繼電保護(hù)裝置自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

胡紅兵，李麗君，韓民疇

(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

繼電保護(hù)設(shè)備是電力系統(tǒng)最重要的組成部分之一，隨著微機型繼電保護(hù)設(shè)備在電網(wǎng)中的普遍應(yīng)用，對此類設(shè)備的系統(tǒng)測試、出廠測試、現(xiàn)場安裝調(diào)試檢驗和定期檢驗，且已成為其運行和維護(hù)中比較頻繁的一項重要任務(wù)[1]。雖然目前各種測試儀及相關(guān)的配套軟件己達(dá)到實用化的水平，但在測試過程中仍然需要人工頻繁地設(shè)定各項具體試驗參數(shù)，遠(yuǎn)沒有達(dá)到自動化的水平。鑒于這些問題，并充分考慮到現(xiàn)有的軟件技術(shù)、現(xiàn)場條件、測試儀技術(shù)、通信協(xié)議等諸方面因素，本文主要對繼電保護(hù)測試系統(tǒng)自動化進(jìn)行探索，并對實踐結(jié)果進(jìn)行分析。

1 自動測試系統(tǒng)的原理與架構(gòu)

1.1 自動測試系統(tǒng)原理

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置測試系統(tǒng)一般采用上位機對測試儀進(jìn)行控制，通過測試儀與保護(hù)裝置的互動來實現(xiàn)模擬測試，如圖1所示。這種方法存在無法全自動進(jìn)行，需要大量手動完成的工作，測試數(shù)據(jù)結(jié)果及故障報告等無法傳送到PC機保存等諸多弊端。

圖1 傳統(tǒng)測試系統(tǒng)運行拓?fù)鋱D

為了解決這些問題，新的自動化測試系統(tǒng)解決方案的運行拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2中增加了PC機與保護(hù)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議實現(xiàn)控制保護(hù)設(shè)備進(jìn)行信號復(fù)歸、定值整定等操作，同時實時從保護(hù)設(shè)備獲取到故障報告、擾動數(shù)據(jù)、定值傳輸數(shù)據(jù)的報文，在PC機中自動生成測試報告。新的自動測試系統(tǒng)將PC機和保護(hù)通信的相關(guān)功能集成到測試平臺中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，閉環(huán)測試。進(jìn)而得出更全面更動態(tài)的數(shù)據(jù)，測試平臺可以根據(jù)測試員要求自動生成完整的測試報告，對每項測試內(nèi)容給出合格或不合格的結(jié)論。

圖2 新型測試系統(tǒng)運行拓?fù)鋱D

1.2 自動測試系統(tǒng)架構(gòu)及功能設(shè)計

自動測試系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),按照各自的功能不同，可將其分成不同的組件模塊，同時從邏輯上依據(jù)數(shù)據(jù)的傳遞進(jìn)行不同層面的切分，定義了基本框架和功能模塊，如圖3所示。

圖3 自動測試系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊劃分

其中核心的部分為邏輯層，邏輯層中的每個模塊都是按面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想對其功能進(jìn)行封裝，通過界面層的操作來調(diào)用，其結(jié)果返回給界面或是存入數(shù)據(jù)庫中。

1.3 研究價值與實際意義分析

采用這種自動化測試技術(shù)的研究價值及實際意義主要有以下幾點:

（1）提高工作效率。先進(jìn)的測試技術(shù)和測試手段的應(yīng)用，不斷的使測試工作變得方便快捷，從而大大地提高了測試工作的效率。

（2）避免在實際應(yīng)用中的損失。新技術(shù)的應(yīng)用，使得測試裝置具有很強的綜合分析能力和判斷能力，幾乎就是一個智能專家系統(tǒng)，因此極大地提高了測試工作可靠性。

（3）自動測試技術(shù)讓測試數(shù)據(jù)的獲取、存儲、運算、管理等實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、程控化、可共享化。

（4）自動測試平臺是由各個相對獨立而又緊密聯(lián)系的模塊組成的，各模塊被自動測試過程所用的功能僅是其中一部分，還有許多其他的附加功能可供平常測試和其他工作中使用。如規(guī)約分析、通信監(jiān)視、自動填表、仿真模擬等[2]。

2 自動測試方案分析

本文設(shè)計的這套測試方案是基于廣州昂立保護(hù)試驗儀器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。它結(jié)合了繼電保護(hù)數(shù)據(jù)接口技術(shù)、繼電保護(hù)測試儀接口技術(shù)；基于XML技術(shù)和Word/WPS程序控制接口，設(shè)計出描述自動測試過程和測試方法的文件格式；開發(fā)編輯平臺編輯自動測試方案文件和標(biāo)準(zhǔn)報告格式文件（Word/WPS）；開發(fā)自動測試執(zhí)行平臺；根據(jù)自動測試方案和標(biāo)準(zhǔn)報告格式文件執(zhí)行現(xiàn)場測試，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報告。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)檢驗智能作業(yè)及管理系統(tǒng)由繼電保護(hù)測試儀接口、繼電保護(hù)測試功能數(shù)據(jù)接口、自動測試系統(tǒng)、測試方案編輯平臺、規(guī)約通信引擎程序、規(guī)約模版編輯平臺、生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口等部分組成，系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4中：（1）硬件層，包括繼電保護(hù)測試儀和保護(hù)裝置；（2）測試儀控制接口程序?qū)?；?）自動測試/閉環(huán)自動測試層，包括自動測試主程序和通訊規(guī)約引擎過程序；（4）二次開發(fā)平臺層，包括保護(hù)測試方案編輯平臺程序和保護(hù)通訊規(guī)約模板編輯平臺程序；（5）生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口層，根據(jù)不同客戶的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，開發(fā)不同的接口程序，實現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的交互；（6）保護(hù)測試功能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。

2.2 優(yōu)勢和特色

本套方案對于工作中的繼電保護(hù)測試任務(wù)來說，相比傳統(tǒng)的方式有著顯著的優(yōu)勢與特點。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化。繼電保護(hù)自動測試系統(tǒng)采用平臺化的設(shè)計思想，利用面向?qū)ο蟮某橄蠓治龇椒?，為繼電保護(hù)測試引入了全新的測試?yán)砟詈蛙浖夹g(shù)。系統(tǒng)由測試儀硬件接口層、自動測試層、二次開發(fā)平臺程序?qū)?個層次，每個層次都有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和程序控制接口。系統(tǒng)建立了多個與測試相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括程序接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)接口方面，系統(tǒng)采用XML技術(shù)格式，便于各種系統(tǒng)訪問。

圖4 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

（2）規(guī)約引擎技術(shù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制命令的交互規(guī)則。各保護(hù)生產(chǎn)廠家設(shè)備的規(guī)約都不相同，如果要實現(xiàn)閉環(huán)自動測試，必須解決通信規(guī)約的問題，因此提出了規(guī)約引擎技術(shù)。規(guī)約引擎技術(shù)分析規(guī)約實現(xiàn)的共性，根據(jù)這些共性抽象出相應(yīng)的軟件接口，從而實現(xiàn)規(guī)約報文解析和制造、規(guī)約過程的控制、規(guī)約通信方式的配置等。

（3）廣義自動測試。將保護(hù)裝置改為測控裝置，只需要更換相關(guān)的接口部分，就能夠使用本系統(tǒng)進(jìn)行自動測試。此測試平臺通過規(guī)約引擎配置通訊規(guī)約的相關(guān)內(nèi)容可以和多種被測裝置通信。而開放的標(biāo)準(zhǔn)的測試儀接口又可以和其他測試儀通信。故此平臺還可以測試保護(hù)以外的裝置，而且還可以在測試儀器這方面進(jìn)行擴展，如將開入開出測試裝置或模擬斷路器裝置也加入閉環(huán)中[3]。

2.3 基于現(xiàn)有方案的操作流程

基于這套昂立測試系統(tǒng)的原理，實際使用中測試方案的制作及自動測試的相關(guān)流程如圖5、圖6所示。

3 結(jié)束語

繼電保護(hù)測試新技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以更加真實地模擬各種復(fù)雜的故障，更能準(zhǔn)確地檢驗繼電保護(hù)裝置的運行情況以及動作特性，而且可以使測試過程更加的智能化，從而減少勞動強度和人為因素的干擾，緩解對高水平繼電保護(hù)人員的需求，提高系統(tǒng)的可靠性和測試人員的工作效率。本文提到的這種測試模式能更好地達(dá)到上述要求，具有極其重要的意義，值得進(jìn)一步推廣。

圖5 測試方案制作流程

圖6 自動測試流程圖

[1]陳德樹.計算機繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2]劉軍華.現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.

[3]陳 皓.新一代微機繼電保護(hù)測試儀及基本性能[J].電力系統(tǒng)自動化設(shè)備，2002，22(5)：61-63.