０　引言

根據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)的整體部署，國家電網(wǎng)公司積極開展智能變電站的研究及試點工程。智能變電站以ＩＥＣ?。叮保福担皹藴蕿榛A(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能設(shè)備間信息共享和互操作，自動完成信息采集、測量、控制、保護和檢測等基本功能。和傳統(tǒng)變電站不同，智能變電站要實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及應(yīng)用大量的智能決策系統(tǒng)，其二次系統(tǒng)不再是僅由模擬量構(gòu)建的回路；另一方面，隨著高速處理器和電子式互感器的推廣使用，以及計算機技術(shù)、通信技術(shù)、量測技術(shù)和嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)在繼電保護裝置中的應(yīng)用，大大提升了繼電保護裝置的性能，裝置也更加智能化，這些對繼電保護測試提出更高的要求［１－４］。

在目前變電站測試領(lǐng)域，繼電保護的檢測與調(diào)試還停留在傳統(tǒng)保護測試的模式上，測試人員手動操作數(shù)字保護測試儀，手動設(shè)置故障參數(shù)，監(jiān)測保護裝置的動作情況，驗證保護定值及邏輯功能，記錄測試結(jié)果并進行判斷分析。在整個測試過程中，測試人員的個人經(jīng)驗和工作狀態(tài)對測試結(jié)果有較大影響，且自動化測試程度低，測試周期長。

另一方面，不同廠家的測試設(shè)備在控制軟件、控制接口等方面差異較大，這對在智能變電站實現(xiàn)信息共享和互操作帶來巨大挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的數(shù)字化保護測試軟件，不能與保護裝置進行通信，實現(xiàn)定值的讀取和修改、壓板的讀取和修改、保護測量值的讀取、保護事件報告的解析、遙控操作等功能。

在智能電子設(shè)備（ＩＥＤ）、間隔及變電站等應(yīng)用層面建立統(tǒng)一的信息模型和信息交換模型，以加強二次設(shè)備之間的互操作性，體現(xiàn)在測試領(lǐng)域即搭建

智能變電站繼電保護自動測試平臺。本文提出一種智能變電站數(shù)字保護裝置的自動測試平臺及其構(gòu)建方法。該平臺采用分層結(jié)構(gòu)和模塊化的思想，能實

現(xiàn)對保護裝置的高效率閉環(huán)自動測試，采用開放式結(jié)構(gòu)，對不同種類的保護裝置，提供二次開發(fā)平臺以編輯測試方案，測試完成后，能自動形成標準格式的測試報告，能克服保護測試中過分依賴個人能力、測試工作效率低下、測試數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的問題。

１　自動測試平臺總體設(shè)計思路

自動化測試必須滿足以下基本要求：測試標準化、報告標準化、測試提示信息標準化、測試過程透明化、測試過程的閉環(huán)性和良好的擴展性。分別體現(xiàn)為硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計反映了自動測試平臺的整體布局，實現(xiàn)測試控制端與電子設(shè)備（數(shù)字保護測試儀與數(shù)字保護裝置）的有效隔離；軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計為自動測試平臺的核心，采用分層結(jié)構(gòu)與模塊化的設(shè)計理念，實現(xiàn)自動的閉環(huán)測試［５－１０］。

１．１　自動測試平臺硬件結(jié)構(gòu)

自動測試平臺應(yīng)能實現(xiàn)*大程度上的信息共享和便捷的數(shù)據(jù)操作，通過測試終端（測試機／個人電腦（ＰＣ））實現(xiàn)信息采集、測量、控制、保護和檢測等各種測試命令的各種流程，并在測試終端形成標準化的測試報告，真正實現(xiàn)“一鍵式”便捷控制，硬件結(jié)構(gòu)如圖１所示。測試機或者 ＰＣ作為自動保護測試平臺的控制終端，連接到交換機，數(shù)字保護裝置測試儀與數(shù)字保護裝置均接入交換機以形成通信鏈路，數(shù)字保護測試儀和被測數(shù)字保護裝置之間通過光纖連接［１１］。

１．２　自動測試平臺軟件結(jié)構(gòu)框架

測試終端安裝自動測試平臺軟件，自動測試平臺的軟件架構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)和模塊化的設(shè)計思想，軟件結(jié)構(gòu)框架如圖２所示。軟件系統(tǒng)在層次上劃分為３層，分別為測試儀接口層、自動測試層和測試方案開發(fā)層［１２］。測試儀接口層即測試儀控制接口，為組件對象模型（ＣＯＭ）接口，提供被測保護裝置的全部測試功能服務(wù)接口；自動測試層包括測試控制中心模塊、制造報文規(guī)范（ＭＭＳ）通信模塊；測試方案開發(fā)層包括測試方案開發(fā)模塊和測試子模板庫、設(shè)備數(shù)據(jù)模型和測試方案數(shù)據(jù)接口庫。測試方案開發(fā)模塊為一個二次開發(fā)系統(tǒng)，可以針對被測數(shù)字保護裝置進行二次開發(fā)，編輯測試方案和測試子模板。

２　自動測試平臺層次組成和模塊功能

２．１　測試儀器接口層

為實現(xiàn)自動測試平臺的通用性和智能化，平臺本身必須具有良好的可擴展性，必須適應(yīng)不同類型的被測裝置，為解決這一問題，需要開發(fā)設(shè)計測試儀接口層，本接口為開放 ＣＯＭ 接口，能供自動測試控制中心調(diào)用，實現(xiàn)數(shù)字保護裝置的各種保護測試功能［１３－１４］；測試儀控制接口使用 Ｗｉｎｄｏｗｓ消息來通知測試控制中心模塊測試狀態(tài)的變化，例如連接測試儀器成功、開始測試、測試完成、測試異常信息等。

在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)被測數(shù)字保護裝置的保護功能原理分析出測試方法。因此，在測試儀控制接口上，設(shè)計保護測試功能測試執(zhí)行對象和保護測試功能執(zhí)行對象的管理對象。保護測試功能測試執(zhí)行對象用于實現(xiàn)對測試儀的控制，供自動測試控制中心調(diào)用以實現(xiàn)數(shù)字保護電氣量的測試；保護測試功能執(zhí)行對象的管理對象用于實現(xiàn)保護測試功能測試執(zhí)行對象的創(chuàng)建和測試儀控制接口模塊的關(guān)閉［１５］。

２．２　測試方案開發(fā)層

不同的被測裝置和測試方法往往意味著不同的測試方案，因此測試方案的獨立開發(fā)在測試軟件架構(gòu)上尤為重要，因此設(shè)計測試方案開發(fā)層，實現(xiàn)被測保護裝置的測試方案和測試子模板的二次開發(fā)，即根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)模型、測試子模板庫和測試方案數(shù)據(jù)接口庫生成測試方案［１６－１７］。

２．２．１　設(shè)備數(shù)據(jù)模型設(shè)計

設(shè)備數(shù)據(jù)模型為ＩＥＤ 能力描述文件（ＩＣＤ）／變電站配置描述語言（ＳＣＬ）文件或者通過 ＭＭＳ通信模塊從數(shù)字保護裝置枚舉得到的裝置各種數(shù)據(jù)集的詳細信息。設(shè)備數(shù)據(jù)模型描述數(shù)字保護裝置各種數(shù)據(jù)集的詳細信息和特性曲線。具體而言，數(shù)據(jù)集主要包括測量數(shù)據(jù)集、遙信數(shù)據(jù)集、遙控數(shù)據(jù)集、定值數(shù)據(jù)集、壓板數(shù)據(jù)集、保護事件數(shù)據(jù)集、告警數(shù)據(jù)集、裝置參數(shù)數(shù)據(jù)集等；特性曲線，描述保護元件的動作邊界定義以及相關(guān)保護測試功能的圖形繪制定義。

２．２．２　測試子模板庫設(shè)計

從測試原理出發(fā)，采用抽象化的方法，將測試方法相同的基礎(chǔ)測試功能抽象為測試子模板。測試子模板描述數(shù)字保護裝置的基礎(chǔ)測試項目集合和對應(yīng)的報告格式。子模板開放數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)接口描述子模板功能模塊的必須參數(shù)數(shù)據(jù)（裝置參數(shù)、定值、壓板、控制字等）。子模板通過實例化（與具體數(shù)字保護實際的裝置參數(shù)數(shù)據(jù)集、定值數(shù)據(jù)集、壓板數(shù)據(jù)集等進行關(guān)聯(lián)）動態(tài)生成具體的測試項目集合，從而生成數(shù)字保護裝置的測試方案，大大提高數(shù)字保護

裝置測試方案的開發(fā)效率。

測試子模板庫，用來記錄和保存數(shù)字保護裝置的各功能測試的子模板，包括：線性度測試、保護功能測試（定值校驗、動作值搜索、邊界搜索等）、遙信

測試、遙控測試、報文異常測試等。

２．２．３　測試方案數(shù)據(jù)接口庫設(shè)計

測試 方 案 數(shù) 據(jù) 接 口 庫 為 可 擴 展 標 記 語 言（ＸＭＬ）文件，基于萬維網(wǎng)聯(lián)盟（Ｗ３Ｃ）的 ＸＭＬ１．０語法標準，文件保存數(shù)字保護裝置的保護測試功能的信息，主要包括保護測試功能的屬性數(shù)據(jù)、故障參數(shù)數(shù)據(jù)和結(jié)果參數(shù)數(shù)據(jù)，詳細設(shè)計如下。

１）保護測試功能屬性數(shù)據(jù)。保護測試功能名稱ｎａｍｅ、保護測試功能ＩＤ。

２）故障參數(shù)數(shù)據(jù)。定義保護測試功能的故障參數(shù)，描述執(zhí)行此保護測試功能需要設(shè)置的參數(shù)；參數(shù)需要定義的屬性包括：數(shù)據(jù)名稱 ｎａｍｅ、數(shù)據(jù)ＩＤ、數(shù)據(jù)類型ｄａｔａｔｙｐｅ、單位 ｕｎｉｔ、缺省值 ｄｅｆ－ｖａｌｕｅ、數(shù)據(jù)值ｖａｌｕｅ；故障參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，例如：浮點數(shù)ｆｌｏａｔ、整數(shù)ｉｎｔ、字 符 串 ｓｔｒｉｎｇ、零 序 故 障 （值 域 為：ＡＮ，ＢＮ，ＣＮ）、變壓器繞組數(shù)（值域為：雙繞組、三繞組）等。

３）結(jié)果參數(shù)數(shù)據(jù)。為保護測試功能測試完成時形成的結(jié)果數(shù)據(jù)。

２．２．４　測試方案設(shè)計

一個裝置測試方案包括兩個文件：測試模板文件和報告模板文件，測試模板文件基于 ＸＭＬ語言，用來記錄被測數(shù)字保護裝置的設(shè)備數(shù)據(jù)模型、測試流程、測試項目定義；報告模板文件為 Ｗｏｒｄ文檔，用來描述標準報告格式并將測試模板中參數(shù)數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)自動寫入 Ｗｏｒｄ文檔中的位置。測試方案開發(fā)包括測試模板編輯和報告模板編輯兩個部分。測試模板編輯實現(xiàn)對被測裝置的標準測試流程以及各測試項目的測試方法、測試結(jié)果判斷方法編輯；報告模板編輯實現(xiàn)將測試模板中的數(shù)據(jù)（參數(shù)數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等）與報告文檔位置進行關(guān)聯(lián)綁定，報告模板編輯程序設(shè)計為直接打開 Ｗｏｒｄ程序，在 Ｗｏｒｄ程序中執(zhí)行相關(guān)的操作。

具體在實際應(yīng)用中，測試方案開發(fā)模塊首先從被測數(shù)字保護裝置獲得設(shè)備數(shù)據(jù)模型，分析設(shè)備數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)；然后從測試子模板庫中獲得與數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)相匹配的子模板，將數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)傳遞給子模板進行實例化，生成測試模板文件和報告模板文件，即完成測試方案的自動生成。也可以根據(jù)用戶的需要手工編輯裝置測試方案，即針對具體的數(shù)字保護裝置型號，依據(jù)檢驗規(guī)程／標準定制被測裝置的測試方案。

２．３　自動測試層

自動測試層實現(xiàn)自動測試，包括自動測試控制中心模塊和 ＭＭＳ通信模塊。

２．３．１　自動測試控制中心設(shè)計思路

自動測試控制中心提供一個測試試驗過程中人機對話的環(huán)境，自動測試控制中心打開測試方案，自動執(zhí)行測試方案中測試項目，自動判斷測試結(jié)果是否合格，并將測試結(jié)果保存至標準的報告模塊中。

自動測 試 輸 出 標 準 報 告、系 統(tǒng) 測 試 記 錄 庫、ＸＭＬ標準報告。

標準報告包括 Ｗｏｒｄ，ＷＰＳ，Ｅｘｃｅｌ，ＸＭＬ 格 式的文檔報告。

系統(tǒng)測試記錄庫記錄測試過程中的全部測試信息，包括測試項目的測試次數(shù)，每次測試的測試時間、測試時的故障參數(shù)數(shù)據(jù)、測試儀返回的測試結(jié)果數(shù)據(jù)、從數(shù)字保護裝置讀取的數(shù)據(jù)、修改保護裝置的數(shù)據(jù)。從保護裝置讀取的數(shù)據(jù)包括定值、壓板、測量值、裝置參數(shù)、裝置動作信息、告警信息等。修改保護裝置的數(shù)據(jù)包括保護裝置的裝置參數(shù)、定值、壓板。

ＸＭＬ標準報告為 ＸＭＬ格式，用于外部系統(tǒng)訪問。

２．３．２　ＭＭＳ通信模塊設(shè)計思路

ＭＭＳ通信模塊通過 ＭＭＳ與數(shù)字保護裝置通信。ＭＭＳ通信程序設(shè)計和開放標準 ＣＯＭ 接口，供自動測試程序調(diào)用。開放的接口包括命令控制接口、數(shù)據(jù)訪問接口。命令控制接口包括定值的讀取和修改、壓板的投退操作、控制字的讀取和修改、保護測量值的讀取、裝置參數(shù)的讀取和修改；數(shù)據(jù)訪問

接口實現(xiàn)讀取被測數(shù)字保護裝置的各種數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)和保護動作報告數(shù)據(jù)、告警報告數(shù)據(jù)等。

２．３．３　測試流程設(shè)計思路

測試控制中心打開測試方案，執(zhí)行測試方案中測試項目的測試，不同測試項目的測試流程不同，詳細設(shè)計如下。

１）保護功能測試項目測試流程設(shè)計

測試控制中心模塊根據(jù)保護測試功能各故障參數(shù)計算公式，計算保護測試功能的參數(shù)值，執(zhí)行故障參數(shù)計算腳本，實現(xiàn)特殊計算功能；調(diào)用測試儀控制接口模塊，向測試儀控制接口模塊傳入保護測試功能的標示和保護測試功能參數(shù)數(shù)據(jù)，開始測試；等待測試儀控制接口模塊返回測試結(jié)束消息；收到測試

結(jié)束消息后，從測試儀控制接口模塊讀取結(jié)果數(shù)據(jù)，執(zhí)行測試結(jié)果判斷腳本，判斷測試結(jié)果是否合格；將測試結(jié)果數(shù)據(jù)填寫到報告模板中。

測試過程中出現(xiàn)異常，測試控制中心模塊根據(jù)異常的嚴重程度進行測試流程的調(diào)整，比如停止測試并播放告警音樂、暫停一段時間后繼續(xù)測試等。

２）通信命令項目測試流程設(shè)計

測試控制中心模塊發(fā)送通信命令和通信數(shù)據(jù)給ＭＭＳ通信模塊；ＭＭＳ通信模塊收到通信命令和通信數(shù)據(jù)后，與數(shù)字保護裝置進行通信，執(zhí)行通信命令；通信命令執(zhí)行完畢，發(fā)送執(zhí)行結(jié)果給測試控制中心模塊；測試控制中心模塊從 ＭＭＳ通信模塊讀取結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)進行結(jié)果判斷，填寫結(jié)果數(shù)

據(jù)到報告模板中。

測試過程中出現(xiàn)異常，測試控制中心模塊根據(jù)異常的嚴重程度進行測試流程的調(diào)整，比如將通信命令重復(fù)執(zhí)行多次、停止測試并播放告警音樂。

３）硬件檢測項目執(zhí)行流程設(shè)計

測試控制中心模塊根據(jù)硬件檢測項目，彈出提示界面，提示用戶進行相應(yīng)的操作；如果有數(shù)據(jù)需要錄入，等待用戶錄入數(shù)據(jù)；用戶確認完成操作后，執(zhí)行測試結(jié)果判斷腳本，判斷測試結(jié)果是否合格；將測試結(jié)果數(shù)據(jù)填寫到報告模板中。

４）系統(tǒng)參數(shù)錄入項目執(zhí)行流程設(shè)計測試控制中心模塊根據(jù)被測數(shù)字保護裝置的試驗相關(guān)參數(shù)錄入項目的類型，彈出參數(shù)錄入界面，顯示需要錄入的裝置數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)；等待用戶錄入?yún)?shù)數(shù)據(jù)；用戶確認操作后，執(zhí)行結(jié)果判斷腳本，判斷結(jié)果是否合格；將需要填入報告的參數(shù)數(shù)據(jù)填入到報告模板中。

５　結(jié)語

本文提出一套數(shù)字保護裝置的自動測試平臺。介紹了具體的架構(gòu)及實現(xiàn)方法，在設(shè)計上擺脫了傳統(tǒng)數(shù)字化保護測試的單一思路，設(shè)計模式發(fā)生了很大變化，將更多具有針對性的重復(fù)工作交給自動測試的流水線程。能有效解決傳統(tǒng)保護檢測模式下測試工作繁瑣重復(fù)和對測試人員依賴性大等問題，實現(xiàn)規(guī)范化、標準化和高效率化的閉環(huán)自動檢驗。