一種繼電保護自動測試方案實現方法

錢 浩 邢海青 韓永強 劉 星 張 瑩

(國網杭州市余杭區供電公司，浙江 杭州 311100)

一種繼電保護自動測試方案實現方法

錢 浩 邢海青 韓永強 劉 星 張 瑩

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傳統的IED設備人工檢測方法費時費力，而已有的自動測試系統無法實現測試定值自動整定。為了改善這一問題，提出了一種基于數字化測試儀的繼電保護自動測試方案實現方法。詳細介紹了自動測試閉環系統的測試及腳本編輯方法。通過多次試驗證明，自動測試系統通過IEC 61850監控后臺可進行實時測試條件整定和遠方遙控監測。系統對測試用例腳本文件、加量方案配置文件和智能本地化規則描述文件的編輯和處理，可實現測試方案的自動生成并可對智能電子設備的各項功能自動測試，從而提高測試效率和準確率。

測試腳本 IEC 61850 自動測試 數字化測試儀 閉環控制系統 遙控監測

0 引言

隨著智能電子設備的廣泛應用，對智能電子設備的測試要求也越來越高。目前大多數的測試是通過測試儀對被測裝置輸入量值控制并取得反饋來進行性能測試，其中大多是重復性的操作，測試過程中會占用大量的人力物力。另外測試過程要能夠較真實地模擬系統故障，其要求專業人員對保護原理及測試方法非常清楚，這就對測試人員的測試能力有一定要求。繼電保護自動測試方法的提出對減輕測試人員的工作量、提高測試效率和測試準確性都有著積極的作用[1]。

目前已有的繼電保護自動測試系統，針對不同的測試對象需要編輯不同的測試條件，大部分的測試系統都需要在單項測試前通過手動搭建所需測試環境，自動測試文件的編輯復雜而繁瑣[2]。基于IEC 61850數字化測試儀的繼電保護自動測試方案，提出了根據將測試過程和量值加載固化的原則對測試方法進行改進。所有的測試項目只需編輯一次測試邏輯，將其保存在測試用例集中，以后再進行同性質測試時，可從測試用例集中調取出來直接測試。被測對象測試項目描述每個測試對象的性能測試項目的內容以及測試項目間的邏輯關系，測試時可根據引擎所提供的測試項目的模型靈活定義測試方案。通過61850監控后臺，使得遠方定值可整定并遙控，可一次性對設備上所有保護進行測試，大大提高了自動測試的效率和準確性[3]。

1 自動測試系統組成

自動測試系統主要由PC機、數字繼電保護測試儀、被測裝置、網絡交換機構成,如圖1所示。圖1(a)為不含交換機方式，圖1(b)為含交換機方式。PC機中配置有自動測試軟件、一次特征字和61850配置文件，測試系統連通后，被測裝置的當前定值區所有定值都被測試軟件讀取出，這樣自動測試引擎就與被測裝置的定值同步。

PC機負責測試腳本的編輯，試驗時首先通過測試用例腳本的形式描述用戶傳統的對數字化保護的測試工作過程，每一項的測試業務都可添加到測試用例腳本中。試驗時編輯測試用例腳本中的測試內容，設定結束條件等。對編輯好后的自動測試用例庫，PC機發出命令控制繼電保護測試儀輸出開關量信號，在選擇好測試序列和測試方案后，軟件開始通過測試儀對被測裝置批量測試。

圖1 自動測試系統構成圖

測試儀是保護動作及測試環境的載體，在接收到命令后發出SMV量值。測試引擎通過故障序列對電力故障過程進行仿真，同時接收被測裝置GOOSE量，獲取被測裝置定值、壓板等信息，并根據實時情況判斷被測裝置信息，做出測試判斷。測試的信息動態顯示在自動測試控制中心界面，以便用戶瀏覽查看。

2 自動測試控制方法

測試時自動測試系統需要解決兩個關鍵問題。第一是如何自動模擬故障場景，另一個是如何監測到被測保護裝置的反饋、出口以及出口延時，形成完整的閉環系統。這個問題最終需利用許繼61850數字化后臺監控系統實現。

2.1 故障模擬數據自動生成方法

DRT802數字化測試儀中的狀態序列模塊為自動測試用例提供了完善的平臺引擎，自動測試文件驅動狀態序列模塊生成故障模擬文件。該文件格式是通用的xml格式編輯的。通常一個故障由三個及三個以上狀態組成，分別為故障前狀態、故障狀態、故障后狀態。首先，軟件根據自動測試用例所需要的元件進行設定，選擇足以觸發保護元件動作出口的故障量，例如門檻值測試時只需要在門檻值左右模擬兩個故障點，啟動測試便可測試出邊界。故障前狀態用于保護狀態恢復正常運行態，用以確保兩次保護試驗之間不會相互干擾，一般采用定時維持正常運行數據加量即可，故障狀態的數據設置才是關鍵。對于關鍵數據，幅值多少、加量時間的設定都可以自動執行，自動測試開發中引入*.ase腳本語法，可以編輯根據被測裝置的定值來設定故障量數據。故障后狀態是為了給本次故障被測裝置的反饋以及自動判斷測試結果預留足夠的時間，產生事件以及報告上送。

2.2 被測裝置反饋監視

數字化測試儀可以通過GOOSE監視到被測裝置的故障反饋，但是僅僅這樣還不夠可靠。為保證獲得可靠信息，系統采用許繼61850數字化后臺監控系統平臺引擎，可以實時監測被測裝置的故障事件和報告上送詳情。同時61850數字化后臺監控系統通過遠方整定遙控功能，可以對裝置進行特定情況下的試驗。用戶不用手動整定裝置，完全實現自動化操作。

自動測試系統通過導入被測裝置的61850模型配置文件，提取出遙控遙信定值和遙測量數據，通過編輯特征字映射，確保保護量數據的引用在腳本中的唯一性。試驗時通過編寫自動測試腳本，實現交付自動測試系統的自動執行。

自動測試腳本的操作對象其實就是特征字，特征字映射對應的保護量數據，同時可依據用例自動生成腳本*.ase自動生成測試用例。

2.3 關鍵技術

自動測試系統控制數字化測試儀，通過TCP/IP私有協議傳送配置文件和命令下發，以及狀態數據上送。自動測試系統控制被測裝置，通過61850MMS數字化后臺監控，遠方整定定值遙控壓板投退功能、報告訂閱、調取錄波數據等服務。自動測試系統由delphi編程開發，其他庫由C語言開發，混合編程模式實現所有功能。

3 自動測試文件組成及腳本管理方法

自動測試需涵蓋模擬量采樣測試、定值范圍和精度測試、保護邏輯測試、后臺通信功能測試等，測試項目如下[1-2]。

① 模擬量功能測試，包含有模擬量突變量門檻值測試、模擬量零死區門檻值測試、模擬量品質因數測試、模擬量周期參數測試。

② 定值范圍測試，包含有定值初始值測試、定值最大值測試、定值最小值測試、定值步長測試。

③ 保護邏輯功能測試，包含保護邏輯驗證、保護邏輯閉鎖驗證。

④ 主站功能測試，包含遙控功能測試、遙測誤差測試、遙信功能測試。

對于如此多的測試種類，需要一個有效的方法建立各類測試用例來組成用例集。自動測試系統的創新點就在于用戶設定參數以及對數字化保護的測試流程配置數據化，形成自動測試的流程配置數據文件，自動驅動測試。首先建立一個通用的測試平臺，實現對測試數據的保存、管理以及使用，使自動測試系統能夠和測試儀、被測裝置無縫通信，最終實現智能化、自動化測試。

系統導入SCD后自動形成待測保護的安全技術方案，自動讀入保護定值單，自動產生可靠動作與不動作的故障測試量，程序控制保護裝置的全過程測試，最后形成測試報告并存儲。

3.1 自動測試文件組成

自動測試文件功能說明如表1所示。

表1 自動測試文件功能說明

一個完整的自動測試腳本包含以下幾個元素。

① 故障模擬方案配置文件，后綴名為*.se,該文件用來描述測試儀加量方案。

② 自動測試腳本*.tcase文件， 該文件用來描述自動測試引擎的動作，包括測試條件準備、遙控壓板投退、定值整定等；驅動測試儀加量；反饋判據描述，據此給出測試結果。測試用例腳本文件通過輸入試驗條件來實現定值控制和壓板控制，并且輸入測試判據來判斷試驗結果，輸出測試儀反饋信息，保護出口動作信息并進行數據錄波。試驗時可以使用任意一種編輯工具進行編輯，編輯時按照指定格式。測試用例腳本為文本格式，易讀，直觀，使用任何文本編輯工具即可編寫、修改。裝置定值整定，壓板投退，裝置站控層出口信息監視判定，測試儀計量結果判定。

③ 自動本地化用例腳本*.ase,描述如何自動根據被測裝置定值和壓板狀態生成用例的規則。

3.2 腳本編輯方法

自動測試模板編輯流程如下。

① 編寫測試儀故障加量配置數據、故障前狀態、故障狀態、故障后狀態設置，保存為基于xml格式的se文件。

② 加載被測類型裝置61850規約的ICD配置文件，為定值、遙信和遙控等映射特征字，注意特征字的唯一性。

③ 編寫基于特征字的自動測試腳本文件*.tcase，涉及到本次故障的試驗條件、相關定值、壓板控制、操作步驟、測試判據以及結果判定邏輯。

④ 編寫自動本地化腳本文件*.ase，基于被測裝置核心定值門檻，動態設置出口邏輯，配置加量方案，限定出口時限門檻。

⑤ 模擬測試模板的正確性，正確入庫保存，方便以后裝置的大量測試。

測試用例包含故障量配置方案的生成。該部分控制裝置自動動作，用例以模板形式固定下來并直接面向測試業務編寫針對具體裝置的測試。對自動測試模板編輯的實質即為將測量流程固化下來的過程。測試用例腳本文件可支持兩種裝置控制服務，分別是定值整定和壓板控制，舉例如下。

[測試類型]各種保護功能測試

[對應文件]過流一段/Uabc精度(1.025).se

[軟壓板]YK:過流一段軟壓板=投入|YX:過流一段軟壓板

……

[定值整定]DZ:TV異常退壓元件=0

[擴展命令]EX:ReSetIed,10

[保護出口]YX:過流一段動作=不出口

[擴展判據]EX:0=1

[定值判據]DZ:低電壓閉鎖定值=30.0

腳本第一行為默認，目前都寫成“[測試類型]各種保護功能測試”，腳本第二行設置測試儀加量方案配置文件。后續腳本行為控制裝置命令，出口判定支持裝置遙信出口和測試儀計量時間，還有擴展命令判據判定。最后一行為定值判據，判定裝置的定值“低電壓閉鎖定值”為30.0，如果相等，則通過；不相等，則不通過。

測試儀的故障量部分可以包括故障量設置配置數據保存方案、61850通信參數設置和繼電保護故障量模擬數據分開存儲、se格式存儲文件的形成。ase腳本語法根據被測裝置具體定值和壓板，自動形成故障加量邏輯。

腳本驅動的測試用例生成方式，一定程度上解決了用例通用性不高的問題。對于任意臺被測裝置，從測試用例庫中挑出合適的測試模板后，通過腳本編輯很快即可適應本次測試裝置的需要，生成針對被測裝置的全套測試用例。自動測試系統獲取被測裝置的當前定制區所有定值，成功獲取定值后導入一次特征字和61850配置文件，把被測裝置的最新定值同步到自動測試引擎中。

自動測試執行流程框圖如圖2所示。

圖2 自動測試執行流程框圖

測試引擎根據實際值批量生成被測裝置同步的測試用例，之后便可自動測試，測試流程如下。

① 加載被測裝置61850配置文件(*.scd或者*.cid),連接被測裝置，讀取定值。連接裝置時，首先將PC連接到被測裝置站控層網絡口，PC上的網口地址要和被測裝置的網口地址在同一網段。被測裝置CID或者其所在站的整站SCD配置文件需要傳輸到測試引擎中，而且必須是和裝置上61850服務運行的配置文件一致。

② 導入被測裝置的配置文件，可以看到裝置的遙控、遙測、遙信和定值表。導入SCD時，需選擇對應裝置，一次只能測試一個裝置。

③ 根據自動測試模板序列*.asp,加載進入自動測試引擎。

④ 智能本地化，自動生成本地自動測試方案序列。

⑤ 啟動自動測試引擎執行本地自動測試方案序列，各個用例自動給出測試結果。啟動測試時先啟動測試儀客戶端，保證測試客戶端和測試儀聯機正常。測試完成后可以閱讀網頁格式的測試報告。

4 自動測試案例

自動測試可根據設備信號和定值，制定出測試方案，并在現場進行一次性全部保護測試。現以WXH-813b型高壓線路保護裝置為例，其可一次性完成對其包括過流保護、零序保護、距離保護、光纖縱差保護、TV斷線過流保護等所有的保護測試。

測試時自動測試軟件控制測試儀發出輸入量、動作事件等信息，同時被測裝置的各種故障報告、錄波、擾動數據都會再回饋到測試儀中，作為測試軟件進行測試判斷的依據，整個系統形成一個完整的測試閉環。以WXH-813b線路保護為例，若選取接地距離一段延時測試，投入“距離保護Ⅰ段”控制字，模擬距離Ⅰ段范圍內故障，距離Ⅰ段保護動作；退出“距離保護Ⅰ段”控制字，模擬距離Ⅰ段范圍內故障，距離Ⅰ段保護不動作。自動測試系統分別設置電流定值的0.95倍和1.06倍時的電流數據，選擇測試儀中狀態序列測試場景，自動測試軟件依次設定各個狀態的三相電流值以及狀態場景的持續時間。在現場測試時，用戶通過該模塊可以實時查看到按照預先設定的電量執行場景，并通過狀態接收模塊實時查找WXH-813b上送的GOOSE量值、SMV報文以及故障信息。系統根據與軟件自行計算的預期值是否相符來判斷測試項目成功或者失敗。

在測試用例集中的測試全部完畢后，自動測試軟件自行生成測試記錄報告，通過該報告可記錄所有測試項目的測試結果，報告如表2所示。

表2 測試報告明細

5 結束語

自動測試系統通過對測試用例腳本文件、測試加量方案配置文件和智能本地化規則描述文件的編輯和處理，可實現測試方案的自動生成，并可對智能電子設備的各項功能進行自動測試，從而提高測試效率和準確率。對于測試用例自動生成技術、測試環境自動配置技術的創新屬于國內首例。該方法大大提高了智能變電站繼電保護測試效率，減少了繼保人員的工作量，緩解了定檢時繼保人員短缺、工作壓力大的現狀。自動測試將避免人工測試帶來的測試結果不穩定、測試數據保存不良等問題。另外自動測試生成的測試報告可長久保存，甚至可以上傳至電力MIS系統，為日后的運行維護提供技術數據。

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Implementing Method of the Automatic Testing Scheme for Relay Protection

Traditional manual detection method for intelligent electronic device (IED) is time-consuming and laborious,while the existing automatic detection systems are unable to implement automatic tuning for test setting. To solve this problem, the implementing method of relay protection automatic testing scheme based on digital tester is proposed. The test of automatic closed loop system and the editing method of script are introduced in detail. Multiple experiments are conducted and it is proved that through IEC 61850 monitoring background, the automatic test system can tune the real time test conditions, and realize remote control monitoring. The system can edit and process the test script file, adding scheme configuration file, and intelligent localized rule description file; and implement automation generation of test strategy, as well as automatically test various functions of IED, thus enhances test efficiency and accuracy.

Test script IEC 61850 Automatic test Digital tester Closed loop control system Remote control monitoring

錢浩(1983-)，男，2009年畢業于天津大學電力電子與電力傳動專業，獲碩士學位，工程師；主要研究方向為電力系統自動化、智能變電站。

TM933+.4

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201505018

修改稿收到日期： 2014-10-16。