；
[0095]
在主机主控单元上控制试验触发模块，将步骤s2中生成的试验开始时间t+ts，t为当前时间，ts为固定延时时间，以及状态序列参数传给主机测试单元。
[0096]
主机测试单元根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给所连接的纵联差动保护设备，同时从机测试单元根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给从机测试单元连接的纵联差动保护设备，保证主从机实验配置一致并且同时触发实验；
[0097]
s6：试验结果获取，试验结束后，主机主控单元的电以太网口获得主机侧保护mms状态，主机测试单元的光以太网口获取主机侧保护动作goose状态；从机主控单元的电以太
网口获得从机侧保护mms状态，从机测试单元的光以太网口获取从机侧保护动作goose状态，
[0098]
通过从机测试单元的数据建模模块把从机侧保护动作goose状态和从机侧mms状态填入第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4，将第三goose数据集dsgoose3和第四goose数据集dsgoose4通过主从机之间连接的单模光纤传给主机测试单元，主机测试单元解析出从机侧保护动作goose状态和从机侧mms状态，通过内部总线传给主机主控单元；
[0099]
s7：主机主控单元的结果评估模块根据步骤s6获取的主机侧保护动作goose状态、主机侧mms状态和从机侧保护动作goose状态、从机侧mms状态进行数据评估，结果评估模块根据评估结果形成最终的测试报告，测试报告包括保护goose动作情况和mms动作情况。
[0100]
所述步骤s7具体为：
[0101]
s7.1：主机侧保护动作goose状态和从机侧保护动作goose状态进行比较；如果两者goose时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0102]
s7.2：主机侧mms状态和从机侧mms状态进行比较；如果两者mms时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0103]
s7.3：主机侧保护动作goose状态和主机侧mms状态比较，如果两者时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0104]
s7.4：从机侧保护动作goose状态和从机侧作mms状态比较；如果两者时间的误差在门槛值之内，认为正常，如果超过门槛值，认为异常，门槛值可设置，默认为5％。
[0105]
本发明通过在主机上选择故障模型并生成状态序列参数；主机设置试验开始时间；主机和从机同时根据试验开始时间和状态序列参数发送sv报文和goose报文给所连接的纵联差动保护；获得主机侧保护mms状态、主机侧保护动作goose状态、从机侧保护mms状态和从机侧保护动作goose状态并生成测试报告，本发明完全实现单侧试验控制；两侧测试数据统一自动合并，不需人干预，并形成两侧完整测试报告，可以广泛地应用到工程调试、设备检修和运维等工作中，可以消除保护测试的盲点。