继电保护装置自动测试系统设计研究

继电保护装置自动测试系统设计研究

潘卫东

潘卫东

（昆明供电局变电管理二所）

摘要：继电保护以及电力系统的运行安全可靠性，向来是业界研究的重点课题。除为系统整体性考虑，作为二次核心的继电保护，直接关系着整个电力系统的稳定性。随着现代科技水平的不断提高，智能电网及配套设施的建设初见成效，新原理基础上的继电保护设备也先后投入利用，如何验证继电保护装置、设计自动测试系统，成为一个新的研究课题。本文将对此进行分析，并在此基础上谈一下自己的观点和认识，仅供参考。

关键词：智能电网；继电保护装置；自动测试系统；设计；思路

作为二次设备，继电保护设备是电网系统中的重要部分，在很大程度上关系着电力系统的运行安全可靠性。近年来，随着社会经济的快速发展和计算机、微电子以及通信技术水平不断提高，以数字式保护设备为代表的新型继电保护装置得到了广泛的应用和推广。继电保护装置自动测试系统设计思路如下：

1、总体设计思路

1.1系统构成

自动测试系统以模块化、分布式设计思想作为指导，硬件包括数据库、客户端、服务器以及控制主机和测试仪等，如下图所示。

（图1：系统硬件示意图）

以功能为标准，可将系统分为两个系统，即数据管理子系统、自动测试子系统。对于数据管理系统而言，其构成主要有数据库、服务器以及客户端，主要功能表现为数据资料存管(其中包括基本信息、测试方案、条码以及记录等)、权限管控以及WEB发布（数据）。对于自动测试系统而言，其构成主要有控制主机、卫星时钟以及测试仪，主要功能表现为根据测试方案，对装置进行自动测试，并对生成的记录存档。

1.2具体流程

基于用户对测试系统的客观要求、自动测试装置应用以及管理需求，在测试系统设计过程中，将系统流程分成三阶段，如图2所示。

自动测试方案开发时，开发人员按照上图流程完成测试内容。在这一阶段，开发人员依照装置软件、硬件功能及其配置，按照装置检验标准规程，从元件库中优选测试元件，设计测试方案。对于测试方案而言，在归档阶段，由数据资料管理人员进行操作。方案开发完成后，开发人员将方案、文档进行打包，形成方案包，并提交管理人员进行审核。审核通过以后，经客户端将方案包上传到数据库，从而使测试方案、测试装置之间建立关联关系。在自动测试阶段，主要由测试人员进行相关任务的执行。对装置条码扫描以后，自动测试软件关联关系，并且自动加载、下载适合的方案；按照顺序运行方案元件，记录测试结果，并上传到数据库存档。

2、系统开发

2.1子系统

这里所说的子系统，即数据管理子系统，其采用的是B/S架构，全部业务逻辑均采用ASP.NET技术，客户端无需安装软件，仅通过浏览器就能够完成数据信息管理功能，而且系统部署、维护以及更新非常方便。从当前的形势来看，应用服务器上可以实现物料信息查询、维护以及条码生成和打印，同时还包括测试方案上传、查询分析以及测试报告打印和生成等。

（图2：测试系统流程示意图）

2.2测试仪

对于测试仪而言，多采用CPU来实现，其中包括主控单元、液晶显示、智能信号接口板以及输出功放等。为了确保测试仪的输出精度、实时性能，主控单元为PowerPC、DSP技术基础上的双CPU构架。其中，PowerPC主要功能是管理测试仪，完成多任务操作任务，并在此基础上进行测试仪显示输出、信息记录、参数配置以及上位机通信等；对于DSP而言，主要体现为测试控制功能、波形生成以及接口板驱动。系统中采用的是双CPU，二者之间经高速同步串口进行通讯，然后交换数据。、系统中的接口板，为独立配置的单片机接口板，具有智能化特点，采用的是CAN通信方式，与主控单元之间实现数据与命令的交换，通过配置文件修改替换接口板，体现出较强的扩展功能。

2.3测试软件

测试控制主机上运行的自动测试软件，是测试系统核心所在，其主要建立在开源QT程序框架基础之上，可利用Windows或者Linux操作系统进行编译。

（1）结构与模块功能

测试软件由界面管理、方案管理、测试控制、控制接口、数据库接口以及通信接口构成。测试界面的管理模块，具有动态测试加载、执行功能。执行某元件时，该模块根据元件配置，对界面模板、参数配置等文件进行优化配置，生成动态测试界面，调用脚本功能函数，生成测试参数的测试和计算命令序列，供测试控制模块利用。控制模块是测试软件核心模块，根据测试脚本生成命令序列，对控制、通信以及数据库等接口进行控制，控制测试仪回收设备动作接点、输出以及报文数据，生成记录，然后进行存档。

（2）模式设计与策略选择

实践中，为了能够有效满足用户与测试场景的需求，测试软件设计了专门的运行模式，并且根据现有系统进行在线状态、用户角色优化选择运行模式。在测试模式研发过程中，应当注意开发测试装置、测试方案。对于测试模式而言，重复执行一定的测试元件，并且允许测试时修改参数。同时，还适用于设备出厂测试，必须进行在线运行，而且测试人员作为登录用户。该模式根据测试方案顺序地，对测试元件进行执行，并且自动生成记录，然后上传，无需用户对其干预。对于现场校验模式来讲，其主要适用于验收测试、现场调试，必须在线运行，测试人员作为登录用户。基于该模式，测试定值优选装置定值，也可选择测试方案中的定值。对于离线校验模式而言，其主要应用于验收测试、现场调试；一旦数据管理系统连接失败，则允许用户采取手动方式选择方案和相关元件。

（3）可扩展性

本系统采用的闭环自动测试方式，测试软件既要读取设备动作接点数据，又要具备与设备通信能力，可读写设备定值，读取保护动作信息、开入量、测量值以及SOE报文信息，用于检查和比较。装置型号不同，通讯规约也存在着较大的差异性。随着一体化、网络化以及智能化快速发展，新规约已被采用，测试软件能有效扩充通信规约，便于未来发展。基于对通讯效率、编程的考虑，利用QT框架下的插件机制，扩展设备通信功能。同时，测试软件依照设备测试配置，对规约插件、装置通讯功能进行优化调整。

3、测试用例设计与实现

3.1测试脚本的层次构成

测试脚本可以划分为四个层次，分别是测试类、测试项、测试用例和测试工程。（1）测试类。测试类指的是对应于PY文件的某保护测试逻辑的整体实现。该文件由多个测试函数和测试模板类构成，从而实现对该保护的所有逻辑的测试。（2）测试项。测试项指的是一个最小的测试单元（实际执行），是测试用例的实际化。（3）测试用例。测试用例指的是与py测试模板中某测试函数相对应的某种测试逻辑保护的具体实现，比如时间定值的上下限检测等。（4）测试工程。测试工程指的是某种具体的测试任务，直接由某个脚本文件生成。在测试工程生成时，配置脚本首先要加载所需的测试模板类，然后再以配置参数为标准实现测试模板类的实例化，最后完成测试项列表的生成。其中测试项列表由两部分组成，分别是测试用例、测试实例。

3.2配置测试脚本的接口

测试脚本中通常包含一个具有普遍适用性的配置文件，以此来合理分配其中的硬件资源。至于常规站点中的保护装置，继电器元件中的出口触点与测试仪通用的开关插件相连接，在发生触点动作时，测试仪读取开入状态。对于数字化站点的保护装置，测试仪发出出口报文，测试用例在调用扩展函数的条件下就可以从测试仪那里获取出口动作情况，从而就可以进行出口对比。如果某个测试逻辑需要多台保护配置与之配合，可以在测试仪上增加通用的板卡对信号进行模拟，使用测试仪给予保护装置不同的故障量，读取动作信息并进行对比。

4、结束语

总而言之，继电保护装置测试自动化以及系统设计过程中，应当做好以下几个方面的工作。（1）采取闭环自动测试模式，测试系统主控计算机解释执行测试脚本，将测试脚本故障参数，利用测试仪传递给保护设备，并且收集保护装置反馈信息和相关数据。对于测试脚本而言，根据收集的信息数据，完成判断，从而生产闭环测试模式。（2）测试过程一定要更加的透明化，测试系统可显示各个测试用例执行过程和结果。上述显示的数据信息，经测试脚本进行管控；如果测试不通过，则比较方便和准确定位测试失败原因。（3）对于自动测试用例而言，应当具备良好的可重用性、可扩展性。（4）测试系统完成任务以后，可自动生成测试报告的规范和标准格式，并且根据要求生成格式文档（电子版），这样有利于信息数据和资料的存档。

参考文献

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[2]陈水耀，刘宏君，陈川.智能变电站继电保护在线测试方案研究[J].电网与清洁能源，2014，9（05）：58-61.

[3]龚挺文.智能变电站继电保护运行测试技术分析[J].通讯世界，2015，10（23）：101-102.