配电自动化终端设备测试研究

配电自动化终端设备测试研究

0.引言目前国内配电自动化终端设备产品质量参差不齐，为保证在配电网自动化建设中选用产品功能齐全、性能优越、耐用可靠，在设备招标选型阶段，应依据配电网实际情况和相关技术要求开展入网检测工作，以检验和对比配电自动化终端设备性能质量是否与其标称值和设备规范相符，为配电网自动化设备招标提供在同一测试平台下主要功能和技术指标的参考依据。

配电自动化终端设备安全、稳定、可靠地接入配电自动化主站系统，满足系统安全稳定运行的需要，对各类配电自动化终端设备进行通信规约、功能和性能检测，也是各网、省公司亟待解决的一项重要的基础性专业管理工作。

依据南方电网配电网自动化系统运行与管理的指标要求和配电网通信协议标准，研制了配电自动化终端设备检测平台。该检测平台的研发采用“产、研、用”相结合的方式，由佛山电网下属三产公司广东汇源通集团组织开发完成。项目组遵照国家和电力行业的相关标准，以及南方电网配电网自动化系统运行管理规程和佛山配电网相关规定等技术政策，攻克了过个难题，检测平台的研发与应用，为佛山配电网自动化建设的探索了一条创新之路，积累了成功经验。

1.检测平台构成该检测平台主要有硬件平台及配电网终端设备检测软件系统（配电网自动化模拟测试系统）2 部分构成。依据被测配电终端的不同的通讯途径，选择不同的配置方案方式，见下图 1-图 3。

网网络络交交换换机机服务器服务器TCP TCP/ /IP IPTCP TCP/ /IP IPTCP TCP/ /IP IP被测设备被测设备（（配电终端配电终端））

标准源标准源模拟断路模拟断路器器打印机打印机TCP TCP/ /IP IP图 1. 采用网络通道的检测平台构成示意图1.1 硬件平台佛山配电网自动化实验检测平台硬件系统由服务器、网络交换机、串口通信服务器、高精度测控装置校验仪、模拟断路器、便携式维护终端、打印机等组成。

串口通信服务器RS 232网络交换机服务器TCP/ / IPTCP/ / IPTCP/ / IP被测设备（配电终端）

标准源模拟断路器打印机TCP/ / IP图 2. 采用串口通道的检测平台构成示意图图 3. 采用无线通信方式的检测平台构成示意图（1）HP 服务器：用于对标准源、模拟断路器及配电终端的控制。

完成指令下发、数据采集、信息存储、数据处理及分析、通信规约协议检验及分析、报告自动生成等工作。

（2）MOXA 串口通信服务器：RS-232 终端到 TCP/IP 之间完成数据转换的通讯接口协议转换设备，用于配电终端通过 RS-232 串口与TCP/IP 网络的数据进行双向透明传输。

（3）网络交换机：为配电终端（DTU、FTU）和标准源提供网络接入方式。

（4）高精度测控装置校验仪：采用高精度测控装置校验仪作为标准源，用于模拟各种高精度遥测（包含电流、电压）值供给被测配电终端；亦可提供高精度电源，用于测试配电终端的功耗等性能。高精度测控装置校验仪是该试验检测平台的核心硬件设备，具体参数见表1。

表 1. 高精度测控装置校验仪技术参数表项目性能参数值三相电流输出范围：0～6A，准确度：≤±0.05％三相电压输出范围：0～120V，准确度：≤±0.05％直流输出直流电流输出：20mA，准确度：≤±0.05％开关量独立开出量 4 对；开出量输出不同步时间误差：≤0.1ms；可编程脉冲输出：0～500Hz，脉宽 lms～500ms 可调；开入量动作时间测量误差：≤lms（5）断路器模拟装置：用于模拟三相及分相操作、单跳闸线圈或双跳闸线圈断路器的动作行为，作为继电保护及自动装置带开关整组系统传动试验时实际断路器的代替设备。

（6）便携式维护终端：用于配电网自动化系统的新建、改造工程及运行维护的现场调试。

（7）报告打印机：检测报告的输出设备。

（8）其他设备：电流表、电压表。用于测量系统中的电流、电压。

另外，有些设备如高低温试验箱、检测兼容测试设备就不一一罗列了。

1.2 软件平台软件平台采用自主开发的配电网自动化模拟测试系统，该系统以Microsoft Windows XP 作为运行平台，Microsoft Visual studio 作为开发平台，Microsoft MFC 作为基础类库，采用成熟的开发工具 Visual C++2016年第12期电力建设·10·开发而成，可安装在服务器或便携式笔记本上。系统界面友好美观，操作简单，功能强大。该系统配置了多串口通信终端服务器、网络交换设备，具备与多个测试对象，多通道同时接入测试的能力。

2.解决的主要关键技术问题软件系统是检测平台的核心。在检测平台的研制过程中，软件研发是检测平台解决的主要关键技术问题。

2.1 测试软件结构测试系统的结构包括操作系统、测试界面、规约库（包括配电网自动化 101、104 规约）、实时数据库、断路器模拟系统、标准源系统等 6 个部分，如图 4 所示。其中规约数据库采用动态插件方式，可以灵活的进行修改、跟换、删除及新增，而不影响整个系统的稳定运行。

图 4. 测试软件结构图程序结构采用统一的平台设计思想，面向对象设计、严格划分功能模块，采用多线程运行系统模式，保证了运行系统的安全及稳定，并具有良好的灵活性及可拓展性。

2.2 软件测试流程测试系统的软件流程图 5 所示，软件启动为初始化、测试规约选择后，依据进行的测试内容选择相应的功能模块，完成测试，并把测试结果按既定的格式输出。

图 5. 测试系统软件流程图2.3 关键测试过程在此套测试系统中，服务器能同时与通模拟断路器、标准源、及配电终端进行双向数据交互。当测试配电终端的功能、性能、规约时，对测试过程进行优化，实现了自动闭环测试。

在进行遥控功能测试时，服务器下发遥控指令，配电终端执行遥控指令后，模拟断路器进行模拟操作，一方面分（合）闸结果（产生状态变位信息 COS-Change Of State）通过安装在模拟断路器上的通信装置直接服务器，另一方面，COS 通过被测设备上送至服务器，比较两个结果，就可以判断终端的遥控功能是否正确，测试过程见图 6.图 6. 遥控功能测试过程图针对遥信变位的事件：配电终端需向配电主站传输两次信息，第一次先传不带时标的状态变位信息 COS，在稍后时间传输带时标的信息 SOE（Sequence Of Event）。当事件产生后，终端

需第一时间将 COS上送。突发事件主动上送测试过程如图 7.开始测试服务器被测配电终端模拟断路器发送变位指令对应开关动作反馈信息（COS）接收反馈信息接收反馈信息COS 上传、SOE上送对比测试不通过测试通过不同相同图 7. 突发事件上送功能测试过程图配电主站与终端之间传输的数据级别有高低之分，对数据级别有必要进行测试，下面以 COS 打断组召唤为例，简要说明数据级别测试，见图 8.图 8. 数据级别测试过程图（COS 打断组召唤）

3.检测平台的功能检测平台能实现对平台（配电自动化模拟主站）和配电自动化终端设备间的物理接口、链路层准确性检验，初始化过程检验，帧格式正确性检验，应用功能检验，遥测、遥信量正确性检验，对时正确性2016 年第12 期电力建设·11·检验等等。

3.1 通信协议检测根据佛山配电自动化终端设备的实际情况，依据《佛山配电网自动化实施细则》、《佛山配电网自动化实施细则》，自动或手动检测上述各种通信协议。测试主站系统与终端之间链路通信是否正常、应用功能是否符合规约要求。。

3.2 配电终端功能测试配电终端功能测试包括：遥信、遥测、遥控、模拟量越死区上报、遥测越限告警及上传、数据分级传送、对时、事件顺序记录、开入量防抖动、通信配置、遥控保持时间设置、软件维护、回路安全防护、电源的保护功能、电源的监视功能、低电压保护、电池活化、程序自恢复、程序自诊断。

3.3 配电终端性能测试配电终端性能测试包括常规性能测试、环境影响测试以及电磁兼容测试。其中：常规性能试验包括：交流采样精度、遥信正确性、遥控正确性、SOE 分辨率、整机功耗、绝缘电阻、绝缘强度。

配电终端环境影响试验包括：常温试验、高温试验、低温试验、交变湿热试验等。

配电终端电磁兼容测试包括：电压跌落及短时中断、抗静电放电影响、快速瞬变脉冲抗扰性试验、浪涌抗扰性测试。

4.检测平台的主要技术特点（1）具有自主知识产权的配电网自动化试验检测平台用面向对象的程序设计方法，开发了基于Windows 的具有自主知识产权的配网自动化试验检测平台。在此平台上，在入网前对配电自动化主站系统设备和终端设备进行通信、功能性能测试和评估；同时，也可作为第三方，定期对已运行的配网系统展开在线测试，及时发现系统存在的隐患，有利于配电自动化系统的安全稳定运行。

（2）测试平台具有良好的灵活性和可拓展性主程序结构采用统一的平台设计思想，协议分层设计，严格划分功能模块，采用多线程运行系统模式，并提供自定义测试脚本支持，具有多种报告输出模式，可自行定制测试报告模版，具有良好的灵活性和拓展性。

（3）多设备仿真测试的高效性与稳定性在配电网自动化测试系统中使用超时阻塞队列，线程池，内存池和异步 IO 技术，实现多个设备的同时在线仿真自动测试与并发数据处理的高性能。采用内存分页磁盘置换技术和复合文件技术，减少内存使用，保障测试过程的长期稳定运行，并实现测试数据的追踪与回放。

（4）测试的精确与手段多样使用高精度测控装置校验仪，通过制定各种各样的测试样例和仿真设备运行环境，可测试配电自动化设备长期运行的抗干扰性和稳定性、通信协议的一致性以及对异常通信的检错、容错能力，并可通过仿真大量数据“雪崩”测试设备对大规模并发数据的处理能力。

（5）实现自动化与手动测试通过定制测试例、测试模版实现自动测试，或单步发送报文手动测试，并利用 WORD 标签技术实现测试结果的快速定位和测试报告的自动生成，全过程提供详细测试记录。