繼電保護裝置自動化測試系統的設計與實現

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)

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

1 自動測試系統的原理與架構

1.1 自動測試系統原理

傳統的繼電保護裝置測試系統一般采用上位機對測試儀進行控制，通過測試儀與保護裝置的互動來實現模擬測試，如圖1所示。這種方法存在無法全自動進行，需要大量手動完成的工作，測試數據結果及故障報告等無法傳送到PC機保存等諸多弊端。

圖1 傳統測試系統運行拓撲圖

為了解決這些問題，新的自動化測試系統解決方案的運行拓撲如圖2所示。

圖2中增加了PC機與保護設備之間的數據通信，通過標準的通信協議實現控制保護設備進行信號復歸、定值整定等操作，同時實時從保護設備獲取到故障報告、擾動數據、定值傳輸數據的報文，在PC機中自動生成測試報告。新的自動測試系統將PC機和保護通信的相關功能集成到測試平臺中，實現了數據共享，閉環測試。進而得出更全面更動態的數據，測試平臺可以根據測試員要求自動生成完整的測試報告，對每項測試內容給出合格或不合格的結論。

圖2 新型測試系統運行拓撲圖

1.2 自動測試系統架構及功能設計

自動測試系統是一個復雜的系統,按照各自的功能不同，可將其分成不同的組件模塊，同時從邏輯上依據數據的傳遞進行不同層面的切分，定義了基本框架和功能模塊，如圖3所示。

圖3 自動測試系統架構與功能模塊劃分

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對象的程序設計思想對其功能進行封裝，通過界面層的操作來調用，其結果返回給界面或是存入數據庫中。

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。先進的測試技術和測試手段的應用，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）避免在實際應用中的損失。新技術的應用，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，因此極大地提高了測試工作可靠性。

（3）自動測試技術讓測試數據的獲取、存儲、運算、管理等實現了標準化、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。如規約分析、通信監視、自動填表、仿真模擬等[2]。

2 自動測試方案分析

本文設計的這套測試方案是基于廣州昂立保護試驗儀器的基礎上開發出來的。它結合了繼電保護數據接口技術、繼電保護測試儀接口技術；基于XML技術和Word/WPS程序控制接口，設計出描述自動測試過程和測試方法的文件格式；開發編輯平臺編輯自動測試方案文件和標準報告格式文件（Word/WPS）；開發自動測試執行平臺；根據自動測試方案和標準報告格式文件執行現場測試，形成標準格式的測試報告。

2.1 系統結構

繼電保護檢驗智能作業及管理系統由繼電保護測試儀接口、繼電保護測試功能數據接口、自動測試系統、測試方案編輯平臺、規約通信引擎程序、規約模版編輯平臺、生產管理系統接口等部分組成，系統層次結構圖如圖4所示。

圖4中：（1）硬件層，包括繼電保護測試儀和保護裝置；（2）測試儀控制接口程序層；（3）自動測試/閉環自動測試層，包括自動測試主程序和通訊規約引擎過程序；（4）二次開發平臺層，包括保護測試方案編輯平臺程序和保護通訊規約模板編輯平臺程序；（5）生產管理系統接口層，根據不同客戶的生產管理系統，開發不同的接口程序，實現與生產管理系統的交互；（6）保護測試功能標準數據接口。

2.2 優勢和特色

本套方案對于工作中的繼電保護測試任務來說，相比傳統的方式有著顯著的優勢與特點。

（1）標準化。繼電保護自動測試系統采用平臺化的設計思想，利用面向對象的抽象分析方法，為繼電保護測試引入了全新的測試理念和軟件技術。系統由測試儀硬件接口層、自動測試層、二次開發平臺程序層3個層次，每個層次都有標準的數據接口和程序控制接口。系統建立了多個與測試相關的標準，包括程序接口標準和數據接口標準。在數據接口方面，系統采用XML技術格式，便于各種系統訪問。

圖4 系統層次結構圖

（2）規約引擎技術。進行數據和控制命令的交互規則。各保護生產廠家設備的規約都不相同，如果要實現閉環自動測試，必須解決通信規約的問題，因此提出了規約引擎技術。規約引擎技術分析規約實現的共性，根據這些共性抽象出相應的軟件接口，從而實現規約報文解析和制造、規約過程的控制、規約通信方式的配置等。

（3）廣義自動測試。將保護裝置改為測控裝置，只需要更換相關的接口部分，就能夠使用本系統進行自動測試。此測試平臺通過規約引擎配置通訊規約的相關內容可以和多種被測裝置通信。而開放的標準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以外的裝置，而且還可以在測試儀器這方面進行擴展，如將開入開出測試裝置或模擬斷路器裝置也加入閉環中[3]。

2.3 基于現有方案的操作流程

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

3 結束語

繼電保護測試新技術的應用，不僅可以更加真實地模擬各種復雜的故障，更能準確地檢驗繼電保護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人員的需求，提高系統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到上述要求，具有極其重要的意義，值得進一步推廣。

圖5 測試方案制作流程

圖6 自動測試流程圖

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

[2]劉軍華.現代檢測技術與測試系統設計[M].西安：西安交通大學出版社，2000.

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