一种继电保护自动测试方案实现方法

钱 浩 邢海青 韩永强 刘 星 张 莹

(国网杭州市余杭区供电公司，浙江 杭州 311100)

一种继电保护自动测试方案实现方法

钱 浩 邢海青 韩永强 刘 星 张 莹

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传统的IED设备人工检测方法费时费力，而已有的自动测试系统无法实现测试定值自动整定。为了改善这一问题，提出了一种基于数字化测试仪的继电保护自动测试方案实现方法。详细介绍了自动测试闭环系统的测试及脚本编辑方法。通过多次试验证明，自动测试系统通过IEC 61850监控后台可进行实时测试条件整定和远方遥控监测。系统对测试用例脚本文件、加量方案配置文件和智能本地化规则描述文件的编辑和处理，可实现测试方案的自动生成并可对智能电子设备的各项功能自动测试，从而提高测试效率和准确率。

测试脚本 IEC 61850 自动测试 数字化测试仪 闭环控制系统 遥控监测

0 引言

随着智能电子设备的广泛应用，对智能电子设备的测试要求也越来越高。目前大多数的测试是通过测试仪对被测装置输入量值控制并取得反馈来进行性能测试，其中大多是重复性的操作，测试过程中会占用大量的人力物力。另外测试过程要能够较真实地模拟系统故障，其要求专业人员对保护原理及测试方法非常清楚，这就对测试人员的测试能力有一定要求。继电保护自动测试方法的提出对减轻测试人员的工作量、提高测试效率和测试准确性都有着积极的作用[1]。

目前已有的继电保护自动测试系统，针对不同的测试对象需要编辑不同的测试条件，大部分的测试系统都需要在单项测试前通过手动搭建所需测试环境，自动测试文件的编辑复杂而繁琐[2]。基于IEC 61850数字化测试仪的继电保护自动测试方案，提出了根据将测试过程和量值加载固化的原则对测试方法进行改进。所有的测试项目只需编辑一次测试逻辑，将其保存在测试用例集中，以后再进行同性质测试时，可从测试用例集中调取出来直接测试。被测对象测试项目描述每个测试对象的性能测试项目的内容以及测试项目间的逻辑关系，测试时可根据引擎所提供的测试项目的模型灵活定义测试方案。通过61850监控后台，使得远方定值可整定并遥控，可一次性对设备上所有保护进行测试，大大提高了自动测试的效率和准确性[3]。

1 自动测试系统组成

自动测试系统主要由PC机、数字继电保护测试仪、被测装置、网络交换机构成,如图1所示。图1(a)为不含交换机方式，图1(b)为含交换机方式。PC机中配置有自动测试软件、一次特征字和61850配置文件，测试系统连通后，被测装置的当前定值区所有定值都被测试软件读取出，这样自动测试引擎就与被测装置的定值同步。

PC机负责测试脚本的编辑，试验时首先通过测试用例脚本的形式描述用户传统的对数字化保护的测试工作过程，每一项的测试业务都可添加到测试用例脚本中。试验时编辑测试用例脚本中的测试内容，设定结束条件等。对编辑好后的自动测试用例库，PC机发出命令控制继电保护测试仪输出开关量信号，在选择好测试序列和测试方案后，软件开始通过测试仪对被测装置批量测试。

图1 自动测试系统构成图

测试仪是保护动作及测试环境的载体，在接收到命令后发出SMV量值。测试引擎通过故障序列对电力故障过程进行仿真，同时接收被测装置GOOSE量，获取被测装置定值、压板等信息，并根据实时情况判断被测装置信息，做出测试判断。测试的信息动态显示在自动测试控制中心界面，以便用户浏览查看。

2 自动测试控制方法

测试时自动测试系统需要解决两个关键问题。第一是如何自动模拟故障场景，另一个是如何监测到被测保护装置的反馈、出口以及出口延时，形成完整的闭环系统。这个问题最终需利用许继61850数字化后台监控系统实现。

2.1 故障模拟数据自动生成方法

DRT802数字化测试仪中的状态序列模块为自动测试用例提供了完善的平台引擎，自动测试文件驱动状态序列模块生成故障模拟文件。该文件格式是通用的xml格式编辑的。通常一个故障由三个及三个以上状态组成，分别为故障前状态、故障状态、故障后状态。首先，软件根据自动测试用例所需要的元件进行设定，选择足以触发保护元件动作出口的故障量，例如门槛值测试时只需要在门槛值左右模拟两个故障点，启动测试便可测试出边界。故障前状态用于保护状态恢复正常运行态，用以确保两次保护试验之间不会相互干扰，一般采用定时维持正常运行数据加量即可，故障状态的数据设置才是关键。对于关键数据，幅值多少、加量时间的设定都可以自动执行，自动测试开发中引入*.ase脚本语法，可以编辑根据被测装置的定值来设定故障量数据。故障后状态是为了给本次故障被测装置的反馈以及自动判断测试结果预留足够的时间，产生事件以及报告上送。

2.2 被测装置反馈监视

数字化测试仪可以通过GOOSE监视到被测装置的故障反馈，但是仅仅这样还不够可靠。为保证获得可靠信息，系统采用许继61850数字化后台监控系统平台引擎，可以实时监测被测装置的故障事件和报告上送详情。同时61850数字化后台监控系统通过远方整定遥控功能，可以对装置进行特定情况下的试验。用户不用手动整定装置，完全实现自动化操作。

自动测试系统通过导入被测装置的61850模型配置文件，提取出遥控遥信定值和遥测量数据，通过编辑特征字映射，确保保护量数据的引用在脚本中的唯一性。试验时通过编写自动测试脚本，实现交付自动测试系统的自动执行。

自动测试脚本的操作对象其实就是特征字，特征字映射对应的保护量数据，同时可依据用例自动生成脚本*.ase自动生成测试用例。

2.3 关键技术

自动测试系统控制数字化测试仪，通过TCP/IP私有协议传送配置文件和命令下发，以及状态数据上送。自动测试系统控制被测装置，通过61850MMS数字化后台监控，远方整定定值遥控压板投退功能、报告订阅、调取录波数据等服务。自动测试系统由delphi编程开发，其他库由C语言开发，混合编程模式实现所有功能。

3 自动测试文件组成及脚本管理方法

自动测试需涵盖模拟量采样测试、定值范围和精度测试、保护逻辑测试、后台通信功能测试等，测试项目如下[1-2]。

① 模拟量功能测试，包含有模拟量突变量门槛值测试、模拟量零死区门槛值测试、模拟量品质因数测试、模拟量周期参数测试。

② 定值范围测试，包含有定值初始值测试、定值最大值测试、定值最小值测试、定值步长测试。

③ 保护逻辑功能测试，包含保护逻辑验证、保护逻辑闭锁验证。

④ 主站功能测试，包含遥控功能测试、遥测误差测试、遥信功能测试。

对于如此多的测试种类，需要一个有效的方法建立各类测试用例来组成用例集。自动测试系统的创新点就在于用户设定参数以及对数字化保护的测试流程配置数据化，形成自动测试的流程配置数据文件，自动驱动测试。首先建立一个通用的测试平台，实现对测试数据的保存、管理以及使用，使自动测试系统能够和测试仪、被测装置无缝通信，最终实现智能化、自动化测试。

系统导入SCD后自动形成待测保护的安全技术方案，自动读入保护定值单，自动产生可靠动作与不动作的故障测试量，程序控制保护装置的全过程测试，最后形成测试报告并存储。

3.1 自动测试文件组成

自动测试文件功能说明如表1所示。

表1 自动测试文件功能说明

一个完整的自动测试脚本包含以下几个元素。

① 故障模拟方案配置文件，后缀名为*.se,该文件用来描述测试仪加量方案。

② 自动测试脚本*.tcase文件， 该文件用来描述自动测试引擎的动作，包括测试条件准备、遥控压板投退、定值整定等；驱动测试仪加量；反馈判据描述，据此给出测试结果。测试用例脚本文件通过输入试验条件来实现定值控制和压板控制，并且输入测试判据来判断试验结果，输出测试仪反馈信息，保护出口动作信息并进行数据录波。试验时可以使用任意一种编辑工具进行编辑，编辑时按照指定格式。测试用例脚本为文本格式，易读，直观，使用任何文本编辑工具即可编写、修改。装置定值整定，压板投退，装置站控层出口信息监视判定，测试仪计量结果判定。

③ 自动本地化用例脚本*.ase,描述如何自动根据被测装置定值和压板状态生成用例的规则。

3.2 脚本编辑方法

自动测试模板编辑流程如下。

① 编写测试仪故障加量配置数据、故障前状态、故障状态、故障后状态设置，保存为基于xml格式的se文件。

② 加载被测类型装置61850规约的ICD配置文件，为定值、遥信和遥控等映射特征字，注意特征字的唯一性。

③ 编写基于特征字的自动测试脚本文件*.tcase，涉及到本次故障的试验条件、相关定值、压板控制、操作步骤、测试判据以及结果判定逻辑。

④ 编写自动本地化脚本文件*.ase，基于被测装置核心定值门槛，动态设置出口逻辑，配置加量方案，限定出口时限门槛。

⑤ 模拟测试模板的正确性，正确入库保存，方便以后装置的大量测试。

测试用例包含故障量配置方案的生成。该部分控制装置自动动作，用例以模板形式固定下来并直接面向测试业务编写针对具体装置的测试。对自动测试模板编辑的实质即为将测量流程固化下来的过程。测试用例脚本文件可支持两种装置控制服务，分别是定值整定和压板控制，举例如下。

[测试类型]各种保护功能测试

[对应文件]过流一段/Uabc精度(1.025).se

[软压板]YK:过流一段软压板=投入|YX:过流一段软压板

……

[定值整定]DZ:TV异常退压元件=0

[扩展命令]EX:ReSetIed,10

[保护出口]YX:过流一段动作=不出口

[扩展判据]EX:0=1

[定值判据]DZ:低电压闭锁定值=30.0

脚本第一行为默认，目前都写成“[测试类型]各种保护功能测试”，脚本第二行设置测试仪加量方案配置文件。后续脚本行为控制装置命令，出口判定支持装置遥信出口和测试仪计量时间，还有扩展命令判据判定。最后一行为定值判据，判定装置的定值“低电压闭锁定值”为30.0，如果相等，则通过；不相等，则不通过。

测试仪的故障量部分可以包括故障量设置配置数据保存方案、61850通信参数设置和继电保护故障量模拟数据分开存储、se格式存储文件的形成。ase脚本语法根据被测装置具体定值和压板，自动形成故障加量逻辑。

脚本驱动的测试用例生成方式，一定程度上解决了用例通用性不高的问题。对于任意台被测装置，从测试用例库中挑出合适的测试模板后，通过脚本编辑很快即可适应本次测试装置的需要，生成针对被测装置的全套测试用例。自动测试系统获取被测装置的当前定制区所有定值，成功获取定值后导入一次特征字和61850配置文件，把被测装置的最新定值同步到自动测试引擎中。

自动测试执行流程框图如图2所示。

图2 自动测试执行流程框图

测试引擎根据实际值批量生成被测装置同步的测试用例，之后便可自动测试，测试流程如下。

① 加载被测装置61850配置文件(*.scd或者*.cid),连接被测装置，读取定值。连接装置时，首先将PC连接到被测装置站控层网络口，PC上的网口地址要和被测装置的网口地址在同一网段。被测装置CID或者其所在站的整站SCD配置文件需要传输到测试引擎中，而且必须是和装置上61850服务运行的配置文件一致。

② 导入被测装置的配置文件，可以看到装置的遥控、遥测、遥信和定值表。导入SCD时，需选择对应装置，一次只能测试一个装置。

③ 根据自动测试模板序列*.asp,加载进入自动测试引擎。

④ 智能本地化，自动生成本地自动测试方案序列。

⑤ 启动自动测试引擎执行本地自动测试方案序列，各个用例自动给出测试结果。启动测试时先启动测试仪客户端，保证测试客户端和测试仪联机正常。测试完成后可以阅读网页格式的测试报告。

4 自动测试案例

自动测试可根据设备信号和定值，制定出测试方案，并在现场进行一次性全部保护测试。现以WXH-813b型高压线路保护装置为例，其可一次性完成对其包括过流保护、零序保护、距离保护、光纤纵差保护、TV断线过流保护等所有的保护测试。

测试时自动测试软件控制测试仪发出输入量、动作事件等信息，同时被测装置的各种故障报告、录波、扰动数据都会再回馈到测试仪中，作为测试软件进行测试判断的依据，整个系统形成一个完整的测试闭环。以WXH-813b线路保护为例，若选取接地距离一段延时测试，投入“距离保护Ⅰ段”控制字，模拟距离Ⅰ段范围内故障，距离Ⅰ段保护动作；退出“距离保护Ⅰ段”控制字，模拟距离Ⅰ段范围内故障，距离Ⅰ段保护不动作。自动测试系统分别设置电流定值的0.95倍和1.06倍时的电流数据，选择测试仪中状态序列测试场景，自动测试软件依次设定各个状态的三相电流值以及状态场景的持续时间。在现场测试时，用户通过该模块可以实时查看到按照预先设定的电量执行场景，并通过状态接收模块实时查找WXH-813b上送的GOOSE量值、SMV报文以及故障信息。系统根据与软件自行计算的预期值是否相符来判断测试项目成功或者失败。

在测试用例集中的测试全部完毕后，自动测试软件自行生成测试记录报告，通过该报告可记录所有测试项目的测试结果，报告如表2所示。

表2 测试报告明细

5 结束语

自动测试系统通过对测试用例脚本文件、测试加量方案配置文件和智能本地化规则描述文件的编辑和处理，可实现测试方案的自动生成，并可对智能电子设备的各项功能进行自动测试，从而提高测试效率和准确率。对于测试用例自动生成技术、测试环境自动配置技术的创新属于国内首例。该方法大大提高了智能变电站继电保护测试效率，减少了继保人员的工作量，缓解了定检时继保人员短缺、工作压力大的现状。自动测试将避免人工测试带来的测试结果不稳定、测试数据保存不良等问题。另外自动测试生成的测试报告可长久保存，甚至可以上传至电力MIS系统，为日后的运行维护提供技术数据。

[1] 李晓峰，王建君.测试数据处理的IGRM模型及其误差分析[J].自动化仪表，2012，33(8):5-9.

[2] 胡海梅，陈克绪.继电保护测试仪检测装置的研发[J].自动化仪表，2012，33(4):52-56.

[3] 杨文，黄文涛.通用自动测试系统的软件设计与实现[J].工业控制计算机，2012，25(1):79-81.

[4] 赖擎，华建卫，吕云，等.通用继电保护自动测试系统软件的研究[J].电力系统保护与控制，2010，38(3):90-93.

[5] 郑新才，丁卫华，韩潇，等.基于测试模板的继电保护装置自动测试技术研究与实现[J].电力系统保护与控制，2010，38(12):69-72.

[6] 冯硕，黄梅，李晓朋.基于IEC61850的光数字继电保护测试仪的研制[J].继电器，2008，36(8):23-25.

[7] 任雁铭，操丰梅，秦立军，等.MMS技术及其在电力系统通信协议中的应用[J].电力系统自动化，2000，24(19):66-68.

[8] 孙宝江，沈士团，陈星，等.自动测试系统校准方法研究[J].宇航计测技术，2007，27(1):30-34.

[9] 钟建林，何友，齐玉东，等.基于IEEE1641标准的自动测试系统体系结构[J].计算机测量与控制，2009，17(5):854-857.

[10]汪洋，徐建芬，王海平，等.基于XML的自动测试信息交换标准研究综述[J].电子测量与仪器学报，2008，22(5):1-4.

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

钱浩(1983-)，男，2009年毕业于天津大学电力电子与电力传动专业，获硕士学位，工程师；主要研究方向为电力系统自动化、智能变电站。

TM933+.4

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201505018

修改稿收到日期： 2014-10-16。