0 引 言
繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行起著非常重要的作用。它在系統(tǒng)故障時(shí)切除故障設(shè)備、對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)，但若不正確動(dòng)作( 包括拒動(dòng)和誤動(dòng)) 給系統(tǒng)造成的危害也是巨大的［1］。近年來(lái)，隨著技術(shù)發(fā)展和新標(biāo)準(zhǔn)的推廣，新型保護(hù)裝置大量采用了多 CPU 協(xié)作、智能化開入開出回路等新技術(shù)。與傳統(tǒng)裝置相比，新裝置軟硬件設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，在研發(fā)及生產(chǎn)過(guò)程中**缺陷的可能性也更大。因此，**深入地測(cè)試?yán)^電保護(hù)裝置，提高裝置質(zhì)量，對(duì)降低裝置運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的幾率，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行意義重大。盡管近年來(lái)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)和微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀在繼電保護(hù)裝置測(cè)試工作中得到廣泛使用，繼電保護(hù)裝置的測(cè)試水平、測(cè)試效率和測(cè)試質(zhì)量得到大幅提高，但是測(cè)試流程卻并無(wú)太大的改進(jìn)，測(cè)試過(guò)程依然需要大量的人工操作，自動(dòng)化程度和效率比較低。微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到今天，僅靠傳統(tǒng)的測(cè)試方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，繼電保護(hù)裝置測(cè)試應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化［2］。
1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
通過(guò)對(duì)手動(dòng)測(cè)試流程和歷史測(cè)試記錄的分析，我們發(fā)現(xiàn)影響測(cè)試效率和測(cè)試結(jié)果可靠性的因素有: ①測(cè)試中需頻繁地改動(dòng)測(cè)試接線。②測(cè)試中需人工計(jì)算并設(shè)置測(cè)試儀輸出參數(shù)。③測(cè)試中需監(jiān)視裝置顯示和指示燈。④測(cè)試人員水平及工作責(zé)任心等人員因素。
文獻(xiàn)［3 － 5］提出了幾種繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，解決了部分上述問(wèn)題，但仍存在一些不足之處: ① 僅從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的需求出發(fā)，沒(méi)有考慮生產(chǎn)測(cè)試的需求。② 依然需要手動(dòng)選擇測(cè)試方案，存在誤操作的可能。③ 受測(cè)試儀硬件接口容量的限制，測(cè)試中還需經(jīng)常改變測(cè)試接線。④ 無(wú)法滿足數(shù)字化保護(hù)裝置的測(cè)試需求。
本文認(rèn)為應(yīng)充分地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化的優(yōu)勢(shì)，將自動(dòng)測(cè)試功能和數(shù)據(jù)管理功能緊密地融合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試過(guò)程的全自動(dòng)化操作。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)和功能:
( 1) 閉環(huán)測(cè)試能力: 應(yīng)支持對(duì)保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)信息、保護(hù)模擬量、整組報(bào)告、開入、開出等信息的讀取、分析及比較，裝置的精度核對(duì)、動(dòng)作事件判斷、動(dòng)作時(shí)間比較均由自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)完成。
( 2) 良好的可重復(fù)性: 對(duì)于同一測(cè)試對(duì)象，能夠保證自動(dòng)選擇相同測(cè)試方案執(zhí)行相同的測(cè)試，得到相同的結(jié)論，保證測(cè)試結(jié)果的一致性。
( 3) **的測(cè)試覆蓋率: 盡可能覆蓋現(xiàn)有裝置的測(cè)試點(diǎn); 提供足夠的硬件接口，測(cè)試中基本不需改動(dòng)測(cè)試接線; 滿足數(shù)字化保護(hù)裝置的測(cè)試需求。
( 4) 完善的測(cè)試記錄管理: 自動(dòng)記錄詳細(xì)的測(cè)試信息并妥善地存檔，以備檢索、統(tǒng)計(jì)、分析和測(cè)試報(bào)告打印所需。
( 5) 方便的測(cè)試方案設(shè)計(jì): 實(shí)現(xiàn)多級(jí)層次型的測(cè)試元件管理功能，在各個(gè)層次上支持導(dǎo)入、導(dǎo)出等復(fù)用功能; 允許用戶自行設(shè)計(jì)測(cè)試界面模板并編制測(cè)試邏輯腳本，實(shí)現(xiàn)自定義動(dòng)態(tài)測(cè)試元件。
( 6) 用戶權(quán)限可控: 應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于用戶角色的權(quán)限管理功能，能夠根據(jù)當(dāng)前登錄用戶的角色自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的運(yùn)行模式，賦予用戶不同的操作權(quán)限。
( 7) 具備良好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)裝置更新?lián)Q代的需要。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2． 1 系統(tǒng)組成自 動(dòng) 測(cè)試系統(tǒng)采用分布式和模塊化的設(shè)計(jì)思 想，在 硬件上由數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng) 用 服務(wù) 器、生 產(chǎn)管 理 客 戶端、測(cè) 試 控制主機(jī)、GPS時(shí)鐘和測(cè)試儀等設(shè)備組成( 如圖 1 所示) ，根據(jù)功能可將整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理和自動(dòng)測(cè)試兩個(gè)子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器和生產(chǎn)管理客戶端組成，其主要功能是: 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理( 包括物料信息、條碼、測(cè)試方案、測(cè)試記錄等) 、用戶及權(quán)限的管理、數(shù)據(jù)的 WEB 發(fā)布。自動(dòng)測(cè)試子系統(tǒng)由測(cè)試控制主機(jī)、測(cè)試儀和衛(wèi)星同步時(shí)鐘組成，其主要功能是: 根據(jù)選定的測(cè)試方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的閉環(huán)自動(dòng)測(cè)試，生成測(cè)試記錄并存檔。
2． 2 系統(tǒng)流程
通過(guò)綜合考慮用戶對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的需求、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景以及生產(chǎn)管理的需要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，將整個(gè)系統(tǒng)的流程分為三個(gè)階段( 如圖 2 所示) 。
測(cè)試方案開發(fā)階段，由測(cè)試開發(fā)人員完成。本階段，測(cè)試開發(fā)人員根據(jù)裝置軟硬件的功能和配置，依照繼電保護(hù)裝置出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)規(guī)程，在測(cè)試元件庫(kù)中選擇合適的測(cè)試元件組成完整測(cè)試方案，完成測(cè)試方案的開發(fā)。
測(cè)試方案歸檔階段，由數(shù)據(jù)管理人員完成。測(cè)試方案開發(fā)結(jié)束后，測(cè)試開發(fā)人員將測(cè)試方案及相關(guān)文檔打包成測(cè)試方案包，提交給數(shù)據(jù)管理人員審核。測(cè)試方案審核通過(guò)后，通過(guò)生產(chǎn)管理客戶端上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，建立測(cè)試方案與裝置型號(hào)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
自動(dòng)測(cè)試階段，由測(cè)試人員完成。通過(guò)掃描裝置條碼，自動(dòng)測(cè)試軟件依據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，自動(dòng)地下載、加載合適的測(cè)試方案; 順序地運(yùn)行方案中的測(cè)試元件將測(cè)試結(jié)果匯集成詳細(xì)的裝置測(cè)試記錄，上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存檔。
3 系統(tǒng)開發(fā)
3． 1 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)采用 B/ S 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，所有的業(yè)務(wù)邏輯均使用ASP． NET 技術(shù)在應(yīng)用服務(wù)器中開發(fā)運(yùn)行，客戶端不需要安裝專用軟件，僅通過(guò)瀏覽器即可完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的管理功能，系統(tǒng)的部署、更新和維護(hù)非常方便。目前，我們已在應(yīng)用服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)了: 物料信息的維護(hù)及查詢、條碼的生成及打印( 客戶端需瀏覽器插件支持) 、測(cè)試方案上傳功能、測(cè)試記錄的查詢統(tǒng)計(jì)分析、測(cè)試報(bào)告的生成和打印等功能。
3． 2 測(cè)試儀
測(cè) 試 儀 采 用 多CPU 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，包括液晶顯示、主控單元、輸出功放及各種智能化的信號(hào)輸入輸出接口板，其基本配 置 如圖 3 所示。
為保證測(cè)試儀的實(shí)時(shí)性能和輸出精度，主控單元采用基于 PowerPC 和 DSP 的雙 CPU 架構(gòu)，PowerPC用于測(cè)試儀的管理，運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀的顯示輸出、參數(shù)配置、信息記錄及上位機(jī)通信等功能; DSP 則用于測(cè)試控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)試波形的生成、接口板驅(qū)動(dòng)等功能。雙 CPU 之間采用高速同步串口通訊方式完成數(shù)據(jù)的交換。
所有的接口板均為配置獨(dú)立單片機(jī)的智能化接口板，采用CAN 總線通信方式與主控單元完成命令和數(shù)據(jù)的交換，可通過(guò)修改配置文件實(shí)現(xiàn)接口板之間的相互替換，具有很強(qiáng)的 擴(kuò) 展能力。
3． 3 自動(dòng)測(cè)試軟件
自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行于測(cè)試控制主機(jī)之上，是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心組成部分。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所需的測(cè)試方案開發(fā)、測(cè)試方案執(zhí)行、測(cè)試儀控制、保護(hù)裝置通信及測(cè)試記錄的生成和上傳的功能均通過(guò)本軟件實(shí)現(xiàn)。它基于開源的 QT 跨平臺(tái)應(yīng)用程序框架( QTCross-platform Application Framework ) 開發(fā)，可在 Windows、Linux操作系統(tǒng)上編譯運(yùn)行。
3． 3． 1 組成結(jié)構(gòu)和模塊功能
如圖 4 所示，自動(dòng)測(cè)試軟件主要由測(cè)試界面管理、測(cè)試方案管理、自動(dòng)測(cè)試控制、測(cè)試儀控制接口、裝置通信接口和數(shù)據(jù)庫(kù)接口組成。測(cè)試界面管理模塊主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試元件的加載和執(zhí)行功能: 當(dāng)執(zhí)行某一測(cè)試元件時(shí)，本模塊根據(jù)測(cè)試元件的配置，解析測(cè)試界面模板文件和測(cè)試參數(shù)配置文件，動(dòng)態(tài)的生成測(cè)試界面，調(diào)用測(cè)試腳本中的功能函數(shù)，完成測(cè)試參數(shù)的計(jì)算和測(cè)試命令序列的生成，供自動(dòng)測(cè)試控制模塊使用。
測(cè)試方案管理模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試方案的讀寫和管理功能: 本模塊根據(jù)裝置的條碼信息，自動(dòng)地通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口下載測(cè)試方案到本地，然后加載測(cè)試方案和測(cè)試配置文件的內(nèi)容到內(nèi)存中，供自動(dòng)測(cè)試控制模塊和測(cè)試界面管理模塊使用。
自動(dòng)測(cè)試控制模塊是自動(dòng)測(cè)試軟件的核心模塊，它根據(jù)由當(dāng)前測(cè)試元件的測(cè)試腳本生成的測(cè)試命令序列，調(diào)用測(cè)試儀控制接口、裝置通信接口和數(shù)據(jù)庫(kù)接口分別控制測(cè)試儀的輸出、回收裝置的動(dòng)作接點(diǎn)信息、讀取裝置的報(bào)文數(shù)據(jù)、生成測(cè)試記錄并存檔。
3． 3． 2 運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)和選擇策略
為了更好的滿足不同用戶和不同測(cè)試場(chǎng)景的測(cè)試需求，自動(dòng)測(cè)試軟件專門設(shè)計(jì)了不同運(yùn)行模式，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的在線狀態(tài)和當(dāng)前用戶的角色自動(dòng)選擇合適的運(yùn)行模式。
研發(fā)測(cè)試模式: 適用于裝置研發(fā)測(cè)試和測(cè)試方案開發(fā)，須在線運(yùn)行且登錄用戶為開發(fā)人員。此模式允許重復(fù)執(zhí)行特定的測(cè)試元件，允許測(cè)試過(guò)程中修改測(cè)試參數(shù)。
生產(chǎn)測(cè)試模式: 適用于裝置的出廠測(cè)試，須在線運(yùn)行且登錄用戶為生產(chǎn)測(cè)試人員。此模式按照整個(gè)測(cè)試方案的配置順序地執(zhí)行所有測(cè)試元件，自動(dòng)生成測(cè)試記錄并上傳，不需用戶干預(yù)。現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)?zāi)Ｊ? 適用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和驗(yàn)收測(cè)試，須在線運(yùn)行且登錄用戶為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員。在此模式下測(cè)試定值可選用裝置運(yùn)
行定值，亦可選用測(cè)試方案中設(shè)置的定值。
離線現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)?zāi)Ｊ? 同樣適用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和驗(yàn)收測(cè)試，當(dāng)連接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)失敗時(shí)允許用戶手動(dòng)選擇測(cè)試方案和測(cè)試元件，測(cè)試記錄暫存于本地，待重新連接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)后再進(jìn)行測(cè)試記錄同步操作。
3． 3． 3 可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試軟件不僅要讀取裝置的動(dòng)作接點(diǎn)信息，還必須具備與裝置通信的能力，能夠讀寫裝置定值，能夠讀取裝置的保護(hù)動(dòng)作信息、測(cè)量值、開入量、SOE 等報(bào)文信息，以用于比較和檢查。但是由于不同型號(hào)裝置的通訊規(guī)約一般會(huì)有所不同，而且隨著繼電保護(hù)裝置向網(wǎng)絡(luò)化、一體化和智能化發(fā)展［6］，新的通信規(guī)約也會(huì)被逐步采用，自動(dòng)測(cè)試軟件必須能夠方便的擴(kuò)充裝置通信規(guī)約，以適應(yīng)未來(lái)裝置發(fā)展。
本文出于對(duì)通訊效率及編程方便性的考慮，采用 QT 框架提供的插件機(jī)制實(shí)現(xiàn)裝置通信功能的擴(kuò)展: 將每種裝置通訊規(guī)約封裝成一個(gè)獨(dú)立的規(guī)約 插 件，實(shí) 現(xiàn)統(tǒng)一的初始化接口和數(shù)據(jù)讀寫接口。自動(dòng)測(cè)試軟件根據(jù)裝置測(cè)試配 置，調(diào) 用 對(duì) 應(yīng)的規(guī)約插件完成與裝置的直接通訊功能，實(shí)現(xiàn)的方式如圖 5 所示。
3． 3． 4 可配置裝置的自動(dòng)測(cè)試解決方案
可配置模式是指把裝置的部分軟硬件組件定義為可配置，應(yīng)用時(shí)根據(jù)需要修改裝置的配置文件，動(dòng)態(tài)地啟用或停用相應(yīng)組件的設(shè)計(jì)模式，具有可靈活地滿足各類用戶的需求、降低裝置總體開發(fā)成本和維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段在裝置設(shè)計(jì)中得到廣泛地應(yīng)用。但可配置模式給自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)帶來(lái)一些問(wèn)題: 由于不同配置的裝置在功能和接口方面并不完全一致，適用于某種配置的測(cè)試方案無(wú)法完全適用于其他配置方式; 裝置的配置方式眾多，很難為每種配置方式單獨(dú)開發(fā)測(cè)試方案; 造成測(cè)試時(shí)測(cè)試方案選擇困難。
通過(guò)對(duì)可配置裝置實(shí)現(xiàn)原理的分析，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論如何配置，其配置的功能均不可能超出裝置的*大設(shè)計(jì)能力。因此比較好的解決方案是: 測(cè)試方案在開發(fā)時(shí)基于裝置*大化配置開發(fā)，在測(cè)試時(shí)通過(guò)一種自動(dòng)機(jī)制識(shí)別裝置配置，自動(dòng)選擇所需的測(cè)試元件，完成裝置整體測(cè)試。
本文采用設(shè)置測(cè)試元件的使能條件的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)試元件自動(dòng)選擇功能。測(cè)試元件使能條件分為硬件約束和軟件約束兩種，硬件約束一般為裝置特定插槽是否存在特定型號(hào)的板卡。軟件約束則可以是裝置是否配置了某項(xiàng)功能或某種保護(hù)元件。只有當(dāng)測(cè)試元件所有已配置的約束條件都同時(shí)滿足時(shí)該測(cè)試元件才
會(huì)被實(shí)際的選擇和執(zhí)行，選擇流程如圖 6 所示。
4 結(jié)束語(yǔ)
繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)在本公司研發(fā)和生產(chǎn)工作投入使用，用戶反映良好: 采用本系統(tǒng)后，完成整機(jī)測(cè)試所需的平均耗時(shí)減少到原手動(dòng)測(cè)試平均耗時(shí)的 1 /5; 通過(guò)對(duì)已有自動(dòng)測(cè)試記錄的統(tǒng)計(jì)分析，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)誤測(cè)、漏測(cè)的現(xiàn)象。實(shí)踐證明，繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用，在提升裝置測(cè)試效率、保證裝置測(cè)試的質(zhì)量等方面效果顯著。
