翟瑞聰，謝善益，高雅，周剛

(廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州510080)

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電力設備在線監(jiān)測裝置一致性測試評價體系

翟瑞聰，謝善益，高雅，周剛

(廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州510080)

摘要：以IEC 61850系列標準為基礎，構建了電力設備在線監(jiān)測裝置的一致性測試評價體系。針對電力設備在線監(jiān)測裝置的應用特點，對一致性測試的內容、流程和結果評價進行了分析和歸納，并針對IEC 61850系列標準測試用例不完善的問題，對信息模型、通信服務等測試內容的用例進行了補充、調整和解耦，以滿足工程實際要求。實際應用效果表明，該評價體系不僅能合理評價被測裝置，而且在質量檢測方面起到嚴把產(chǎn)品入網(wǎng)質量關的作用，在工程調試方面降低了裝置運行故障率。

關鍵詞：在線監(jiān)測裝置；一致性測試；評價體系；IEC 61850

近年來，各類型電力設備在線監(jiān)測裝置不斷涌現(xiàn)，幾乎覆蓋了電力系統(tǒng)所有的關鍵輸變電設備，為狀態(tài)檢修提供了重要的工具[1-2]。借鑒IEC 61850系列標準在變電站自動化領域的成功應用，中國的專家學者和生產(chǎn)廠商也對IEC 61850在狀態(tài)監(jiān)測的應用進行了大量的實驗和研究，建立了狀態(tài)監(jiān)測智能電子設備(intelligent electronic device，IED)的信息模型[3]，實現(xiàn)了在線監(jiān)測裝置的系統(tǒng)集成[4-5]；同時，外國學者也對電力設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)集成進行了研究，并取得了一些成果。國際電工委員會第57技術委員會正在制定相關的技術標準IEC 61850-90-3，主要用于指導IEC 61850在狀態(tài)監(jiān)測領域的應用[6]。

在在線監(jiān)測裝置的接入調試過程中，由于各生產(chǎn)廠家對IEC 61850的理解不一致，使IED之間互聯(lián)互通存在一些問題，為此需要進一步開展一致性測試的研究工作[7]，驗證IED通信接口與標準要求的一致性，包括訪問組織、幀格式、位順序、時間同步、定時、信號形式、電平和對錯誤的處理等方面。國內外專家對一致性測試進行了研究，如文獻[8]介紹了變電站自動化系統(tǒng)的一致性測試情況，文獻[9]提出了在線監(jiān)測裝置、綜合監(jiān)測單元和站端監(jiān)測單元的一致性測試方案。上述的研究成果僅僅著重于IEC 61850本身一致性的測試，不能滿足在線監(jiān)測裝置的測試應用需求，如缺少譜圖數(shù)據(jù)、編碼等測試內容和方法，從而未能形成完備的在線監(jiān)測裝置IEC 61850一致性測試評價體系。本文在IEC 61850一致性測試的基礎上，著重研究在線監(jiān)測應用特點，建立完備的、科學的測試評價體系，實現(xiàn)更具針對性的標準化測試。

1一致性測試評價體系的構成

IEC 61850-10：2012《電力自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng) 第10部分：一致性測試》[10]只規(guī)定基本的測試內容，測試結果只有通過和不通過2種，缺乏對被測裝置的評價，難以滿足在線監(jiān)測模型及通信的檢測要求，為此建立了在線監(jiān)測裝置的一致性測試評價體系，包括測試內容、測試流程和測試結果評價3個部分。測試內容定義了在線監(jiān)測裝置需要測試的具體內容，包括信息模型、通信服務、譜圖數(shù)據(jù)等。測試流程對整個測試的過程、步驟進行了合理分配。測試結果評價則根據(jù)在線監(jiān)測裝置的應用需求進行合理評分。

2測試內容

當前針對IED進行的一致性測試，僅僅測試了IEC 61850的基本內容，比如信息模型測試僅局限于語法測試，對具體的語義模型缺乏進一步的測試。實際應用發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測裝置即便通過了IEC 61850一致性測試，在接入在線監(jiān)測主站系統(tǒng)時仍需針對在線監(jiān)測的語義模型進行進一步的測試，通信服務方面也需進行通信過程的細節(jié)測試。此外，譜圖數(shù)據(jù)是在線監(jiān)測特有的一類重要數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的一致性測試并未針對譜圖數(shù)據(jù)的存儲格式和傳輸方式進行測試。針對上述問題，本文對測試內容進行針對性的研究。

2.1信息模型測試

信息模型測試包括語法模型測試和語義模型測試兩部分。語法模型測試主要檢查在線監(jiān)測裝置所建立的信息模型是否符合IEC 61850規(guī)定的語法規(guī)范，包括結構化控制語言(structured control language，SCL)的語法、邏輯設備和邏輯節(jié)點的建模等檢查。語義模型測試則進一步測試邏輯節(jié)點的屬性、擴展屬性等是否滿足在線監(jiān)測的特定需求。

IEC 61850-10：2012僅對信息模型的測試內容進行簡單的描述，并沒有形成具體的測試用例。為了便于實際的測試操作，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)建模要求，列舉出信息模型的常規(guī)測試用例和擴展測試用例，具體見表 1。常規(guī)測試用例是信息模型測試的最基本用例，檢測機構一般只檢測這些基本用例；擴展測試用例則是根據(jù)各地方在線監(jiān)測數(shù)據(jù)建模要求的具體細則而設定的，這是工程調試過程中最關心的內容。

表1信息模型測試用例

類型編號測試用例名稱常規(guī)測試用例Scl1SCL語法檢測Scl2離線模型檢測Scl3在線和離線模型一致性檢測擴展測試用例Scl4模式檢測Scl5信息頭檢測Scl6邏輯設備組成檢測Scl7擴展屬性檢測Scl8在線監(jiān)測裝置臺賬檢測Scl9被監(jiān)測設備臺賬檢測Scl10數(shù)據(jù)集、控制塊檢測Scl11實例化描述檢測Scl12文件命名檢測

2.2通信服務測試

通信服務測試主要測試被測裝置與IEC 61850客戶端之間的通信能力，其測試用例的選擇應覆蓋關聯(lián)服務、服務器服務、邏輯設備服務、邏輯節(jié)點服務、數(shù)據(jù)服務、數(shù)據(jù)集服務、定值組服務、報告服務、日志服務、文件傳輸服務等相關制造報文規(guī)約(manufacturing message specification，MMS)服務，并考慮其正確性和可靠性，共106個測試用例。

在實際的測試應用過程中，發(fā)現(xiàn)存在部分測試用例過大、測試順序不合理、測試用例無法單獨執(zhí)行等問題。為此需要在IEC 61850-10：2012的基礎上，調整測試順序，將部分測試用例解耦，使其更容易操作。在實際應用工程中，通過補充或調整將原先的106個測試用例修改成117個，使其具備可操作性和可執(zhí)行性，便于軟件實現(xiàn)。

2.2.1測試用例補充

針對IEC 61850已有明確要求、而IEC 61850-10：2012未給出測試用例的部分，補充相關的測試用例。比如IEC 61850-7-2：2010《電力自動化通信網(wǎng)絡和系統(tǒng) 第7-2部分：基本通信結構——抽象通信服務接口(ACSI)》中明確定義了一個邏輯設備(logic device，LD)只能有一個日志隊列，而IEC 61850-10：2012并未給出具體的測試用例，為此新增測試用例Log11“一個LD只有一個日志隊列”，用于檢驗每個LD下的日志隊列個數(shù)。

2.2.2測試用例調整

IEC 61850-10：2012部分測試用例規(guī)定的內容太多，不便于實際的操作，為此進行調整。比如在文件傳輸服務測試中，測試用例Ft2包含了讀文件屬性、下載文件、刪除文件等測試內容，但并未考慮到在線監(jiān)測應用中刪除文件是不強制要求的。若在線監(jiān)測裝置不支持刪除文件功能，則 Ft2判定為失敗，這顯然是不合理的。為此將Ft2拆分為3個測試用例，分別用于測試讀文件屬性、下載文件和刪除文件，這樣更具針對性。

2.2.3測試用例解耦

對于部分無法獨立執(zhí)行的測試用例，采用去耦合的方法，補充、優(yōu)化每個測試用例的檢測步驟。比如對于緩存報告控制塊(buffered report control block，BRCB)的測試，測試用例Rpt6需要在關聯(lián)服務完成后才能進行測試，與關聯(lián)服務測試的關聯(lián)度較大。為此，根據(jù)緩存報告狀態(tài)機的工作原理，將Rpt6的測試步驟明確為：關聯(lián)被測服務端→啟動BRCB→配置BRCB→請求使能→請求“完整周期”(或數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)變化、品質變化)報告，檢查報告記錄是否正確返回→請求停止使能→關閉BRCB→釋放被測服務端關聯(lián)。經(jīng)過去耦合處理，測試用例Rpt6即可單獨執(zhí)行，無需受關聯(lián)服務測試順序的約束。

2.3譜圖數(shù)據(jù)測試

譜圖數(shù)據(jù)文件包括配置部分和波形數(shù)據(jù)部分，配置部分有生成時間、通道名稱、放電類型等，波形部分有譜圖數(shù)據(jù)。譜圖數(shù)據(jù)測試主要包括譜圖數(shù)據(jù)文件構成、必選和可選數(shù)據(jù)項、數(shù)值的取值范圍、譜圖文件上送機制的檢測，實現(xiàn)了譜圖數(shù)據(jù)的完整性、正確性和規(guī)范性檢測。

3測試流程

在線監(jiān)測裝置的檢測包括如下步驟：

a)靜態(tài)測試。根據(jù)靜態(tài)一致性要求、測試方提供的協(xié)議實現(xiàn)一致性陳述(protocol implementation conformance statements，PICS)和模型實現(xiàn)一致性陳述(model implementation conformance statements，MICS)，進行SCL模型測試。靜態(tài)測試是一致性測試的首要測試項目，若不通過將影響其他測試項目的結果。

b)動態(tài)測試。根據(jù)動態(tài)一致性要求選擇測試用例組合，并根據(jù)測試方提供的額外信息說明進行測試參數(shù)的選擇和設置，經(jīng)過基本聯(lián)接測試、能力測試和行為測試后，進行結果分析。

c)譜圖文件測試。根據(jù)譜圖文件格式及傳輸要求，檢測譜圖文件上送機制和譜圖文件格式是否符合要求。

d)編碼測試。根據(jù)施工方的編碼規(guī)則進行測試，這是一致性測試的最后測試項目，僅影響現(xiàn)場工程調試的測試結果。

e)匯總上述測試結果，形成最終測試報告。

3.1靜態(tài)測試

靜態(tài)測試也稱作信息模型檢測，依據(jù)PICS、MICS的要求檢查IEC 61850數(shù)據(jù)模型是否符合要求，包括文件版本、SCL模型語法和語義的完整性和正確性、對象實例命名、節(jié)點描述等內容。靜態(tài)測試內容可歸納為：項目1，對邏輯節(jié)點中必選數(shù)據(jù)項、條件可選數(shù)據(jù)項、可選數(shù)據(jù)項的確認；項目2，對信息模型中依賴于特定通信協(xié)議棧內容的確認，包括通信連接點、模型類名稱等的語法表示和詞法表示；項目3，對信息模型中數(shù)據(jù)類型及其表示方法的確認；項目4，對信息模型中邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)屬性等擴充合法性的確認。

在線監(jiān)測裝置的語義空間是以IEC 61850子集為基礎的擴充，產(chǎn)品互操作性所依賴的是語義空間的上界。為保證語義空間的一致性，一方面依賴信息模型的結構和語義，即項目1和項目4的測試內容；另一方面依賴信息模型的語法和詞法表示，即項目2和項目3的測試內容。應用IEC 61850時，保證上述項目的一致性顯然是實現(xiàn)互操作的必然要求。

3.2動態(tài)測試

動態(tài)測試也稱作通信服務檢測，即對抽象通信服務接口(abstract communication service interface，ACSI )的測試，幾乎覆蓋所有MMS服務，如應用關聯(lián)，模型訪問，數(shù)據(jù)查詢，時間同步，報告、日志、文件的傳輸?shù)?。測試內容包括通信連接、交互順序、交換內容等，這是保證IEC 61850通信服務一致性的重要條件。

3.3譜圖文件測試

譜圖文件測試包括譜圖文件上送機制檢測和譜圖文件格式檢測。譜圖文件的上送采用基于事件觸發(fā)的傳輸機制，一般情況下要求同時提供MMS文件傳輸和文件傳送協(xié)議(file transfer protocol，F(xiàn)TP)兩種方式，因此要求對兩種傳輸方式分別進行測試。譜圖文件格式檢測主要依據(jù)譜圖文件格式的要求，通過分析每個數(shù)據(jù)項的合理性來判斷文件格式是否符合規(guī)范要求。

3.4編碼測試

編碼測試主要依據(jù)編碼規(guī)則和實際工程要求，檢查在線監(jiān)測裝置編碼、生產(chǎn)廠家編碼、所監(jiān)測電力設備的編碼是否符合電網(wǎng)公司的相關規(guī)定，一般用于現(xiàn)場工程調試。

4測試結果評價

測試內容共有129個用例，其中信息模型檢測12個，通信服務檢測117個。

首先，根據(jù)測試用例本身的特征，初步劃分肯定測試用例為強制項目，否定測試用例為可選項目，因為否定測試用例用于容錯性測試，在實際工程中較少出現(xiàn)此類問題。然后，結合在線監(jiān)測裝置具體的應用需求，將部分肯定測試用例定義為可選項目，比如數(shù)據(jù)集服務的永久數(shù)據(jù)集和非永久數(shù)據(jù)集的創(chuàng)建、刪除，文件傳輸服務的文件刪除、上傳等(在線監(jiān)測不要求此類應用)；將部分否定測試用例定義為強制項目，比如應用關聯(lián)服務中斷后請求關聯(lián)、報告服務未觸發(fā)選項時的使能報告(實際工程經(jīng)常出現(xiàn)此類問題)等。最終形成了69個必選項目和60個可選項目。在測試評價過程中，必選項目用于判定被測裝置是否滿足基本功能需求，只要其中一項不通過，則整個測試判定為不及格；可選項目按照其重要程度進行評分，在強制項目全部通過的前提下進行加分，綜合體現(xiàn)被測裝置的整體通信能力。最后，輸出評價結果。

5實際應用

通過在線監(jiān)測信息模型、通信服務和譜圖數(shù)據(jù)的標準化研究，廣東電網(wǎng)電力設備遠程監(jiān)測診斷中心系統(tǒng)地實現(xiàn)了不同原理、不同廠家在線監(jiān)測裝置的一體化接入，在線監(jiān)測裝置一致性測試評價體系的研究和應用在質量檢測和工程調試方面發(fā)揮了重大的作用。2012—2014年，廣東電網(wǎng)有限責任公司先后完成了7批次、41個廠家、80余套在線監(jiān)測裝置(包括氣體絕緣金屬封閉開關設備局部放電在線監(jiān)測裝置、變壓器局部放電在線監(jiān)測裝置、變壓器套管電容量及介質損耗在線監(jiān)測裝置、變壓器油中氣體在線監(jiān)測裝置等)的入網(wǎng)檢測，共檢出13套送檢樣品不滿足技術要求，為在線監(jiān)測裝置招標工作提供了參考依據(jù)。2012年起共完成300余套在線監(jiān)測裝置的接入調試，確保了裝置的可靠、穩(wěn)定運行。

6結論

隨著IEC 61850在電力設備在線監(jiān)測領域的廣泛應用，在線監(jiān)測裝置一致性測試的研究和應用也隨之開展。本文通過一致性測試評價體系的研究，明確了測試內容、測試流程和測試結果評價方法。實踐證明，本文提出的一致性測試評價體系不僅能合理評價被測裝置，而且在質量檢測方面起到了嚴把產(chǎn)品入網(wǎng)質量關的作用，在工程調試方面降低了裝置運行故障率。

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翟瑞聰(1986)，男，廣東肇慶人。工程師，工學碩士，從事電網(wǎng)自動化、在線監(jiān)測及開發(fā)工作。

謝善益(1971)，男，浙江寧波人。教授級高級工程師，工學碩士，從事電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、在線監(jiān)測技術的研究開發(fā)及應用工作。

高雅(1981)，女，河南許昌人。高級工程師，工學碩士，從事電力設備在線監(jiān)測研究工作。

(編輯李麗娟)

Testing and Evaluation System for Consistency of Power Equipment Online

Monitoring Device

ZHAI Ruicong, XIE Shanyi, GAO Ya, ZHOU Gang

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

Abstract：On the basis of IEC 61850 standards, testing and evaluation system for consistency of power equipment online monitoring device is constructed. In allusion to application characteristics of the power equipment online monitoring device, this paper analyzes and concludes testing contents, process and result evaluation. Aiming at imperfection of testing cases of IEC 61850 standards, it also adds, adjusts and decouples testing cases such as information model, communication services, and so on in order to meet engineering practice requirements. Practical application indicates that this system can not only reasonably evaluate the tested device, but also play a role in strictly controlling networking quality in aspect of quality detection as well as reducing running fault rate of the device in term of engineering commissioning.

Key words：online monitoring device; consistency testing; evaluation system; IEC 61850

作者簡介：

中圖分類號：TM764

文獻標志碼：A

文章編號：1007-290X(2016)01-0083-04

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.01.016

收稿日期：2015-07-08修回日期：2015-10-09