0 引言
隨著國家電網公司智能電網戰略的加快發展， 智能變電站的建設快速推進， 以 IEC 61850為基礎的數字化繼電保護與安全自動裝置在實際工程中大量應用， 對繼電保護測試技術提出了新的挑戰。 以模擬量輸出與開關量檢查為基礎的傳統繼電保護測試儀無法對采用 IEC 61850 技術的數字化繼電保護開展測試， 各繼電保護測試儀生產廠家紛紛推出基于 IEC 61850 數字化技術的繼電保護測試裝置[ 1 ]， 但由于 IEC 61850 技術應用本身較為復雜、 新產品開發周期較短、 實際工程應用經驗較少以及統一的技術標準與規范缺乏等原因， 這些測試儀均存在諸多問題， 某些裝置甚至在現場應用中很多基本測試都無法完成。 另外，由于工作原理不同， 各種型號產品的功能與性能差異也較大。 這些均對現場實際應用產生了較大影響， 無法滿足繼電保護測試的技術要求。
因此， 迫切需要開展數字式繼電保護測試儀的相關檢測， 規范數字式繼電保護測試儀的相關功能， 提升其整體性能， 為繼電保護測試提供更好的方式與手段。
1 檢測概況
1.1 檢測目的
IEC 61850 數字化繼電保護測試儀主要實現數字化及保護功能測試兩大功能。 其 IEC 61850功能要求能夠輸出基于 IEC 61850-9 的采樣值（SV）報文，并能配置 SVCB 的相關參數； 能夠發布 GOOSE 報文并對其進行參數配置； 能夠訂閱GOOSE 報文， 正確解析報文信息[ 2 ]。 保護功能測試與傳統繼電保護測試儀相同， 要求能夠利用測試儀的通用測試、 狀態序列、 整組試驗等測試模塊實現保護裝置各種保護功能的校驗。
檢測主要圍繞上述兩大功能展開， 由于 IEC61850-9-1 部分不是技術發展方向且應用較少，已被新標準所廢棄， 因此檢測內容不涉及 9-1 部分， 只檢測 GOOSE 功能與 SV（9-2）功能。
為保證測試的廣泛性， 選擇了許繼電氣、 北京博電、 廣東昂立、 武漢豪邁、 成都天進、 華東電氣等 6 個主要數字式繼電保護測試儀廠家的產品， 力爭掌握目前 IEC 61850 數字化繼電保護測試儀的發展現狀及技術水平。
1.2 GOOSE 與 SV（9-2）等數字化功能的檢驗[ 3 ]
（1）GOCB 配置功能——檢查 SCL 文件導入、支持 IEC 61850 基本數據類型、 開關量關聯、 數據集描述等功能。
（2）GOOSE 發布報文一致性檢驗——檢查發布的 GOOSE 報文的參數與數據是否與所配置的GOCB 的參數一致。
（3）GOOSE 發布功能檢驗——檢查 StNum 序號、 SqNum 序號、 Test 功能配置、 GOOSE 發布機制等。
（4）GOOSE 訂閱報文一致性檢驗——檢查訂閱 GOOSE 報文時是否按照 SCL 文件中的相關描述對 AppID， GOCB Reference 等進行檢查后接收。
（5）GOOSE 訂閱功能檢驗——檢查 GOOSE 訂閱機制、 斷鏈報警等功能。
（6）GOOSE 性能測試——發布/訂閱*小分辨率檢查、 發布/訂閱控制塊數量檢查、 訂閱負荷測試、 發布/訂閱延時測試。
（7）SVCB 配置功能檢查——SCL 文件導入、電流電壓通道關聯、 SVCB 參數配置等功能檢查。
（8）SV（9-2）發布報文一致性檢驗——檢查SV 發布報文中的 SVCB 參數及數據集成員是否與相應 SCL 文件中的描述一致。
（9）SV（9-2）發布功能檢驗——檢查采樣率、同步標志配置等。
（10）SV（9-2）傳輸性能測試——報文發布間隔檢查、 與 GOOSE 同步性檢查、 SVCB 控制塊數量檢查。
（11）SV 輸出準確度檢驗——輸出電壓、 電流、 相位的準確度檢查。
（12）時間準確度檢查。
1.3 繼電保護功能的測試模塊檢驗
將測試儀與數字化保護裝置相連， 利用其通用測試、 狀態序列、 距離保護、 整組試驗等模塊，模擬單相接地、 相間短路、 瞬時性故障、 長久性故障等， 檢查測試儀保護功能模塊的正確性， 并對測試儀軟件的操作性能作出評價。
1.4 檢測平臺及依據
利用現有技術手段與工具， 在實驗室內搭建了 1 個測試平臺， 所有的數字化繼電保護測試儀均在此平臺上展開測試， 測試平臺與工具分別如圖 1 及表 1 所示。
目前， 國內沒有針對數字化繼電保護測試儀的專用標準及規范， 以傳統繼電保護測試儀的技術標準 DL/T 624《繼電保護微機型試驗裝置技術條件》作為參考， 并將 DL / Z 860（IEC 61850）《變電站通信網絡和系統》、 Q / GDW 396-2009《IEC61850 工程繼電保護應用模型》 等數字化繼電保
護相關技術標準作為檢測依據。
2 檢測方法
2.1 GOCB， SV 配置功能檢查
利用被測測試儀軟件導入某變電所的 SCL文件（SCD， CID）， 檢查是否能夠導入、 替代、 添加 SCL 文件； 是否能夠正確讀入文件中所包含的GOCB 及 SV 的配置參數及數據集； 檢查其是否能夠支持 IEC 61850 基本數據類型； 檢查是否能夠對 GOCB 的數據集成員數目及數據類型進行手動配置； 檢查 GOOSE 數據集成員與開入開出的關聯及取消功能， SV 數據集成員與輸出通道的關聯及取消功能。
2.2 GOOSE， SV 報文一致性測試
利用 MMS Ethereal 軟件， 截取測試儀所發送的 GOOSE， SV 報文， 檢查報文中信息是否與手動配置或 SCL 文件中的描述一致。 對于 GOOSE報文， 應檢查 MAC Address， VLAN ID， Priority，AppID， GOCB reference， Time Allowed to Live，Dataset reference， GOOSE ID， Config Revision，Data 等參數及數據； 對于 SV 報文， 檢查 MACAddress， VLAN ID， Priority， AppID， NoASDU，SV ID， Data 等參數及數據。
2.3 GOOSE， SV 發布功能檢查
利用 MMS Ethereal 軟件， 監視測試儀所發送 的 GOOSE， SV 報 文 ， 當 事 件 發 生 變 化 后 ，GOOSE 報文中的 StNum 應增加， SqNum 應清零；在測試儀重啟或 GOOSE 重新配置后， 確認發送初始的 GOOSE 報文中 sqNum 與 stNum 是否均為1； 檢查 GOOSE 控制塊是否支持 Test（檢修）手動配置功能； 檢查 SV 報文采用的頻率； 檢查 SV 控制塊的 Smpsynch 及 q 是否支持手動配置。
2.4 GOOSE 訂閱功能
對于同一 GOOSE 控制塊， 利用 CMC256 作為報文發布者， 被測測試儀作為報文訂閱者。 在CMC256 軟件中修改 GOOSE 控制塊 MAC， AppID，GOCB reference 等參數， 檢查被測測試儀在接受報文時是否將以上參數作為判斷條件； 檢查CMC256 中事件變位后， 被測測試已是否能夠正確接收并顯示； CMC256 發送雙點信息（Dbpos）時， 檢查被測測試儀是否能夠正確接收。
2.5 SV 發布性能及同步性測試
將報文記錄分析儀與被測測試儀直接相連，記錄一段時間內的 SV 報文。 由于報文記錄分析儀采用 FPGA 解碼， 時間精度較高， 可達 ns 級別， 故可以用其記錄的報文來分析 SV 報文發送的等間隔性。 對于每周波 80 點采樣的 SV 報文，其發送間隔應為 250 μs。 另外， 在測試儀中模擬各電流電壓通道幅值突變， 同時 GOOSE 中的事件發生變位， 報文記錄分析儀記錄此時的報文，可以檢查 SV 內部各通道之間的同步性以及與GOOSE 報文發布的同步性。
3 存在的主要技術問題
經過檢測后， 各個廠家根據檢測發現的問題及相關建議， 對其產品進行了相應的改進。 目前，這些產品基本滿足 IEC 61850 數字化繼電保護測試儀的技術要求， 能夠對 IEC 61850 數字化繼電保護裝置進行測試， 但仍存在以下技術問題。
（1）GOOSE 發布/訂閱功能對 IEC 61850 中的基本數據類型支持不夠**。 只有少數產品能夠支持 IEC 61850 的所有基本數據類型， 大多數產品只能支持 Boolean， Dbpos， Timestamp 3 種數據類型。 因此， 當 GOOSE 發送的數據集（DataSet）中存在其他數據類型時， GOOSE 將不能正確地發布GOOSE 報文。 為了保證 GOOSE 發布/訂閱功能的完善性， 應實現對 IEC 61850-6 中的基本數據 類 型 的 全 面 支 持 ， 包 括 Boolean， Int， Float，
Enum， Dbpos， Quality， Timestamp， VisString，Struct 等。
（2）SCL 文件的導入功能不夠完善。 數字式繼電保護的測試需要測試人員對 GOOSE 控制塊、SV 控制塊進行大量的參數配置， 如果只支持手動配置功能， 將大大降低測試工作的效率， 并容易帶來配置出錯的問題。 因此需要支持 SCL 文件的導入功能， 實現 GOOSE 控制塊、 SV 控制塊的自動配置。 檢測后發現， 大多數產品均不支持SCL文件的導入， 經過整改之后， 雖然能夠基本支持SCL 文件的導入， 但仍存在 SCL 文件替代添加功能不全、 無 SCL 文件錯誤信息提示、 導入功能不穩定等問題。
（3）測試儀均已具備 GOOSE 控制塊、 SV 控制塊手動配置功能， 但是功能不夠完善， 使用不夠便捷， 存在手寫輸入數據類型與導入功能混淆等問題， 給使用者帶來諸多不便。
（4）各 廠 家 產 品 均 不 同 程 度 存 在 違 背 IEC61850 標準及相關技術規范的現象。 譬如， 錯誤地認為 GOOSE 控制塊的 Appid， MAC 等參數是每
個 DA 的屬性； 事件變化后， GOOSE 報文發布的StNum 增 加 ， SqNum 變 為 1， 而 不 是 SqNum 清零； 在 GOOSE 訂閱配置界面中配置 Test，MAC，Priority， VlanID 等參數。
（5）作為 GOOSE 訂閱者時， 測試儀應支持對各個 GOOSE 控制塊的斷鏈報警功能， 在測試儀與保護裝置之間的通信發生斷鏈時， 能夠給測試人員以相應的提示。 測試儀接收各個 GOOSE 控制塊的心跳報文， 如在 2 倍允許生存時間（TimeAllowed to live ）內未收到心跳報文， 則認為該GOOSE 控制塊通信斷鏈并給出報警提示。
4 幾點建議
（1）對于數字式繼電保護測試裝置， 目前國內尚無專用標準與規范。 由于缺乏統一的技術規范與技術條件， 各種型號產品的功能與性能差別較大， 對現場實際應用產生了較大影響， 因此迫切需要制定統一的技術條件與技術規范， 規范與提高數字式測試儀的整體性能。
（2）根據國家電網公司 Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護技術規范》， 繼電保護裝置需采用“直采直跳”的技術模式[ 4 ]， 這就對數字式繼電保護測試儀提出了新的技術要求。 為了測試符合此規范的繼電保護裝置， 測試儀必須支持 SV采樣值等間隔發送， 并能夠對采樣延時數值進行設置。 在本次檢測中， 未對此項內容提出具體要求， 但通過檢測發現， 多數產品并不能將 SV 采樣值等間隔發送。 因此， 為了具備對“直采直跳”繼電保護裝置的測試能力， 測試儀必須滿足規范中要求的 SV 采樣值等間隔發送， 這是數字式繼電保護測試技術的一個發展方向。
（3）數字式繼電保護測試儀的生產廠家往往追求測試儀功能的多樣化， 既能支 持小信 號、IEC 61850-9-1， 也能夠支持 IEC 61850-9-2， 功能雖然**， 但是每項功能都不能較好地實現，存在較多的使用缺陷。 生產廠家應緊緊把握技術發展方向， 將功能做強做精， 提高數字式繼電保護測試領域的整體技術水平。
