保护测控装置自动测试系统的开发与实现

保护测控装置自动测试系统的开发与实现[摘要] 保护测控装置是电力系统最重要的二次设备之一，其安全可靠运行对电力系统的安全稳定起着重要的作用。

在保护测控装置的实际运行中需要对其进行严格的安装校验和定期检验。

目前电力系统智能保护测控装置测试的大量工作均由手工完成，自动化程度不高。

本文分析了保护测控装置自动测试系统的工作原理，开发了一套无需人工干预的自动测试系统。

该系统由报告模板编辑模块、测试模板编辑模块、测试主程序、通信规约引擎、通信模板编辑模块组成。

系统建立了基于IEC 61850标准的规约平台，具有良好的扩展性。

系统既可实现自动测试，也可选择手动测试，减小了变电站的停电时间，提高了测试效能和经济效益。

[关键词] 保护测控装置自动测试软件IEC 618501 引言随着国家智能电网的快速发展和变电站自动化程度的提高，自动化继电保护和测控装置在电网中的应用越来越普遍，对该类装置的要求也越来越高，因此全国许多电力公司对于220kV及以上电压等级变电站中新入网的所有测控装置都需要进行精度校验，但该类校验需要对大量数据和参数进行检测分析，耗费许多人力物力，日益成为一项繁重的工作，也迫切需要寻找一种自动高效的检测方法。

目前电力系统智能保护测控装置的检测工具都是单一变量输出模式，需要人为手动变换变量参数才能改变输出电气量，测试功能比较简单固定，无法根据用户需求自动变换变量输出和接收装置反馈数据。

本文主要从这一需求出发，根据现有的技术规程和技术标准，开发编制自动测试系统，并模块化各种试验软件，形成适用于多种厂家、多种型号的保护测控装置的自动测试系统，提高工作效率和自动化水平，减少人为失误和劳动强度，使试验仪器更好的服务于电力生产，该类产品和应用软件具有较高的实用性和广阔的应用前景。

[1-3]2 继电保护测控装置自动测试系统概论2.1 继电保护测控装置的发展历程[4-6]第一代微机型继电保护试验仪，以单片机为智能控制器，计算速度较慢，精度较差。

第二代微机型继电保护试验仪，以PC机做为智能控制器，采用DOS 操作系统，具有较强的计算功能，精度能达到0.5级。

第三代微机型继电保护试验仪，以PC机和串口为硬件基础；软件采用Windows界面，界面友好；功能模块化，具有可扩展电压、电流插件，能实现连续变频。

第四代微机型继电保护试验仪，充分利用网络技术和数据库技术，具有良好的技术支持、方便的用户服务及灵活的硬件扩展特点；性能高、精度高，能实现实时仿真，可自动生成试验报告，具有辅助专家功能等。

2.2 继电保护测控装置的检测现状电网的安全稳定离不开保护测控装置的安全可靠运行，保护测控装置安全可靠运行的基础是提高保护测控装置的完好率和运行率。

由于各种原因，必然会出现影响保护测控装置安全运行的种种缺陷，如果这些缺陷在检验工作中没有及时检查出来，就可能成为电网系统安全稳定运行的隐患，因此，测控装置检验质量对电网安全稳定具有重大意义。

目前我国对保护测控装置的检测主要由人工完成。

但是随着我国电力系统快速发展和减人增效策略的实施，各单位人均维护设备数量不断增多，加之新产品、新技术不断采用，尽管测试人员付出巨大努力，但由于人员素质、仪器仪表等方面因素，使得保护测控装置检验工作不够规范，未能严格按照国网公司规程和省公司颁发的规程或作业指导书执行。

保护测控装置检验工作中经常出现检验项目“缺项、漏项”，试验报告不够统一、规范等问题。

而且检验工作因人而异，使得检验质量受到影响，同时变电站现场停电检修时间较短，人工检测保护测控装置效率较低。

3 保护测控装置自动测试系统的原理保护测控装置自动测试系统分为硬件和软件两部分，硬件部分由保护测控装置主机、保护测控装置校验仪、PC计算机三部分组成。

软件部分由保护测控装置软件和自动测试系统软件两部分组成。

保护测控装置自动测试系统软件由报告模板编辑模块、测试模板编辑模块、测试主程序、通信规约引擎、通信模板编辑模块组成。

保护测控装置自动测试系统原理如图1所示。

如图1所示测试系统根据检验规程系统向测控装置校验仪发送控制命令，校验仪输出对应的测试状态，保护测控装置响应测试并通过通信规约返回给测试系统，测试系统根据保护测控装置的当前状态智能计算保护测控装置的测试项目是否合格，并能够生成规定格式的测试报告。

4 自动化测试软件的关键技术实现4.1 脚本语言目前软件开发领域常用的开发工具VC，Delphi，VB，PowerBuilder等，这些开发工具都是当前较为流行的系统开发工具，基本上都能满足开发要求，各有所长、各具优势。

在保护测控装置自动测试系统中选择通用的开发平台Visual C++，结合数据库和图表绘制软件，使开发的软件平台具有界面友好、操作方便、功能完善等优点，并兼顾可扩展性和兼容性等系列问题。

4.2 通信方式电力系统日趋复杂化和智能化，微机型智能继电保护测控装置的种类也日趋多样化。

元件保护，线路保护，辅助保护，智能配网终端及用于测量控制的各类测控装置层出不穷。

随着变电站自动化技术的发展，越来越多的多功能智能电子设备（intelligent electronic device，IED）被集成到系统中[7]，它们具有强大的处理能力和通信能力，但缺乏统一的通信标准，IED 间无法方便地进行信息共享。

实践证明，IEC 61850标准能很好地解决各厂商设备间的互操作性问题，同时运用抽象通信服务接口技术将应用与具体协议分离，是一种面向未来的标准（具有后向兼容性）[8]。

IEC 61850标准的引入改变了传统变电站自动化系统的功能结构、通信结构，也对变电站的设计、实现、测试、运行、培训、维护等工作提出了新的要求。

随着IEC 61850标准的推广实施，越来越多的厂商加入到该阵营中，更多的基于标准的设备将投入变电站自动化系统中。

为了适应市场的需求，通过分析国内各大保护测控装置生产厂家的测控规约情况，保护测控装置自动化测控软件设计开发了基于IEC 61850 标准的规约平台，建立了可用于编辑各种类型的保护测控装置的通讯规约模块，并建立了保护测控装置通讯规约模块库。

该规约模块具有良好的扩展性，规约库可以不断添加，以支持多个厂家的保护和测控装置。

目前该规约数据库提供了：南瑞继保、南瑞科技、国电南自、北京四方、许继电气、东方电子、上海惠安等主要测控装置生产厂家主流产品的通讯规约支持，并可按用户要求定制规约。

在此保护测控装置自动化测试系统中设计了“同期测试-规约选择”对话框，以用来选择适当的规约文件。

5 保护测控装置自动化测试软件的实现5.1 软件开发该自动化测试软件是与电力自动化测试装置配套使用的专用测试软件。

测试软件安装在台式或便携式计算机上，运行在Windows XP或Win7操作系统下。

测试装置使用USB信号线或以太网双绞信号线与计算机连接，由测试软件对测试装置进行联机控制。

该软件主要由报告模板编辑模块、测试模板编辑模块、测试主程序、通信规约引擎、通信模板编辑模块组成。

该自动化测试平台主界面分为系统配置、测试项目、系统工具、技术支持等页面，该软件的可实现功能如图2所示。

在软件测试项目中，列出了该测试软件的各个测试功能单元，点击这些测试功能即可进入相应测试单元对保护测控装置进行相关测试。

该测试软件开发了手动测试、交流采样自动测试、测控装置同期测试、开关量测试（包括SOE顺序测试、遥信测试、遥控测试等）、谐波测试、电测量变送器自动测试等多个测试功能单元，针对变电站测控单元、变电站计算机监控系统、电测量变送器等电力自动化设备、系统提供了完备的测试解决方案。

5.2 交流采样自动测试单元交流采样自动测试单元可用程控方式自动校验测控装置的交、直流采样误差。

该测试单元依照国家电网公司《Q/GDW 140-2006交流采样测量装置运行检验管理规程》等规程的要求，用于自动校验测控装置、RTU等交、直流采样设备的测量准确度和进行频率、三相不平衡等影响量测试。

（1）交流采样基本原理交流采样是指按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再用一定的数值算法求得被测量，它与直流采样的差别是用软件功能代替硬件功能。

交流采样自动测试单元可用程控方式自动校验测控装置的交、直流采样误差。

采用微机检测交流电量主要是对电压（U）、电流（I）、有功功率（P）、频率（f）等进行监测。

其中频率F的测量比较简单，一般是选母线电压通过过零比较器转换为方波计算出方波的周期，再求倒数即得频率。

将其离散化处理，以一个周期，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内的连续变化的电压函数值。

则：注：△Tm—相邻两次采样的时间间隔；Um—第n-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N—一个周期内的采样点数。

同理，交流电流有效值计算公式：计算一相有功功率的离散化公式为：（2）交流采样的软件实现该自动化测试软件测试单元可实现全自动闭环校验，测控装置通过通讯线与测试用计算机联机，测试软件与测控装置通讯，实时获取和解析遥测、遥信等测控装置上传报文，可自动得到交直流采样测量值的测试过程。

校验仪顺序按设定的校验点自动输出，与测控装置进行通讯，自动读取相应的校验结果报文，自动计算校验误差和进行结果评估。

5.3 手动测试单元开发为方便对自动测试过程中出现的问题进行重复测试和分析，自动测试软件开发了手动测试的功能。

手动测试单元提供了对测试装置输出、测量、开关量等功能的灵活控制。

可以直接设置或按变化步长设置交、直流电压、电流、功率输出和开关量输出状态，并实时查看小信号模拟量测量结果和开关量输入状态。

本文对保护测控装置自动检测系统原理进行了分析，并在此基础上开发了一套自动检测软件。

实际应用表明，该自动测试软件能够对变电站保护测控装置按照测试规程要求完成各个测试项目的自动测试，且比人工测试的时间缩减了60%，大大提高了测试效率，降低了测试人员的技术门槛。

该自动测试软件的成功应用，减小了变电站的停电时间，提高了经济效益。

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