随着数字电网建设的推进，移动作业终端普及率不断上升，但工器具数字化程度不深，试验数据录入靠手动，检查靠人工，存在工作量大、检测效率低等弊端。鉴于此， 国网湖南省电力有限公司电力科学研究院、湖南省湘电试验研究院有限公司的肖豪龙、王子奕、吴晋波、梁文武、邹晓虎，在2024年第11期《电气技术》上撰文，研发了一种基于知识图谱的智能变电站继电保护装置自动测试方法，实现全站保护检测流程标准化、自动化，能够缩短保护校验时间，提升工作效率，减轻检测人员负担。

继电保护装置作为电力系统第一道防线，是电网安全稳定运行的重要保障。专业数字化转型推动了专业管理数字终端-移动运维平台的建设，而试验仪器数字化成为贯通继电保护专业数字化管理的“最后一公里”。国家电网公司充分借鉴前期保护专业数字化、智能化研究成果，开展新一代二次系统相关数字化、智能化高级应用和新技术研究，以高效高质完成检修任务，缩短检修时间。
目前，二次设备检测方法存在以下问题：以人为主的继电保护检测工作受制于人员承载力及技术水平等因素，存在工作量巨大、检测效率较低等弊端，不可避免地出现检测工作不全面、不到位的情况，特别是县公司二次班组人员对保护装置的熟练度不足，接线加量极易出错，轻则影响检修任务时效，重则导致保护装置损坏。带隐患的继电保护装置投入运行将直接影响电网运行效率和安全。
传统的保护装置定检主要根据装置检测要求，通过人工手动方式来对全站的保护装置进行检测。但是，全站保护装置种类繁多，保护原理与检测项目各异，现场人员检测操作费时费力，部分检修任务甚至超出预定工期，导致停电时间延长，影响电网的供电可靠性。
现场保护装置的检测需要根据定值和设备的类型进行大量人工操作，如二次线的拆接、试验参数的修改等，极易导致误整定、误投退保护，造成保护误动或拒动。由于人员技术能力的差异，现场存在检测不标准、不全面、不到位的风险，为变电站的安全稳定运行埋下隐患。
因此，本文提出一种基于知识图谱的智能变电站保护装置自动测试方法，打通继电保护测试仪与移动终端之间的通信壁垒，将全站保护检测流程标准化、自动化，以降低人为出错的风险，从而缩短保护校验时间，提升工作效率，减轻检测人员负担。
1  系统总体架构
智能变电站自动测试系统的总体架构设计以高效、稳定、安全为目标，主要包括数字化平台、移动终端设备和继电保护测试仪三个关键模块和组件。系统总体架构如图1所示。

图1  系统总体架构
数字化平台集成了多个子系统，通过全面感知、可靠传递、智能处理物联网技术与传统继电保护设备运维管理相结合，形成基于物联网技术的继电保护设备管理体系-移动运维平台，包括智能变电站配置描述（substation configuration description, SCD）文件管控系统、定值管控系统、台账系统等，实现全方位的管理和控制，为系统提供SCD文件、定值及台账信息等必要的基础数据，从而实现全业务数字化、标准化、自动化。
移动终端设备是实现数字化平台与继电保护测试仪互联互通的关键部分，分为移动运维模块和自动测试模块。通过移动运维模块可以在移动终端上接收测试数据和分析结果并上传至数字化平台。自动测试模块主要负责测试任务的分解，以及测试数据的收集、整理、转换和传输，从数字化平台获取并分解测试任务，匹配测试报告模板，根据测试结果自动生成规范的测试报告，从而确保数据的准确性和规范性。
继电保护测试仪是实际执行测试操作的核心设备，包括通信模块和自动测试模块。通信模块负责接收控制信号和传输测试数据，自动测试模块则根据预设的测试流程和参数执行相应的测试操作。继电保护测试仪的性能和稳定性直接影响整个系统的测试效果和准确性。
2  智能变电站自动测试系统测试流程及方法

2.1  系统流程介绍
现场人员在数字化平台建立检修任务，数字化平台根据检修任务自动获取设备台账信息、最新定值及SCD文件，通过省公司统一部署的安全接入平台进行数据加密后接入电力专属移动物联网，传输至现场移动终端。
现场移动终端自动读取设备台账信息，如设备类型、软件校验码及上次校验（巡视）结果等，实现检修模板匹配及报告内容自动填充。
现场移动终端通过蓝牙与继电保护测试仪建立通信，实现设备控制和结果交互，智能获取待测继电保护设备检测项目结果，结合设备台账信息、软件校验码等信息生成标准化检修报告，一键存储至云端并与设备完成关联。
2.2  基于知识图谱的继电保护设备自动测试方法
知识图谱作为一种结构化的知识表示方法，能够有效地组织和管理复杂领域的知识，其步骤如下：
1）领域知识抽取。从IEC 61850协议标准、国网“九统一”规范、保护设备技术手册等权威资料中抽取继电保护相关的知识，包括保护原理、逻辑判断、定值设置、压板控制等。
2）实体关系建模。将抽取的知识以实体和关系的形式进行建模，构建出继电保护领域的知识图谱。实体包括保护装置、逻辑模块、保护定值、压板控制字等；关系建模包括保护功能的逻辑关系、定值与控制字的对应关系等。
3）生成单元测试用例。
（1）逻辑模块分解。将继电保护装置的保护功能分解为多个单一的逻辑模块，如采样值验证、逻辑验证、定值控制字验证等。
（2）用例设计。根据知识图谱中的逻辑关系和规则，为每个逻辑模块设计生成单元测试用例。测试用例包括输入条件、预期输出、测试步骤等。
（3）报告模板配置。为每个单元测试用例配置相应的标准测试报告模板，模板中包括测试项目、测试结果、结论等内容。
继电保护测试仪基于IEC 61850协议与待测继电保护装置建立通信，解析变电站SCD文件，实现继电保护装置采样值（sampled value, SV）、面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）等全信号实例化解析，通过制造报文规范（manufacturing message specification, MMS）规约读取保护定值，根据压板控制字投退标准库远程控制软压板和控制字投退，按照保护校验标准流程库和读取的保护定值自动设置电压、电流等模拟量的输入，最后依据国网“九统一”规范建立试验结果数据与数据集对象的映射关系库，综合继电保护MMS报文、GOOSE报文及开关量变位等信号，形成高可靠性的多盘踞试验结果判断方法，将最后测试结果自动填入报告模板中。零序过电流试验数据集见表1。

表1  零序过电流试验数据集
该系统可根据继电保护装置型号和测试需求，组合单元测试用例，生成测试模板库，可根据现场不同继电保护装置和不同检修类型自动生成标准测试报告，自动测试流程如图2所示。
继电保护测试仪端配置相应的IEC 61850监视器，用于监听测试仪与继电保护装置之间的遥信、遥测、遥控等报文内容，进行解析和处理，提取出需要的信息（如采样值、事件信息等），并用于后续的测试验证和报告生成。
2.3  继电保护测试仪数字化改造
移动端APP在自动测试过程中发挥着核心作用，主要与继电保护测试仪进行交互，实现继电保护测试仪数字化改造，打通现场检修试验数据的“最后一公里”。移动端APP通过数字化平台的测试任务进行分解，将分解的任务下发给继电保护测试仪，由继电保护测试仪控制其模拟量输出和开关量输出，以及进行定值和软压板的修改操作。测试结束后，自动获取测试数据进行分析并自动上传数字化平台，避免因手动记录和处理数据而产生误差。

图2  自动测试流程
移动端APP与继电保护测试仪通过蓝牙技术互联，采用JSON数据格式进行交互。
系统在实际使用过程中需要保证数据的安全性、准确性及完整性。采用蓝牙链路级安全模式，该模式下设备在建立链路连接前需要启动链路级安全措施。蓝牙采用认证技术来确保通信双方的身份验证。通过验证对方的身份，可以防止未经授权的访问和数据丢失。通过继电保护测试仪ID，生成加密密钥来对通信数据进行加密处理。
交互包括测试仪状态、开始试验、停止试验、测试结果、结果重传、测试状态、测试反馈交互内容，以及命令交互等流程。
继电保护测试仪接收并解析JSON数据，依据JSON解析数据自动匹配检测用例并启动测试，测试完成后自动上传测试结果。考虑适应现场各类工况，APP与继电保护测试仪交互过程中采用中断重连技术，来增加交互过程的稳定性。移动端APP与继电保护测试仪交互流程如图3所示，继电保护测试仪测试流程如图4所示。

图3  移动端APP与继电保护测试仪交互流程

图4  继电保护测试仪测试流程
2.4  “云端+现场”数据联动
本文基于移动运维平台，搭建自动测试管理模块，实现试验报告的一键上云功能。移动端与Web端数据交互示意图如图5所示，其中数据层用于存放基础数据，服务层提供数据访问及数据接口功能，逻辑层提供数据资源，展示层提供系统交互界面。

图5  移动端与Web端数据交互示意图
移动运维平台作为数字化平台的一部分，可根据检修任务自动获取设备台账信息、最新定值及SCD文件，并传输至现场移动终端，也可接收APP端传输的标准化检修报告，将数据进行解析存储，供其他数字化模块调用。
同一移动终端中，自动测试APP与移动运维平台APP采用Android 同步消息技术，实现数据互传，传输数据包括报告模板、控制命令及试验结果等，可以实现自动测试应用程序和移动运维平台应用程序之间的数据传输和通信，基于试验数据一键自动生成标准化试验报告，试验报告通过移动物联网一键上云，实现了智能变电站继电保护装置校验自动化、规范化和数字化。
3  测试样例
以零序过电流保护为例，具体步骤如下：
1）从测试提供的SCD文件中，解析出与接地距离Ⅰ段保护相关的遥信、遥测与定值数据集。这些数据集通常包括继电保护装置的输入信号、输出信号、状态信号及定值等。确保提取的信息包括接地距离Ⅰ段保护的启动条件、动作值、延时时间等关键参数。
2）配置测试用例判定要求，结合测试需要，针对接地距离Ⅰ段保护的功能特性和保护逻辑，配置相应的测试用例判定要求。
3）收集继电保护装置主动上送的数据信息、GOOSE报文及开关量变位信号，这些数据应该包括继电保护装置的实时状态、动作情况、故障信息、开关量变位信号等。
4）根据试验数据集索引获取遥信参引进行数据比对，将收集到的遥信数据与预先配置的测试结果判定要求进行比对，结合开关量变位等信号验证继电保护装置在接地距离Ⅰ段保护动作时间是否符合测试要求，其动作逻辑是否正确。继电保护测试仪测试结果如图6所示。

图6  继电保护测试仪测试结果
5）继电保护测试仪完成过电流Ⅰ段保护测试任务后，自动测试APP获取测试结果，根据标准模板生成标准化报告，基于移动物联网技术传送至云平台Web端，实现报告的自动生成和一键上云。自动化测试结果交互与上传如图7所示。

图7  自动化测试结果交互与上传
该系统完成一个220kV典型线路间隔保护功能全校验和整组传动仅需30min，基于移动物联网技术实现了报告自动生成和一键上云存档，能够有效地减少人工操作，提升校验效率和准确率。
4  结论
本文设计了一种基于知识图谱的智能变电站继电保护装置自动测试系统，具有高效性、精确性和自适应性。该系统基于知识图谱、移动物联网技术和IEC 61850协议，能够实现定值自动读取、压板智能投退、保护功能校验规范开展、报告自动生成和一键上云等功能，实现了保护装置校验的规范化、自动化和高效化，实现了工器具智能化改造，打通了电网数字建设“最后一公里”，可为设备故障诊断和状态评价提供数据基础。后续将研究适用于新一代自主可控变电站的自动测试系统，以实现全站二次设备的一键自动测试。

本工作成果发表在2024年第11期《电气技术》，论文标题为“ 智能变电站继电保护装置自动测试系统研究 ”， 本课题得到湖南省湘电试验研究院有限公司科研项目的支持。