一種微機型自動測試儀智能檢定系統(tǒng)

萬信書 吳 強 林道鴻 朱望誠 李東升

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一種微機型自動測試儀智能檢定系統(tǒng)

萬信書1吳 強1林道鴻1朱望誠1李東升2

（1. 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，海口 570311；2. 北京博電新力電氣股份有限公司，北京 100176）

本文針對微機型微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣校驗儀的檢測具有檢測過程復(fù)雜、檢測精度要求高、常規(guī)檢測方法效率低等問題，對微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣變送器校驗儀的檢定進(jìn)行研究和開發(fā)。首先對檢定系統(tǒng)的組成及原理進(jìn)行了設(shè)計開發(fā)，通過與微機型繼電保護(hù)試驗裝置、交流采樣變送器校驗儀及高精度交直流表的通信完成整個閉環(huán)系統(tǒng)的理論實現(xiàn)，通過對高精度交直流表、自動切換裝置、自動調(diào)節(jié)負(fù)載等硬件模塊的架構(gòu)來完成智能檢定系統(tǒng)硬件平臺的開發(fā)。軟件平臺通過二次開發(fā)平臺完成針對不同測試項的測試方案及測試報告的編輯設(shè)計，通過測試儀驅(qū)動模塊完成模擬量電壓、電流的輸出以及與高精度表通信完成測量量的讀取，智能完成測量誤差的計算、測試報告的生成，實現(xiàn)了對微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣變送器校驗儀的智能檢定。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可把工作效率提高數(shù)十倍，解決了送檢效率低和送檢時間長的問題。

微機型自動測試儀；自動檢測；智能檢定

微機型自動測試儀包括微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣校驗儀。微機型繼電保護(hù)試驗裝置的應(yīng)用大大提高了繼電保護(hù)裝置的檢測水平和檢測效率。目前，國內(nèi)各電網(wǎng)公司或電力相關(guān)科研院所對微機型繼電保護(hù)試驗裝置的相關(guān)參數(shù)，如穩(wěn)態(tài)參數(shù)、暫態(tài)參數(shù)和時間測量準(zhǔn)確度等測試的方法還停留在人工測試階段，由于國內(nèi)外微機型繼電保護(hù)試驗裝置生產(chǎn)廠家眾多，通信規(guī)約不統(tǒng)一，各型號的測試儀電壓、電流通道數(shù)量不一，檢測任務(wù)大多采用手動的方法，導(dǎo)致測試程序繁瑣，工作效率低，工作強度大。近年來，隨著繼電保護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，提高對繼電保護(hù)測試儀的檢測水平已迫在眉睫[1]，因此，非常需要一種專用繼電保護(hù)測試儀檢定裝置，使繼電保護(hù)測試儀的檢定精確且操作方便[2]。

本文主要針對電力系統(tǒng)交流采樣測試儀和微機型繼電保護(hù)試驗裝置，研發(fā)一種集測試微機型自動測試儀和交流采樣測試儀的穩(wěn)態(tài)參數(shù)、暫態(tài)參數(shù)等眾多質(zhì)量參數(shù)于一體的新型的綜合智能檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了送檢儀表滯留時間長的問題，提高儀表的送檢率、檢驗部門的檢測水平以及用戶的自動化儀表應(yīng)用水平，從而間接提高現(xiàn)場自動化設(shè)備的可靠性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。

1 系統(tǒng)的組成以及原理

1.1 測試參數(shù)及技術(shù)要求

系統(tǒng)設(shè)計的針對微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣測試儀的檢定內(nèi)容的相關(guān)性能參數(shù)可以被分為以下3類。

1）穩(wěn)態(tài)參數(shù)。主要包括微機型繼電保護(hù)試驗裝置的輸出電壓、電流的準(zhǔn)確度，總諧波畸變率，直流分量、移相范圍、幅頻特性等[3]。

2）暫態(tài)參數(shù)。包括電壓、電流的響應(yīng)速度、同步性等。

3）時間測量準(zhǔn)確度。被測微機型繼電保護(hù)試驗裝置開入、開出硬接點的響應(yīng)時間，保護(hù)動作時間測試時間精度的測試等。

1.2 檢定系統(tǒng)的組成

檢定系統(tǒng)由綜合智能檢測硬件平臺、綜合智能自動檢測軟件以及被測微機型繼電保護(hù)試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀3部分組成如圖1所示。本系統(tǒng)為依據(jù)《DL/T 624—2010繼電保護(hù)微機型試驗裝置技術(shù)條件》、《Q/GDW 1153—2012微機型繼電保護(hù)試驗裝置校準(zhǔn)規(guī)范》和準(zhǔn)備擬定的《綜合自動化測試儀檢測技術(shù)導(dǎo)則》而研制的專用的微機型自動測試儀檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計的程控電子切換電路，可以根據(jù)檢定任務(wù)在繼保測試儀檢定與交流采樣測試儀檢定裝置之間切換，實現(xiàn)功能的二合一和優(yōu)勢互補；這極大地增強了檢定系統(tǒng)的擴展性和通用性，實現(xiàn)測試儀眾多技術(shù)參數(shù)的一次性全自動智能檢定。

圖1 檢定系統(tǒng)的組成

1.3 檢定系統(tǒng)的原理

檢定系統(tǒng)的基本原理：為檢定系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖2所示。被測微機型繼電保護(hù)試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀通過電壓、電流線與綜合智能檢測硬件平臺連接；硬件平臺、測試端PC以及被測微機型繼電保護(hù)試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀通過HUB連接檢測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。切換裝置根據(jù)具體的檢測功能自動切換負(fù)載、微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置測量系統(tǒng)、高精度交直流表。

圖2 檢定系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2 檢定系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計原理與實現(xiàn)

綜合智能檢測硬件平臺由微機型繼電保護(hù)試驗裝置自動檢測裝置、COM3003高精度交直流表以及自動可調(diào)負(fù)載三部分組成。

微機型繼電保護(hù)試驗裝置自動檢測裝置可以實現(xiàn)微機型繼電保護(hù)試驗裝置的定期檢測和對微機型繼電保護(hù)試驗裝置的性能評價、測試數(shù)據(jù)的記錄與分析、測試報告的生成等。由于微機型繼電保護(hù)試驗裝置的準(zhǔn)確度規(guī)程要求為0.2%，所以自動檢測裝置的準(zhǔn)確度必須為0.05%以上，因此，高精度的標(biāo)準(zhǔn)互感器是此系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵[4]。

COM3003高精度交直流表主要實現(xiàn)交流采樣校驗儀的精度測試，由于交流采樣變送器校驗儀的準(zhǔn)確度要求為0.5‰，所以高精度交直流表的準(zhǔn)確度至少為0.1‰，此項目選用的表計為精度為30×10-6的高精度交直流表，能夠完成交流采樣校驗儀交直流輸出準(zhǔn)確度的檢定、諧波準(zhǔn)確度的檢定等，完全滿足對交流采樣校驗儀的檢定要求。又由于COM3003電壓測量的范圍為30～500V，所以針對30V以下的需進(jìn)行量測的電壓值，開發(fā)一款電壓放大裝置，使小信號放大到能夠進(jìn)行量測的范圍，再來進(jìn)行測量，合理分配各誤差源的誤差比重能有效的降低系統(tǒng)的總誤差[5]。自動可調(diào)負(fù)載可以通過上位機進(jìn)行自動控制，自動完成負(fù)載的調(diào)節(jié)、全自動完成帶載能力的測試。圖3為硬件原理圖。

圖3 硬件原理圖

3 檢定系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計原理與實現(xiàn)

減少或避免人工干涉，檢測過程的可視化、檢測報告輸出實施化，具有良好的可擴展性和兼容 性[6]，是本軟件的設(shè)計思路和宗旨。

3.1 軟件系統(tǒng)整體架構(gòu)

綜合智能自動檢測軟件安裝于測試終端（測試機或個人PC）內(nèi)。在本自動測試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)上，采用模塊化和結(jié)構(gòu)分層的設(shè)計思想，軟件整體架構(gòu)如圖4所示，在層次結(jié)構(gòu)上分為系統(tǒng)二次開發(fā)平臺層、硬件接口層和自動測試層。

二次開發(fā)平臺層包括檢測方案二次開發(fā)平臺，為微機型自動測試儀測試方案的二次開發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)根據(jù)微機型自動測試儀的檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二次開發(fā)，編輯測試方案；硬件接口層包括微機型繼電保護(hù)測試儀/自動化測試儀驅(qū)動模塊、微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置通信模塊以及COOM3003高精度表通信模塊；自動測試層包括自動檢測控制程序。

圖4 軟件整體實現(xiàn)架構(gòu)圖

3.2 檢測方案二次開發(fā)平臺的設(shè)計

檢測方案二次開發(fā)平臺能夠根據(jù)微機型繼電保護(hù)試驗裝置、自動化測試儀的檢測規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)編輯檢測方案。檢測方案文件包括兩個部分，即檢測模板文件和報告模板文件。檢測模板文件定義了測試儀檢測項目和檢測流程，通過測試模板編輯程序來編輯；報告模板定義了自動生成的標(biāo)準(zhǔn)格式的檢測報告，通過報告模板編輯程序來編輯。

3.3 硬件接口層

硬件接口層的測試儀/標(biāo)準(zhǔn)源驅(qū)動模塊通過各測試儀/標(biāo)準(zhǔn)源廠家開發(fā)驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊開放相同的接口（可以為COM接口，也可以為DLL接口）供自動檢測程序調(diào)用。

本文將測試儀驅(qū)動接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，主要通過StartTest、StopTest等接口函數(shù)來實現(xiàn)；還將測試儀輸出功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括對微機型繼電保護(hù)試驗裝置的相關(guān)參數(shù)如穩(wěn)態(tài)參數(shù)（如微機型繼電保護(hù)試驗裝置輸出電壓、電流的準(zhǔn)確度、總諧波畸變率、直流分量、移相范圍、幅頻特性等）、暫態(tài)參數(shù)（如電壓、電流的響應(yīng)速度和同步性）和時間測量準(zhǔn)確度（繼保測試儀檢測被試?yán)^電器、保護(hù)及安全自動裝置動作時間的準(zhǔn)確度）等輸出功能。

微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置通信模塊與微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置通信，讀取微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置的測量值、控制微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置切換測試儀/標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行通道接線、控制微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置進(jìn)行負(fù)載切換控制。

COOM3003高精度表通信模塊與COOM3003高精度表進(jìn)行通信，讀取標(biāo)準(zhǔn)表的測量值。

3.4 自動測試層的設(shè)計

自動檢測層為自動檢測控制程序。自動檢測控制程序打開檢測方案文件，根據(jù)檢測方案文件定義的檢測流程依次執(zhí)行各檢測項目的檢測，自動控制測試儀/標(biāo)準(zhǔn)源輸出模擬量，自動與微機型繼電保護(hù)試驗裝置自動檢定裝置/COM3003標(biāo)準(zhǔn)表通信，讀取測量值，并根據(jù)輸出的標(biāo)準(zhǔn)值、測量值計算誤差，判斷檢測是否合格，并自動填寫檢測結(jié)果到報告中，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報告。檢測過程中，控制微機型繼電保護(hù)試驗裝置自動檢定裝置自動切換測試 儀/標(biāo)準(zhǔn)源通道與COM3003表之間的接線。

以上這種高度模塊化的軟件設(shè)計方案簡化了測量軟件設(shè)計[7]。

3.5 整體檢測流程

1）自動測試層中的自動檢測控制程序加載由檢測方案二次開發(fā)平臺編輯生成的檢測方案文件。

2）硬件接口層中的測試儀驅(qū)動模塊根據(jù)自動檢測程序下達(dá)的參數(shù)命令驅(qū)動測試儀的輸出。

3）硬件接口層中的微機型繼電保護(hù)試驗裝置檢定裝置通信模塊和COM3003表通信模塊讀取自動控制程序中的數(shù)據(jù)，并將測試結(jié)果錄入到標(biāo)準(zhǔn)測試報告中。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

微機型自動測試儀的綜合智能檢定系統(tǒng)于2017年在海南電力試驗研究院進(jìn)行了實際現(xiàn)場應(yīng)用，在應(yīng)用中實現(xiàn)了對微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣測試儀的全自動檢測，并且針對于被測微機型繼電保護(hù)試驗裝置和交流采樣測試儀自動生成了測試報告。系統(tǒng)應(yīng)用表明：采用手動測試的模式，單臺測試完所有測試項目的時間可達(dá)8h，采用本系統(tǒng)全自動測試的方式后，測試完所有測試項目僅需2h，測試時間縮短了6h，測試效率提高了4倍。測試效率化分析見表1。

表1 測試效率化分析

此系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了測試效率，解決了送檢周期長和測試效率低的問題，為日后的周期檢定和入網(wǎng)檢測打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

微機型自動測試儀綜合智能檢定系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，能對繼電保護(hù)及交流采樣校驗儀進(jìn)行多項技術(shù)參數(shù)的自動檢測，并自動生成檢定報告，為縮短被檢儀表的送檢周期提供了設(shè)備保障。解決了送檢儀表滯留時間長的問題，提高了儀表的送檢率和檢驗部門的檢測水平和用戶的自動化儀表應(yīng)用水平，從而間接提高現(xiàn)場自動化設(shè)備的可靠性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。

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Research and Development of Integrated Intelligent Verification System for Microcomputer Automatic Tester

Wan Xinshu1Wu Qiang1Lin Daohong1Zhu Wangcheng1Li Dongsheng2

(1. Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Co., Ltd, Haikou 570311;2. PONOVO Power Co., Ltd, Beijing 100098)

The verification of microcomputer-based relay protection tester has the characteristics of complex detection process, high precision of detection and low efficiency of conventional detection method. In this paper, the comprehensive intelligent test of microcomputer-based relay protection tester is researched and developed. First of all, the composition and principle of the verification system were designed and developed, and through the communication between the relay protection tester and high-precision AC-DC table to complete the entire closed-loop system. The hardware platform is designed to complete the hardware structure of the intelligent verification system itself. The hardware requirements of the intelligent test module are completed by high precision AC-DC table, switching device, automatic adjustment load and other hardware modules. The software platform completes the editing of the test scheme and the test report for different test items through the secondary development platform. Through the tester driving module, the software output of the analog voltage and current is completed, and through the high-precision table communication, the measurement reading, measurement error calculation and test report generation were completed intellectively. A comprehensive protection test of the relay protection tester was realized.

microcomputer automatic tester; automatic tester; intelligent detection

萬信書（1990-），男，海南儋州市人，本科，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)及自動化專業(yè)技術(shù)工作。