0 引言
繼電保護(hù)系統(tǒng)在保護(hù)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行方面起著至關(guān)重要的作用。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，許多新技術(shù)在數(shù)字化保護(hù)設(shè)備中得到了應(yīng)用和嘗試，這些保護(hù)裝置功能變得復(fù)雜化，由于保護(hù)裝置的嵌入式系統(tǒng)自身的一些特點(diǎn)，這直接導(dǎo)致保護(hù)裝置的測試成本和測試難度也越來越大，這些變化給繼電保護(hù)裝置的測試和校驗(yàn)帶來巨大的挑戰(zhàn)。
近年來，微機(jī)型繼電保護(hù)測試儀已廣泛應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置測試，提高了繼電保護(hù)裝置測試水平，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要測試人員對保護(hù)原理和微機(jī)型繼電保護(hù)測試儀有比較深入的理解，在測試過程中需要根據(jù)測試功能不同相應(yīng)調(diào)整測試參數(shù)，測試完成后要分析測試數(shù)據(jù)整理成檢驗(yàn)報(bào)告，存在測試不規(guī)范、測試范圍覆蓋有限和測試效率低下等諸多問題，給繼電保護(hù)裝置產(chǎn)品質(zhì)量控制和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來隱患。
本文針對繼電保護(hù)裝置測試的現(xiàn)狀，特別是繼電保護(hù)裝置研發(fā)領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域各自的測試特點(diǎn)， 結(jié)合人工測試方式下出現(xiàn)的問題和解決辦法，在生產(chǎn)領(lǐng)域測試中引入自動測試概念和自動測試工具，明確自動化測試系統(tǒng)具備的基本目標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)遵循的原則，提出通用化、實(shí)用化的智能閉環(huán)自動測試系統(tǒng)解決方案。
1 自動測試系統(tǒng)基本要求
1.1 繼電保護(hù)裝置測試的現(xiàn)狀和特點(diǎn)
目 前 ， 國 內(nèi) 繼 電 保 護(hù) 產(chǎn) 品 檢 測 主 要 依 據(jù)IEC60255 系列標(biāo)準(zhǔn)和 GB/T14047 國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[1]。繼電保護(hù)裝置從研發(fā)到使用一般要經(jīng)四個(gè)階段的測試：研發(fā)測試、入網(wǎng)測試、生產(chǎn)檢測和現(xiàn)場校驗(yàn)等幾個(gè)過程。按照測試內(nèi)容和測試要求可以簡單分為
研發(fā)測試和生產(chǎn)檢測類。
在研發(fā)測試階段，基于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)安全性考慮和嵌入式系統(tǒng)的特殊性，研發(fā)過程繼電保護(hù)產(chǎn)品測試極為嚴(yán)格，一般以組建實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，對裝置進(jìn)行自動化、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)測試。測試內(nèi)容包括： ①裝置的**的性能檢測，包括動作性能、動作原理、時(shí)間參數(shù)和功能性檢測。
②裝置電磁兼容性測試，包括快速瞬變、靜電放電、輻射電磁場等檢測內(nèi)容。
③裝置溫升、絕緣、機(jī)械、電源影響等其他相關(guān)性試驗(yàn)。
④裝置的軟件和硬件穩(wěn)定性測試。
在生產(chǎn)和現(xiàn)場檢測中，測試任務(wù)主要是檢測裝置的硬件、動作性能、保護(hù)功能以及其他一般性檢測項(xiàng)目。測試內(nèi)容包括：
①裝置的保護(hù)硬件常規(guī)檢測；
②裝置的軟件動作性能參數(shù)檢測；
③裝置的時(shí)間同步功能檢測；
④裝置通信協(xié)議檢測，檢測裝置信息遠(yuǎn)傳功能。 研發(fā)測試目標(biāo)是驗(yàn)證裝置研發(fā)中硬件和軟件設(shè)計(jì)是否符合繼電保護(hù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，一般是以產(chǎn)品型號為單位，檢測設(shè)備專用化和檢測自動化程度高，檢測項(xiàng)目多且周期長；生產(chǎn)測試目標(biāo)是裝置產(chǎn)品設(shè)計(jì)不存在缺陷的情況，針對具體裝置進(jìn)行產(chǎn)品硬件和軟件等相關(guān)常規(guī)檢測，以保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量和正常使用。檢測項(xiàng)目相對穩(wěn)定，檢測要求統(tǒng)一。兩者相輔相成，缺一不可，共同構(gòu)成完整繼電保護(hù)裝置檢測流程。生產(chǎn)過程的測試中測試項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化、測試要求統(tǒng)一和測試工作量巨大，因此生產(chǎn)檢測具備引入自動測試系統(tǒng)的基本條件和現(xiàn)實(shí)意義。
1.2 自動測試系統(tǒng)優(yōu)勢和要求
在測試過程中引入自動化工具進(jìn)行自動化測試是一種非常高效實(shí)用的方法[2]。自動化測試具備測試可重復(fù)性，保證測試工作的可追溯性；自動化測試可以利用其系統(tǒng)具備多種測試手段的優(yōu)勢，拓展測試覆蓋范圍，保證測試的完整性；自動化測試中測試任務(wù)自動生成和報(bào)告的自動生成，減少人工因素干擾，排除測試隨機(jī)性和重復(fù)測試，可提高測試效率和測試的可靠性。
為了有效解決人工測試時(shí)因人工因素干擾帶來測試可靠性和測試效率低下，自動化測試必須滿足以下基本要求：
①測試標(biāo)準(zhǔn)化。所有測試項(xiàng)目和測試要求由測試開發(fā)人員進(jìn)行制定且必須符合規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，測試執(zhí)行人員只能執(zhí)行測試流程不能修改測試流
程。
②閉環(huán)性自動測試。測試執(zhí)行人員只需要提供繼電保護(hù)裝置配置信息或型號，系統(tǒng)就能夠自動選定測試方案，自動設(shè)定測試項(xiàng)目故障參數(shù)；測試結(jié)果判斷必須依據(jù)裝置反饋信息和其他儀器返回信息作為判斷依據(jù)，形成閉環(huán)性測試。
③報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)在測試完成后能夠自動生成標(biāo)準(zhǔn)格式的試驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)要求生成相關(guān)格式電子文檔。
④測試提示信息具體化。系統(tǒng)能根據(jù)裝置基本信息生成測試方案，能提供測試試驗(yàn)接線基本信息和其他必要的試驗(yàn)信息。
⑤測試過程透明化。系統(tǒng)具備多種界面顯示手段，提供測試過程每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行過程和執(zhí)行結(jié)果，在測試不合格時(shí)，系統(tǒng)能夠顯示測試失敗具體的原因。
⑥自動測試系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組成
2.1 總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用對象化設(shè)計(jì)思想，按照分布式的設(shè)計(jì)模式特點(diǎn)，將智能自動測試系統(tǒng)劃分成測試方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)、測試數(shù)據(jù)庫和自動測試系統(tǒng)三個(gè)部分，而自動測試系統(tǒng)由測試主控制平臺、繼電保護(hù)測試儀控制模塊、裝置規(guī)約解析模塊、開入開出通信模塊、衛(wèi)星時(shí)鐘同步模塊以及其他設(shè)備接口模塊組成。
測試方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)針對具體的保護(hù)型號，依據(jù)測試規(guī)程/標(biāo)準(zhǔn)定制而成，主要工作包括設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)測試的試驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)測試裝置保護(hù)定值和測試流程中應(yīng)用參數(shù)，設(shè)立測試項(xiàng)目測試結(jié)果判斷邏輯條件。測試方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要任務(wù)就是編制測試方案和整定相關(guān)參數(shù)。
測試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要任務(wù)是將測試方案數(shù)據(jù)化方式保存，提供給自動測試系統(tǒng)有關(guān)測試數(shù)據(jù)和相關(guān)測試實(shí)例。
自動測試系統(tǒng)主要是利用測試數(shù)據(jù)庫中測試方案中信息和數(shù)據(jù)，結(jié)合具體裝置信息，完成繼電保護(hù)自動測試、測試結(jié)果評估和測試報(bào)告生成，并在測試過程中提供有效測試失敗的具體原因，承擔(dān)是整個(gè)系統(tǒng)中自動測試任務(wù)的執(zhí)行工作。
2.2 自動測試系統(tǒng)組成和各模塊功能
自動測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，它主要由測試控制計(jì)算機(jī)、微機(jī)繼電保護(hù)測試儀、可編程控制器、衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置和繼電保護(hù)裝置構(gòu)成。
與系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，自動測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，自動測試系統(tǒng)的軟件模塊包括自動測試控制平臺、測試儀控制模塊、保護(hù)規(guī)約解析模塊、可編程控制器通信模塊以及其他測試模塊。
2.2.1 自動測試控制平臺功能
測試控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心硬
件[3]
，它通過網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中其他硬件進(jìn)行信息交互，控制繼電保護(hù)測試儀向保護(hù)裝置輸出模擬量，接收保護(hù)裝置信息解析模塊上送的保護(hù)動作信息并通過其完成對保護(hù)裝置的控制，控制可編程控制器輸出保護(hù)測試的開入量命令，檢驗(yàn)保護(hù)裝置繼電器開出觸點(diǎn)動作。
自動測試控制平臺執(zhí)行具體的測試功能，控制平臺采用界面友好的 Windows 操作系統(tǒng)，提供友好的人機(jī)界面?？刂破脚_主要任務(wù)：自動測試系統(tǒng)系統(tǒng)配置，測試用例和測試方案的讀取，測試過程信息監(jiān)視，測試結(jié)果分析和處理以及測試報(bào)告生成、保存和打印。具體工作流程為：根據(jù)裝置的具體信息，選擇自動測試方案，通過網(wǎng)絡(luò)命令驅(qū)動其他程序模塊控制相應(yīng)的硬件，配合完成保護(hù)功能測試，并依據(jù)測試方案結(jié)合其他模塊反饋測試數(shù)據(jù)，完成測試結(jié)果判斷和測試報(bào)告形成。
2.2.2 系統(tǒng)其他模塊功能
保護(hù)規(guī)約解析模塊實(shí)現(xiàn)被測裝置定值的讀取反饋信息、保護(hù)模擬量的信息、保護(hù)動作報(bào)文的上送、保護(hù)硬壓板和其他遙信變位報(bào)文的讀取和解析，并通過標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信息交換方式上報(bào)自動測試控制平臺，接受自動測試平臺的控制命令，實(shí)現(xiàn)自動測試控制平臺對被測保護(hù)裝置定值的修改、信號復(fù)歸、遠(yuǎn)方遙控、時(shí)鐘同步以及其他輔助性控制功能。
測試儀控制模塊實(shí)現(xiàn)對測試儀器的控制功能，接受自動測試控制平臺發(fā)出控制參數(shù)及命令類型，向保護(hù)裝置輸出模擬量，完成向保護(hù)裝置輸出模擬量完成保護(hù)功能的測試，并及時(shí)將測試儀器反饋信息以標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一格式上報(bào)到自動測試控制平臺。
可編程控制器通信模塊根據(jù)自動測試控制平臺發(fā)過來的命令，控制可編程控制器輸出開關(guān)量信號，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置硬壓板的投退和保護(hù)開關(guān)量輸出功能，讀取可編程控制器內(nèi)基于保護(hù)裝置繼電器開出觸點(diǎn)檢測輸入的采樣數(shù)據(jù)，上送自動測試控制平臺，為保護(hù)動作觸點(diǎn)判斷提供連續(xù)有效開入量采樣數(shù)據(jù)。時(shí)鐘同步裝置負(fù)責(zé)自動測試系統(tǒng)各組成模塊所在主機(jī)、保護(hù)測試儀、保護(hù)裝置時(shí)鐘的統(tǒng)一。
2.3 測試流程設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)使用時(shí)具體的情況，將智能測試系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，即測試方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)和自動測試系統(tǒng)。測試方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)測試方案的設(shè)計(jì)，即測試開發(fā)流程，而自動測試系統(tǒng)完成測試執(zhí)行流程。兩者構(gòu)成一個(gè)完整測試流程，如圖 5 所示。
測試開發(fā)流程主要任務(wù)：制定測試方案、整定測試參數(shù)、編寫和提交測試用例和錄入自動測試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。普通測試人員的測試執(zhí)行流程主要包括：①讀取裝置基本信息；②根據(jù)裝置實(shí)際情況和測試系統(tǒng)硬件配置，定制系統(tǒng)配置環(huán)境；③讀取測試方案有關(guān)數(shù)據(jù)，定制測試任務(wù)并初始化測試數(shù)據(jù)；④啟動測試任務(wù)并完成測試；⑤測試任務(wù)結(jié)束，生成測試報(bào)告并核對；⑥打印報(bào)告并將測試報(bào)告上傳到其他應(yīng)用管理系統(tǒng)中，恢復(fù)裝置被測前狀態(tài)。
3 關(guān)鍵問題討論及解決
3.1 自動測試平臺下接口問題
作為通用化和智能化的自動測試系統(tǒng)，其系統(tǒng)本身必須具有良好的可擴(kuò)展性，必須適應(yīng)不同類型被測裝置及不同功能模塊。如本系統(tǒng)中裝置規(guī)約解析模塊，目前使用的網(wǎng)絡(luò) IEC-8705-103 規(guī)約，隨著61850 規(guī)約普遍推廣，自動測試系統(tǒng)也必須具備61850 規(guī)約解析功能，以滿足保護(hù)裝置升級換代測試的需要。
3.2 保護(hù)出口繼電器觸點(diǎn)采樣時(shí)間要求
保護(hù)裝置的保護(hù)動作出口繼電器觸點(diǎn)動作情況是自動測試系統(tǒng)必測項(xiàng)目之一。按照保護(hù)動作繼電器觸點(diǎn)類型可以分為常開瞬動型、常開保持型、常閉瞬動型和常閉保持型四類觸點(diǎn)。對于保持型觸點(diǎn)，可編程控制器開關(guān)量輸入采樣功能可滿足要求，但對于瞬動型觸點(diǎn)，可編程控制器輸入采樣功能的實(shí)現(xiàn)取決于瞬動型觸點(diǎn)接通時(shí)間和可編程控制器掃描周期。當(dāng)可編程控制器掃描周期不大于瞬動型觸點(diǎn)接通時(shí)間，可編程控制器可以實(shí)現(xiàn)對瞬動型觸點(diǎn)輸入采樣?？删幊炭刂破鲯呙柚芷诤拖到y(tǒng)硬件配置及用戶程序指令的多少密切相關(guān)[4]，但一般不大于 10 ms，而瞬動型觸點(diǎn)導(dǎo)通時(shí)間一般在 50~100 ms 之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可編程控制器掃描周期。因此，可編程控制器掃描周期不會對瞬動型節(jié)點(diǎn)采樣產(chǎn)生影響。
雖然可編程控制掃描周期不會對瞬動型觸點(diǎn)采樣產(chǎn)生影響，但考慮到可編程控制采樣數(shù)據(jù)是以通信方式上傳，如果不對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊處理，上位機(jī)在瞬動觸點(diǎn)導(dǎo)通期間得到觸點(diǎn)狀態(tài)采樣目標(biāo)就難以實(shí)現(xiàn)。自動測試系統(tǒng)要求將保護(hù)動作前和保護(hù)動作后出口繼電器觸點(diǎn)通斷情況進(jìn)行對比，并以此
作為該系統(tǒng)中出口繼電器觸點(diǎn)檢測判斷依據(jù)之一。因此必須實(shí)現(xiàn)上位機(jī)得到采樣周期小于 50 ms 的可編程控制器采樣數(shù)據(jù)。
對于可編程控制器來說，只要采樣周期不小于2 倍掃描周期，數(shù)據(jù)采樣是可以實(shí)現(xiàn)的。利用可編程控制器中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存和邏輯控制功能，將每 50 ms一次采樣數(shù)據(jù)寄存到連續(xù)但不相同數(shù)據(jù)緩沖區(qū)[5]
。通過采樣周期時(shí)間的整定和通信協(xié)議*大傳送報(bào)文長度，上位機(jī)只需要在給定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一次性讀取多次采樣數(shù)據(jù)即可。上位機(jī)讀取采樣數(shù)據(jù)后，根據(jù)可編程控制器采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存的原則和邏輯，將已接收到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)序的還原。這樣對于上位機(jī)來說，可以連續(xù)不斷地得到 50 ms 采樣周期采樣數(shù)據(jù)，滿足控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采樣的特殊需要，且相對占用系統(tǒng)的資源可以接受，不會影響整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
實(shí)踐證明，該方法在保證上位機(jī)得到數(shù)據(jù)采樣的連續(xù)基礎(chǔ)上，降低上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)流量和系統(tǒng)運(yùn)行占用資源，提高整個(gè)測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
3.3 組態(tài)化保護(hù)配置模式下測試方案的設(shè)計(jì)問題
目前保護(hù)裝置的研發(fā)和設(shè)計(jì)與以前相比，在設(shè)計(jì)模式發(fā)生比較大的變化，特別一段時(shí)期以來，各地對保護(hù)裝置的功能要求不一樣，這對生產(chǎn)廠家保護(hù)軟件設(shè)計(jì)提出更高的要求。為了解決該問題，部分廠家實(shí)現(xiàn)同一型號繼電保護(hù)裝置下實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的可配置性，這對自動測試系統(tǒng)的測試方案制定提出挑戰(zhàn)。如果針對每一種型號保護(hù)裝置下各種配置模式都進(jìn)行測試方案的制定，這對測試方案的開發(fā)設(shè)計(jì)人員是一個(gè)考驗(yàn)。
4 結(jié)語
本文對繼電保護(hù)裝置自動化測試特點(diǎn)和要求進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)一套基于生產(chǎn)測試領(lǐng)域的通用智能化的自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效解決傳統(tǒng)人工測試模式下測試工作繁瑣、測試質(zhì)量易受人工因素干擾等缺點(diǎn)，提高測試效率和測試可靠性。使用自動測試系統(tǒng)后，相同類型裝置測試時(shí)間由原來人工測試方式兩天縮短為兩個(gè)小時(shí)，極大地提高了生產(chǎn)效率。
該系統(tǒng)應(yīng)用表明，自動測試系統(tǒng)等其他自動測試工具在測試領(lǐng)域的應(yīng)用，擴(kuò)大繼電保護(hù)裝置測試范圍和滿足一些特殊測試的需要，將測試人員從繁瑣機(jī)械測試解脫出來，使測試人員有更多的時(shí)間投入到專業(yè)領(lǐng)域研究，產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
