就地化保護通過靠近站內一次設備就地布置相關保護裝置，采用電纜直接采樣、直接跳閘的方式，減少合并單元、智能終端等中間傳輸環節，提升保護裝置的可靠性與速動性；根據標準化接口設計，采用標準航空插頭進行插接，實現就地化保護裝置的即插即用、模塊化安裝、工廠化調試和更換式檢修，從而減少停電時間，提升工作質量和效率；采用一體化設計，將單間隔功能縱向集成，實現保護裝置外觀小型化、功能集成化，減少設備種類和數量，大幅度降低站內設備缺陷率。

為了考驗就地化保護裝置耐受極端天氣的能力，已在新疆吐魯番、黑龍江漠河、浙江舟山等8個典型特殊氣候地區掛網運行。在湖北地區，目前已在500kV玉賢變、110kV宋山變等典型變電站進行掛網試運行，裝置運行至今經受住了考驗，正確發揮了保護功能。

2018年，國網公司總部科技項目《就地化保護構建方案及關鍵技術研究》立項成功，國家標準《就地化繼電保護裝置技術規范》立項成功，標志著就地化保護的研究和發展走向了新的一步。就地化保護的整站實施方案正在進一步擴充和完善；變壓器保護的集中式和分布式運行模式，母線保護的積木式運行模式[6]正在深入推演和論證；基于三網合一的保護專網方案首次應用在繼電保護系統中，具體實施細節和相關管理方案仍在積極研究和探索過程中。

這些研究和試點工作使得就地化保護的技術細節不斷完善，技術方案不斷成熟，相關標準、規范逐漸成型，裝置和配套系統得到更加有力的推廣應用。在多地域、多時段的試點中，從方案本身到管理措施以及運行維護策略，都得到了長足的發展。

但是，伴隨著就地化保護技術的不斷發展，尚缺乏專門針對就地化保護特點的測試手段和測試裝置，不利于未來就地化保護大面積推廣后的現場運維和專業檢修工作。

目前，就地化保護測試存在以下問題：

1）傳統測試儀輸出模擬量、開關量數量不足，管理平臺軟件性能有限，難以滿足母差保護、主變保護等多間隔保護自動化測試的要求，測試過程中必須人工改變配置、頻繁換線，測試人員必須在具有足夠專業背景的前提下充分理解就地化新模式。

2）就地化保護裝置本體并未配置人機界面，需要測試儀通過保護專網口進行定值的下裝和相關狀態的管理，而傳統測試儀并未配備三網合一網絡模塊，無法進行相關操作。

3）就地化保護系統采用“工廠化調試”和“更換式檢修”新模式，目前在現場和更換式檢修中心均沒有成熟的測試設備和測試方案可供使用，低效率的手工連接、人工加量是目前唯一測試方法，不滿足就地化保護減少人員承載壓力的初衷。

綜上所述，現有的模擬量測試儀、數字式測試儀以及數模一體測試儀均無法滿足就地化保護測試的實際需求，現有測試方案對試驗軟、硬件設備以及測試人員專業水平有極高要求。伴隨著就地化保護的飛速發展，亟需一套足以滿足就地化保護測試需求的就地化保護工廠化測試系統。

1 就地化保護工廠化測試系統的開發

1.1 測試系統架構設計

本文從就地化保護測試[需求出發，研究三網合一保護專網技術，開發智能化、自動化、界面友好的測試系統，從而完善測試項目和測試流程。考察不同類型、不同電壓等級的就地化保護采用的標準連接器接口，取其接口“最大集”，即連接器接口數量最多（集中式主變連接器接口數量最多為6個），各連接器接口插針芯數最多（開入+電源21芯、開出37芯、光纖16芯、交流24芯），作為本測試系統的標準航插轉接區；輸出模擬量電壓至少24路，輸出模擬量電流至少27路；開入量至少128路，開出量至少64路。測試系統架構設計如圖1所示。

圖1 測試系統架構圖

就地化保護工廠化測試系統主要包括電壓電流功放、開入開出量、光耦（DI/DO）、DA轉換器、標準航插轉接區、光以太網口、對時口、工控機、嵌入式32位CPU以及高性能現場可編程門陣列（field programmable gate array, FPGA）組成，可實現無航插模式和有航插模式兩種方式測試。

無航插模式：測試系統通過16位DA轉換器對外輸出模擬量電壓和電流，通過開入量接收位置信號，開出量控制位置的閉合與斷開，測試系統可直接與就地化保護裝置的端子排連接進行測試。

有航插模式：測試系統的標準航插轉接區與就地化保護航插相連，另一端線頭散開，通過標簽標識等方式告知線頭定義，指導用戶與端子排接線。

整個測試可實現測試環境配置、測試用例管理和自動測試過程管理的功能，滿足多種就地化保護類型的測試需求。

1.2 測試系統軟件架構

就地化保護工廠化測試系統軟件架構如圖2所示，由虛擬仿真、一鍵測試、全站仿真、通信分析四大功能模塊和系統配置、數據總線、數據采集服務等公共服務組件構成，實現了系統的數據共享和高度集成。

圖2 軟件架構圖

四大模塊提供了制造報文規范（manufacturing message specification, MMS）標準數據源、一鍵下載及備份、變電站配置描述（substation configuration description, SCD）可視化、虛對實仿真、虛對虛仿真、保護信息監測、測試過程自動控制、測試報告自動生成、通信監視、專網檢測等功能，極大地豐富了就地化保護測試的高級應用。

數據采集服務采集相關數據，并通過數據總線將數據提供給各個功能模塊進行業務應用，利用數據總線各個線程之間的互斥性保證數據的完整性以及唯一性。測試系統采用統一的配置功能，例如基本設置、SCD設置、智能電子設備（intelligent electronic device, IED）模型映射、參數設置等，四大功能模塊共用同一套配置，縮短配置時間，提高配置效率。

2 就地化保護檢修模式

就地化保護采用“工廠化調試”和“更換式檢修”新模式。新型檢修模式的采用對于就地化保護裝置的測試提出了新的要求。根據《就地化保護運維技術導則》征求意見稿，以及《繼電保護十年發展綱要》的要求，就地化保護的檢驗流程如圖3所示。

在就地化保護“工廠化調試”的新模式下，工廠化調試依托工廠化調試中心，主要負責新建、改（擴）建工程的就地化保護裝置集中調試，通過搭建仿真測試環境，完成系統組態配置、就地化保護裝置單體檢驗和全站就地化保護裝置檢驗，并出具測試合格報告。

如圖4所示為就地化保護更換式檢修檢驗流程，在就地化保護“更換式檢修”的新模式下，更換式檢修采用“先調試、后更換”的原則，依托更換式檢修中心，主要負責就地化保護裝置的運維、檢修、管理，通過采用更換方式替換故障或異常設備，出具更換式檢修測試合格報告，并進行故障跟蹤。

圖3 就地化保護工廠化調試檢驗流程

圖4 就地化保護更換式檢修檢驗流程

3 就地化保護裝置的菜單建模與通信

就地化保護裝置由于其工作環境比較惡劣，不適宜在裝置中添加人機接口（human machine interface, HMI），相應的菜單功能通過IEC 61850方式（建模、通信服務）實現，這給運維工作帶來了諸多不便。為了解決此問題，向就地化保護裝置添加了遠程管理功能，將人機接口功能建模為一個獨立的邏輯設備，包含裝置所支持的所有遠程界面顯示信息的建模。

就地化保護裝置模型文件的菜單及其所包含的數據信息，遵循Q/GDW 1161—2013的規定，通過在模型文件中遠程管理邏輯設備（logic device, LD）下定義對應的數據集和數據集成員的方式實現，數據集成員與菜單下的數據對象具有一一對應關系，數據集成員可以引用本LD下的數據對象，也可以跨LD引用數據對象。相關模型如圖5所示。

圖5 通信與功能模型

就地化保護工廠化測試系統提供了人機交互功能，通過IEC 61850連接就地化保護裝置，實現就地化保護裝置的遠程管理功能。并通過代理服務模式實現與就地化保護的通信，進行查看保護裝置參數、查看保護裝置定值、修改保護裝置定值、投退軟壓板等操作，菜單功能與模型邏輯設備管理單元（manager, MGR）中描述的數據集一一對應。

將就地化保護模型導入到本地數據庫中，從而建立界面菜單與模型中的數據集的對應關系。例如，一級菜單“信息查看”下面的“SV狀態”菜單顯示的數據集是dsMgrSVStat中的數據，“告警信息”菜單顯示的數據集是dsMgrAlarm中的數據。

4 一鍵式自動測試原理

就地化保護裝置在定值、型號、接口、通信規約、保護配置方案上統一定義，有著高度的一致性，為一鍵式自動測試的測試模板在不同廠家和型號之間的復用提供了技術基礎。

在測試系統軟件內根據內置的就地化保護裝置測試功能模塊編輯生成一鍵式自動測試模板，通過電以太網接口與MMS網相連，與被測IED進行MMS報文交互，召喚并遠程進行修改就地化保護裝置的壓板、定值、控制字等信息，實現單獨對保護子機功能進行測試；實現保護裝置的采樣精度、虛端子正確性、保護動作定值和動作時間的自動測試。

實現母線保護、主變保護等跨間隔保護主機和子機的整體測試，實現基于測試方案的輸入信號自動模擬、輸出信息驗證、測試過程自動記錄等功能。測試報告項目齊全，包含“是否合格”的結論性清單列表，且支持全部或部分報告打印。

測試過程順序執行檢驗項目，檢驗項目之間可間隔一定的時間；每一條試驗項目，逐一執行各類操作，每類操作具有各自的執行判斷；每一條試驗項目結束后，自動記錄相關結果信息。測試結束后，測試系統自動將檢驗記錄按照模板格式生成檢驗報告，包含裝置信息、檢驗項目、檢驗結果及結果判定信息。

測試流程整體示意圖如圖6所示。測試軟件可以自動記錄保護裝置的硬件信息、軟件版本信息，自動統計并記錄保護動作值及動作時間，測試人員可以專注于技術分析，減少不必要的勞動。

5 工程應用實例

現以湖北省某220kV就地化變電站為例簡要說明就地化保護工廠化測試系統的工程應用情況。

圖6 一鍵式自動測試流程示意圖

就地化保護工廠化測試系統可通過有航插或無航插模式與被測就地化保護連接，測試前在測試系統軟件內根據內置的保護測試功能模塊編輯生成一鍵式測試模板，如圖7所示。一鍵式測試模板的編寫采用圖形化、模塊化等用戶友好的方式，即使是一般用戶也可根據自身的測試需求簡單完成模板的編寫，也可以采取形成測試用例數據庫，每次測試前從庫中調取測試用例的方式。

測試人員僅需要編寫一鍵式測試模板或從數據庫中調取測試模板，并在測試系統和被測就地化保護之間做好必要的連線，即可一鍵式完成所需的測試項目，實現測試全過程實時監視，并能自動生成測試報告，如圖8所示。

圖7 測試軟件界面

圖8 自動生成測試報告

6 結論

就地化保護裝置基于標準化接口設計，采用標準航空插頭進行插接，實現各個保護廠家同種類型裝置的互換，提高了就地化保護裝置的安裝效率。標準化航空插頭接口實現“即插即用”，操作簡易高效，減少了停電時間，提高了作業安全性。

通過對就地化保護工廠化測試系統技術及應用的研究，可實現“工廠化調試”和“更換式檢修”。現場檢修時，可僅進行整機更換，替換下的裝置利用測試系統進行批量、自動化測試，從而提升運維效率，減少后期測試的時間和人員投入，提升就地化保護裝置整體測試調試效率，進一步提高變電站安全穩定運行的可靠性。

本文編自2020年第8期《電氣技術》，標題為“就地化保護工廠化測試系統技術研究及應用”，作者為陳澤華、陳勇、羅建平、周坤、王義波。