0 引言
繼電保護系統(tǒng)在保護電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行方面起著至關重要的作用。伴隨著計算機技術、通信技術、信息技術的飛速發(fā)展，許多新技術在數字化保護設備中得到了應用和嘗試，這些保護裝置功能變得復雜化，由于保護裝置的嵌入式系統(tǒng)自身的一些特點，這直接導致保護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裝置的測試和校驗帶來巨大的挑戰(zhàn)。
近年來，微機型繼電保護測試儀已廣泛應用于繼電保護裝置測試，提高了繼電保護裝置測試水平，但在實際應用時，需要測試人員對保護原理和微機型繼電保護測試儀有比較深入的理解，在測試過程中需要根據測試功能不同相應調整測試參數，測試完成后要分析測試數據整理成檢驗報告，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，給繼電保護裝置產品質量控制和電力系統(tǒng)安全運行帶來隱患。
本文針對繼電保護裝置測試的現狀，特別是繼電保護裝置研發(fā)領域和生產領域各自的測試特點， 結合人工測試方式下出現的問題和解決辦法，在生產領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)具備的基本目標和系統(tǒng)設計時遵循的原則，提出通用化、實用化的智能閉環(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 繼電保護裝置測試的現狀和特點
目 前 ， 國 內 繼 電 保 護 產 品 檢 測 主 要 依 據IEC60255 系列標準和 GB/T14047 國家標準進行[1]。繼電保護裝置從研發(fā)到使用一般要經四個階段的測試：研發(fā)測試、入網測試、生產檢測和現場校驗等幾個過程。按照測試內容和測試要求可以簡單分為
研發(fā)測試和生產檢測類。
在研發(fā)測試階段，基于電力系統(tǒng)繼電保護安全性考慮和嵌入式系統(tǒng)的特殊性，研發(fā)過程繼電保護產品測試極為嚴格，一般以組建實時仿真系統(tǒng)，對裝置進行自動化、實時的系統(tǒng)測試。測試內容包括： ①裝置的**的性能檢測，包括動作性能、動作原理、時間參數和功能性檢測。
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容。
③裝置溫升、絕緣、機械、電源影響等其他相關性試驗。
④裝置的軟件和硬件穩(wěn)定性測試。
在生產和現場檢測中，測試任務主要是檢測裝置的硬件、動作性能、保護功能以及其他一般性檢測項目。測試內容包括：
①裝置的保護硬件常規(guī)檢測；
②裝置的軟件動作性能參數檢測；
③裝置的時間同步功能檢測；
④裝置通信協議檢測，檢測裝置信息遠傳功能。 研發(fā)測試目標是驗證裝置研發(fā)中硬件和軟件設計是否符合繼電保護產品標準，一般是以產品型號為單位，檢測設備專用化和檢測自動化程度高，檢測項目多且周期長；生產測試目標是裝置產品設計不存在缺陷的情況，針對具體裝置進行產品硬件和軟件等相關常規(guī)檢測，以保證出廠產品的質量和正常使用。檢測項目相對穩(wěn)定，檢測要求統(tǒng)一。兩者相輔相成，缺一不可，共同構成完整繼電保護裝置檢測流程。生產過程的測試中測試項目標準化、測試要求統(tǒng)一和測試工作量巨大，因此生產檢測具備引入自動測試系統(tǒng)的基本條件和現實意義。
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行自動化測試是一種非常高效實用的方法[2]。自動化測試具備測試可重復性，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自動生成和報告的自動生成，減少人工因素干擾，排除測試隨機性和重復測試，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測試標準化。所有測試項目和測試要求由測試開發(fā)人員進行制定且必須符合規(guī)程標準的規(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，自動設定測試項目故障參數；測試結果判斷必須依據裝置反饋信息和其他儀器返回信息作為判斷依據，形成閉環(huán)性測試。
③報告標準化。系統(tǒng)在測試完成后能夠自動生成標準格式的試驗報告，根據要求生成相關格式電子文檔。
④測試提示信息具體化。系統(tǒng)能根據裝置基本信息生成測試方案，能提供測試試驗接線基本信息和其他必要的試驗信息。
⑤測試過程透明化。系統(tǒng)具備多種界面顯示手段，提供測試過程每個節(jié)點執(zhí)行過程和執(zhí)行結果，在測試不合格時，系統(tǒng)能夠顯示測試失敗具體的原因。
⑥自動測試系統(tǒng)具備良好的可擴展性。
2 系統(tǒng)設計和組成
2.1 總體設計
系統(tǒng)采用對象化設計思想，按照分布式的設計模式特點，將智能自動測試系統(tǒng)劃分成測試方案設計系統(tǒng)、測試數據庫和自動測試系統(tǒng)三個部分，而自動測試系統(tǒng)由測試主控制平臺、繼電保護測試儀控制模塊、裝置規(guī)約解析模塊、開入開出通信模塊、衛(wèi)星時鐘同步模塊以及其他設備接口模塊組成。
測試方案設計系統(tǒng)針對具體的保護型號，依據測試規(guī)程/標準定制而成，主要工作包括設定標準測試的試驗項目，設置標準測試裝置保護定值和測試流程中應用參數，設立測試項目測試結果判斷邏輯條件。測試方案設計系統(tǒng)主要任務就是編制測試方案和整定相關參數。
測試數據庫系統(tǒng)主要任務是將測試方案數據化方式保存，提供給自動測試系統(tǒng)有關測試數據和相關測試實例。
自動測試系統(tǒng)主要是利用測試數據庫中測試方案中信息和數據，結合具體裝置信息，完成繼電保護自動測試、測試結果評估和測試報告生成，并在測試過程中提供有效測試失敗的具體原因，承擔是整個系統(tǒng)中自動測試任務的執(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)硬件結構如圖 3 所示，它主要由測試控制計算機、微機繼電保護測試儀、可編程控制器、衛(wèi)星時鐘同步裝置和繼電保護裝置構成。
與系統(tǒng)硬件結構相對應，自動測試系統(tǒng)的軟件結構如圖 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
測試控制計算機是整個控制系統(tǒng)的核心硬
件[3]
，它通過網絡和系統(tǒng)中其他硬件進行信息交互，控制繼電保護測試儀向保護裝置輸出模擬量，接收保護裝置信息解析模塊上送的保護動作信息并通過其完成對保護裝置的控制，控制可編程控制器輸出保護測試的開入量命令，檢驗保護裝置繼電器開出觸點動作。
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)，提供友好的人機界面?？刂破脚_主要任務：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，測試結果分析和處理以及測試報告生成、保存和打印。具體工作流程為：根據裝置的具體信息，選擇自動測試方案，通過網絡命令驅動其他程序模塊控制相應的硬件，配合完成保護功能測試，并依據測試方案結合其他模塊反饋測試數據，完成測試結果判斷和測試報告形成。
2.2.2 系統(tǒng)其他模塊功能
保護規(guī)約解析模塊實現被測裝置定值的讀取反饋信息、保護模擬量的信息、保護動作報文的上送、保護硬壓板和其他遙信變位報文的讀取和解析，并通過標準統(tǒng)一信息交換方式上報自動測試控制平臺，接受自動測試平臺的控制命令，實現自動測試控制平臺對被測保護裝置定值的修改、信號復歸、遠方遙控、時鐘同步以及其他輔助性控制功能。
測試儀控制模塊實現對測試儀器的控制功能，接受自動測試控制平臺發(fā)出控制參數及命令類型，向保護裝置輸出模擬量，完成向保護裝置輸出模擬量完成保護功能的測試，并及時將測試儀器反饋信息以標準統(tǒng)一格式上報到自動測試控制平臺。
可編程控制器通信模塊根據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量信號，實現保護裝置硬壓板的投退和保護開關量輸出功能，讀取可編程控制器內基于保護裝置繼電器開出觸點檢測輸入的采樣數據，上送自動測試控制平臺，為保護動作觸點判斷提供連續(xù)有效開入量采樣數據。時鐘同步裝置負責自動測試系統(tǒng)各組成模塊所在主機、保護測試儀、保護裝置時鐘的統(tǒng)一。
2.3 測試流程設計
本系統(tǒng)在設計時充分考慮系統(tǒng)使用時具體的情況，將智能測試系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，即測試方案設計系統(tǒng)和自動測試系統(tǒng)。測試方案設計系統(tǒng)主要負責測試方案的設計，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。兩者構成一個完整測試流程，如圖 5 所示。
測試開發(fā)流程主要任務：制定測試方案、整定測試參數、編寫和提交測試用例和錄入自動測試數據庫系統(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根據裝置實際情況和測試系統(tǒng)硬件配置，定制系統(tǒng)配置環(huán)境；③讀取測試方案有關數據，定制測試任務并初始化測試數據；④啟動測試任務并完成測試；⑤測試任務結束，生成測試報告并核對；⑥打印報告并將測試報告上傳到其他應用管理系統(tǒng)中，恢復裝置被測前狀態(tài)。
3 關鍵問題討論及解決
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展性，必須適應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，目前使用的網絡 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，以滿足保護裝置升級換代測試的需要。
3.2 保護出口繼電器觸點采樣時間要求
保護裝置的保護動作出口繼電器觸點動作情況是自動測試系統(tǒng)必測項目之一。按照保護動作繼電器觸點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。對于保持型觸點，可編程控制器開關量輸入采樣功能可滿足要求，但對于瞬動型觸點，可編程控制器輸入采樣功能的實現取決于瞬動型觸點接通時間和可編程控制器掃描周期。當可編程控制器掃描周期不大于瞬動型觸點接通時間，可編程控制器可以實現對瞬動型觸點輸入采樣。可編程控制器掃描周期和系統(tǒng)硬件配置及用戶程序指令的多少密切相關[4]，但一般不大于 10 ms，而瞬動型觸點導通時間一般在 50~100 ms 之間，遠遠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)點采樣產生影響。
雖然可編程控制掃描周期不會對瞬動型觸點采樣產生影響，但考慮到可編程控制采樣數據是以通信方式上傳，如果不對采樣數據進行特殊處理，上位機在瞬動觸點導通期間得到觸點狀態(tài)采樣目標就難以實現。自動測試系統(tǒng)要求將保護動作前和保護動作后出口繼電器觸點通斷情況進行對比，并以此
作為該系統(tǒng)中出口繼電器觸點檢測判斷依據之一。因此必須實現上位機得到采樣周期小于 50 ms 的可編程控制器采樣數據。
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，數據采樣是可以實現的。利用可編程控制器中數據轉存和邏輯控制功能，將每 50 ms一次采樣數據寄存到連續(xù)但不相同數據緩沖區(qū)[5]
。通過采樣周期時間的整定和通信協議*大傳送報文長度，上位機只需要在給定的時間內進行一次性讀取多次采樣數據即可。上位機讀取采樣數據后，根據可編程控制器采樣數據轉存的原則和邏輯，將已接收到的采樣數據進行采樣時序的還原。這樣對于上位機來說，可以連續(xù)不斷地得到 50 ms 采樣周期采樣數據，滿足控制系統(tǒng)對數據采樣的特殊需要，且相對占用系統(tǒng)的資源可以接受，不會影響整個系統(tǒng)穩(wěn)定性。
實踐證明，該方法在保證上位機得到數據采樣的連續(xù)基礎上，降低上位機網絡流量和系統(tǒng)運行占用資源，提高整個測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
3.3 組態(tài)化保護配置模式下測試方案的設計問題
目前保護裝置的研發(fā)和設計與以前相比，在設計模式發(fā)生比較大的變化，特別一段時期以來，各地對保護裝置的功能要求不一樣，這對生產廠家保護軟件設計提出更高的要求。為了解決該問題，部分廠家實現同一型號繼電保護裝置下實現保護功能的可配置性，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裝置下各種配置模式都進行測試方案的制定，這對測試方案的開發(fā)設計人員是一個考驗。
4 結語
本文對繼電保護裝置自動化測試特點和要求進行分析，并在此基礎上開發(fā)一套基于生產測試領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、測試質量易受人工因素干擾等缺點，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間由原來人工測試方式兩天縮短為兩個小時，極大地提高了生產效率。
該系統(tǒng)應用表明，自動測試系統(tǒng)等其他自動測試工具在測試領域的應用，擴大繼電保護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械測試解脫出來，使測試人員有更多的時間投入到專業(yè)領域研究，產生良好經濟效益和社會效益。
