0 引言
繼電保護(hù)裝置是保護(hù)電力系統(tǒng)安全方面的重要角色。保護(hù)裝置的性能測(cè)試工作在保護(hù)裝置質(zhì)量上起著決定性作用。目前，繼電保護(hù)裝置的測(cè)試主要依靠測(cè)試人員操作保護(hù)測(cè)試儀器模擬電網(wǎng)故障，手動(dòng)修改被測(cè)裝置的各項(xiàng)參數(shù)，人工對(duì)比測(cè)試結(jié)果來(lái)完成測(cè)試。測(cè)試同時(shí)，測(cè)試人員還要進(jìn)行復(fù)雜繁瑣的測(cè)試過(guò)程記錄。不僅需要測(cè)試人員熟悉保護(hù)裝置的工作原理，并且要測(cè)試人員熟練操控測(cè)試儀器。這種測(cè)試方式還存在被測(cè)裝置與測(cè)試儀之間接線(xiàn)復(fù)雜，反復(fù)操控測(cè)試儀工作量大，測(cè)試面覆蓋不足，測(cè)試效率較低，測(cè)試用例不易標(biāo)準(zhǔn)化等缺點(diǎn)。
針對(duì)這些缺點(diǎn)，本文提出了繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析，與 OMICRON 測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
1 繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究與開(kāi)發(fā)，分析總結(jié)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，一般結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由四部分組成：上位機(jī)、測(cè)試儀、被測(cè)裝置及交換機(jī)。
上位機(jī) PC 機(jī)安裝 AotoTest 軟件。PC 機(jī)通過(guò)對(duì) AotoTest軟件的操作向下位機(jī)（測(cè)試儀）發(fā)出控制命令，下位機(jī)進(jìn)一步控制被測(cè)裝置，從而達(dá)到控制被測(cè)裝置的目的。因此，在測(cè)試過(guò)程中不再需要通過(guò)人工另行控制被測(cè)裝置。控制命令包括修改被測(cè)裝置的定值，遙控命令，修改保護(hù)控制字等，下發(fā)這些均由下位機(jī)執(zhí)行，取代人工操作。下位機(jī)向被測(cè)保護(hù)裝置提供所需的模擬量、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)量和接收開(kāi)出量，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)一并完成了保護(hù)測(cè)試儀器和人工控制被測(cè)裝置兩部分工作。
同時(shí)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)接收下位機(jī)上送的測(cè)試結(jié)果，讀取被測(cè)裝置的報(bào)文，進(jìn)一步替代人工讀取、比對(duì)測(cè)試結(jié)果的過(guò)程。而使用保護(hù)儀器測(cè)試，只能模擬電網(wǎng)故障提供模擬量，監(jiān)視少量的出口，需要人工控制被測(cè)裝置滿(mǎn)足測(cè)試所需要求，且無(wú)法讀取被測(cè)裝置的報(bào)文，比對(duì)測(cè)試結(jié)果，需要人工參與。
2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建
2.1 測(cè)試儀的構(gòu)建
2.1.1 硬件平臺(tái)的構(gòu)建
測(cè)試儀硬件采用 CAN 總線(xiàn)背板的硬件架構(gòu)，主要采用模塊化插件，如圖 2 所示。
模塊化插件主要包含DC 電源插件、控制單元CPU 插件、DAC 模擬小信號(hào)輸出插件、開(kāi)入插件、開(kāi)出插件，以及用于數(shù)字化保護(hù)裝置的 SV 插件和 GOOSE 插件。這種設(shè)計(jì)具有極好的擴(kuò)展性，插件的數(shù)目均可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求增減。單塊 DAC 插件能夠?yàn)榇郎y(cè)裝置提供 88 路模擬量。開(kāi)入量和開(kāi)出量，通過(guò)增加插件，各可擴(kuò)展至 192 路，可極大地同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)開(kāi)入量和開(kāi)出量需求較多的保護(hù)裝置，克服了測(cè)試儀器在這方面地不足。
2.1.2 軟件平臺(tái)的構(gòu)建
測(cè)試儀軟件系統(tǒng)是基于南瑞軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，平臺(tái)主要由板級(jí)支持程序包、系統(tǒng)程序和通用應(yīng)用程序三部分構(gòu)成。測(cè)試儀的功能程序采用模塊化設(shè)計(jì)（如圖 3 所示），包括：通信模塊、狀態(tài)控制模塊、模擬量輸出模塊、開(kāi)入模塊、開(kāi)出模塊、直流輸出模塊、時(shí)間測(cè)試模塊及保護(hù)功能模塊。
2.2 上位機(jī)的構(gòu)建
上位機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為界面處理層、業(yè)務(wù)處理層和通信協(xié)議層。界面處理層主要實(shí)現(xiàn)測(cè)例的編輯；業(yè)務(wù)處理層主要有兩大功能：一是完成測(cè)例參數(shù)的下發(fā)，實(shí)現(xiàn)定值修改、參數(shù)修改、保護(hù)控制字修改等，二是遙測(cè)值比對(duì)和整組報(bào)告、告警報(bào)告、SOE 報(bào)告、變位報(bào)文等報(bào)文的比對(duì)功能；通信協(xié)議層完成上位機(jī)與被測(cè)裝置的 103 和 61850 通信協(xié)議等。上位機(jī)的界面如圖 4 所示：
上位機(jī)就是系統(tǒng)測(cè)試管理和控制軟件。其主要功能包括：
（1）整定定值、比對(duì)報(bào)文、下發(fā)遙測(cè)值比對(duì)和遙控命令等；（2）測(cè)試用例的編寫(xiě)；（3）測(cè)試用例管理：包括測(cè)試用例的導(dǎo)入、導(dǎo)出、復(fù)制、粘貼、輪轉(zhuǎn)和遞增等；（4）下發(fā)測(cè)試參數(shù)給下位機(jī)，并接收下位機(jī)上送的測(cè)試結(jié)果；（5）測(cè)試報(bào)告的自動(dòng)生成和管理。
2.3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 5，系統(tǒng)由上位機(jī)、測(cè)試儀、功率放大器、交換機(jī)組成。
3 實(shí)際應(yīng)用
該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研制成功以后，在南瑞科技 NSR 系列保護(hù)裝置上進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，大量的重復(fù)性的生產(chǎn)測(cè)試，以及研發(fā)性功能測(cè)試，以驗(yàn)證該系統(tǒng)的測(cè)試效果。研發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖，如圖 6 所示。
以研發(fā)測(cè)試中的備自投裝置為例，備自投裝置一般都具有多種運(yùn)行方式，模擬量輸入通道多，開(kāi)入和開(kāi)出數(shù)量多，報(bào)文多，整體邏輯復(fù)雜，測(cè)試過(guò)程繁瑣，測(cè)試文檔記錄耗費(fèi)時(shí)間量大。使用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，（1）固定化接線(xiàn)端子，使用時(shí)直接插拔無(wú)需重新接線(xiàn)；（2）編寫(xiě)測(cè)試測(cè)例，測(cè)例可保存，測(cè)例可重復(fù)多次調(diào)用大大簡(jiǎn)化重復(fù)性工作（測(cè)例圖示如圖 7 所示）；（3）測(cè)試步驟明晰，過(guò)程可追溯；（4）測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤或者問(wèn)題，提示清晰明確，方便測(cè)試問(wèn)題查找及解決（錯(cuò)誤提示，如圖8 所示）；（5）報(bào)文自動(dòng)比對(duì)（如圖 9 所示）；（6）測(cè)試報(bào)告根據(jù)執(zhí)行的測(cè)例自動(dòng)生成，節(jié)省測(cè)試用例人工的記錄過(guò)程（測(cè)試報(bào)告如圖 10 所示）。
試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)采樣值精度可靠，實(shí)時(shí)性較好，能夠代替人工測(cè)試，提高測(cè)試質(zhì)量和效率，完善自動(dòng)測(cè)試手段，適合保護(hù)設(shè)備廠(chǎng)家在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中使用。
3.1 模擬量測(cè)試
該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)支持 88 路模擬量輸出，輸出的模擬量的精度誤差小于±0.2%，模擬量的數(shù)量、輸出范圍和模擬量的質(zhì)量均能夠滿(mǎn)足測(cè)量要求。
3.2 開(kāi)入開(kāi)出量測(cè)試
該系統(tǒng)可以分別提供 192 路開(kāi)入量和 192 路開(kāi)出量。測(cè)試時(shí)間的分辨率為 0.25ms，完全滿(mǎn)足《DL/T624-2010 繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中“時(shí)間分辨率不大于 1ms”的要求。
3.3 與 OMICRON 測(cè)試儀的測(cè)試值的對(duì)比
在線(xiàn)路保護(hù)裝置上，用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和 OMICRON 測(cè)試儀分別做了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 1。從表中可以看出：過(guò)流測(cè)試值誤差小于規(guī)定的±2.5%要求，動(dòng)作時(shí)間滿(mǎn)足不大于±40ms的要求。
3.4 測(cè)試效率
以線(xiàn)路保護(hù)為例，通過(guò)測(cè)例的輪轉(zhuǎn)遞增功能，一個(gè)測(cè)例自動(dòng)執(zhí)行 3 遍便可覆蓋 A、B、C 三相的單相別測(cè)試，完全不用像手動(dòng)測(cè)試那樣，分相進(jìn)行 3 遍測(cè)試。完成生產(chǎn)類(lèi)的自動(dòng)測(cè)試所需時(shí)間為 6 分鐘，而人工測(cè)試則需要 40 分鐘左右；完成研發(fā)類(lèi)的自動(dòng)測(cè)試任務(wù)所需時(shí)間為7 小時(shí)，而人工利用第三方測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試則需要 1-2 星期。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)大大提高了測(cè)試的效率。
4 結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行了大量測(cè)試工作，通過(guò)大量測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有效提高繼電保護(hù)裝置測(cè)試的質(zhì)量和效率。該系統(tǒng)具有優(yōu)越的軟硬件擴(kuò)展性和兼容性，能夠提供足夠的模擬量、開(kāi)入量和開(kāi)出量通道，測(cè)試用例自動(dòng)往下執(zhí)行，自動(dòng)完成測(cè)試結(jié)果（報(bào)文、出口等）比對(duì)工作，只要有測(cè)例執(zhí)行完畢就自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，方便測(cè)試人員讀取，真正意義實(shí)現(xiàn)“一鍵式”自動(dòng)測(cè)試。
