0 引言

近年來，隨著智能變電站的推廣，采用 IEC61850 通信的繼電保護(hù)產(chǎn)品已經(jīng)成為變電站的主流選擇，也成為多數(shù)繼電保護(hù)生產(chǎn)廠家的開發(fā)重點 [1]。無論是常規(guī)采樣、常規(guī)跳閘，還是 SV 采樣、GOOSE 跳閘，站控層使用 IEC61850 通信已經(jīng)是新建變電站的不二的選擇 [2-3]。

目前變電站繼電保護(hù)裝置的測試環(huán)節(jié)仍很傳統(tǒng)，測試人員的個人經(jīng)驗和工作狀態(tài)對測試結(jié)果有著較大影響 [4-6]。另外，現(xiàn)有的自動測試平臺無法實現(xiàn)對不同廠家的不同裝置的自動測試。針對每個廠家，都需編寫專屬的測試案例。甚至針對同一個廠家的常規(guī)采樣裝置和 SV 采樣裝置都需要編寫不同的測試案例。導(dǎo)致每次測試都需編寫測試案例，無形中增加了時間成本 [7]。

本文主要通過對 IEC61850 站控層通信的研究，提出了一種在模塊化測例中增加對應(yīng)關(guān)系來實現(xiàn)定值修改與壓板投退的方法。在此基礎(chǔ)上，控制測試儀的輸出，采集保護(hù)裝置的行為，實現(xiàn)不同保護(hù)廠家的保護(hù)裝置的自動測試。

1 自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動測試系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分。硬件部分主要實現(xiàn)測試系統(tǒng)的搭建以及與被測裝置的連接。軟件部分主要進(jìn)行自動控制，完成自動測試工作。其主要特點為測試流程標(biāo)準(zhǔn)、可擴展及測試閉環(huán)。測試系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 [8]。

1.1 測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)的硬件主要由計算機、交換機、測試儀以及相互之間連接所需要的網(wǎng)線、測試線等構(gòu)成。測試中計算機主要完成自動測試系統(tǒng)軟件平臺的運行。測試儀根據(jù)測試需求選擇數(shù)字測試儀或常規(guī)測試儀。計算機、測試儀以及被測設(shè)備通過網(wǎng)線與交換機連接，以實現(xiàn)上述設(shè)備之間的通信。對于模擬量采樣裝置，測試儀與被測裝置之間使用短接線連接；對于數(shù)字化裝置則通過光纖連接。上述的硬件環(huán)境搭建，能夠使測試儀、被測設(shè)備以及自動測試系統(tǒng)軟件平臺之間形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，為測試軟件的運行提供了平臺 [9]。

1.2 測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

測試系統(tǒng)的軟件是自動測試系統(tǒng)的核心部分。測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖見圖 2。其架構(gòu)主要分為三個層次：

（1）測試配置層。測試配置層主要實現(xiàn)加載與修改測例，并根據(jù) SCD 文件的內(nèi)容，編寫定值壓板的對應(yīng)關(guān)系。

（2）測試控制層。測試控制層主要完成解析 SCD 文件與被測裝置建立 MMS 通信，收集保護(hù)裝置的報告信息。通過測試儀廠家提供的 API 接口，控制測試儀的輸出，實現(xiàn)對保護(hù)裝置施加模擬量，投退硬壓板的操作 , 并通過測試儀采集保護(hù)裝置的動作情況。測試控制層根據(jù)保護(hù)裝置動作報告信

息以及測試儀反饋的動作情況，對測試結(jié)果做出判斷。

（3）測試層。測試層中測試儀接收測試系統(tǒng)的控制命令施加具體模擬量以及開關(guān)量到被測裝置。

測試系統(tǒng)與保護(hù)裝置通過 IEC61850 規(guī)約完成通信工作 [10]。在測試開始時，首先將帶有保護(hù)裝置私有信息的 SCD文件導(dǎo)入到測試系統(tǒng)中。測試系統(tǒng)根據(jù) SCD 文件解析出對應(yīng)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)模型。根據(jù)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)模型，測試系統(tǒng)可以遠(yuǎn)方修改定值，軟壓板。在自動測試時，保護(hù)裝置將動作報文通過 MMS 上送到測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)與測試儀通過廠家提供的 API 接口實現(xiàn)通信。對于 SV 采樣，GOOSE 跳閘的保護(hù)裝置，測試儀需要輸出數(shù)字量。同樣地，通過 SCD 文件，測試系統(tǒng)提取需要輸出的 SV，GOOSE 信息，包括 SVID、APPID、MAC 地址及通道信息等詳細(xì)信息 [11]。同時從 SCD 文件中提取測試儀需要收集的保護(hù)裝置

發(fā)送的 GOOSE 信息。測試系統(tǒng)將提取的信息，通過測試儀廠家提供的協(xié)議，下裝到測試儀中，對于常規(guī)采樣，常規(guī)跳閘的裝置，不需要數(shù)字量信息，但是需要將給保護(hù)裝置的開入、開出通過短接線連接，并將其關(guān)聯(lián)到相應(yīng)測試儀的開入開出上。同樣，測試系統(tǒng)將開入開出信息下裝到測試儀。測試儀實現(xiàn)對保護(hù)裝置的加量，以及跳閘出口的監(jiān)視。在自動測試中時，測試儀將收集到的裝置動作行為上送到測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，自動判斷測試結(jié)果。

現(xiàn)有的自動測試方法難以實現(xiàn)對不同廠家，不同保護(hù)裝置的通用性，其主要存在兩方面的困難：一方面是不同保護(hù)裝置的保護(hù)功能不同；另一方面是一個測試模板難以實現(xiàn)對不同保護(hù)裝置的定值，壓板等的修改操作。我們用保護(hù)功能的模塊化設(shè)計，投退壓板功能的模塊化設(shè)計以及修改定值的模塊化設(shè)計這三個模塊化設(shè)計方案來解決上述兩個問題。

2 保護(hù)功能的模塊化設(shè)計

對于不同的保護(hù)裝置來說，其具有不同的保護(hù)功能。事實上，可以將保護(hù)裝置看成一個保護(hù)功能的合集。相應(yīng)的，對于測試來說，可以將不同保護(hù)功能的測例整合成一個測例集。在初期建立測試模板時，不針對具體的保護(hù)裝置建立測例，而是針對保護(hù)功能建立測例。例如，變壓器保護(hù)主要包括差動保護(hù)，阻抗保護(hù)及復(fù)壓過流保護(hù)等。我們可以建立差動保護(hù)，阻抗保護(hù)，復(fù)壓過流保護(hù)的測例。這些測例不只適用于變壓器保護(hù)，對于線路保護(hù)來說，阻抗保護(hù)以及復(fù)壓過流保護(hù)的測例也同樣適用這些測例。另外，測例建立過程中，只根據(jù)相應(yīng)的故障發(fā)生時，其電壓電流等電氣量故障特征來進(jìn)行該保護(hù)功能測例的建立，不針對具體廠家的保護(hù)裝置，以這種模式建立的測例可以適用于不同廠家的保護(hù)裝置。在每個保護(hù)功能的測例里，建立詳細(xì)的測試過程。包含有每個測試狀態(tài)中的模擬量信息，開出量信息以及需要收集的保護(hù)裝置的動作信息。

在實際測試時，我們將建立一個測例集，并將測例集實例化為針對具體廠家的測例集，即能完成具體保護(hù)裝置的測試。例如對于 A 廠家的變壓器保護(hù)，其具有差動保護(hù)以及復(fù)壓過流保護(hù)等，我們可以建立一個針對 A 廠家變壓器保護(hù)裝置的實例化的測例集，在建立測例集時根據(jù)其具有的保護(hù)功能選擇相應(yīng)的測例，從而生成針對 A 廠家變壓器保護(hù)的測例集。應(yīng)用該中方式可以解決不同保護(hù)裝置具有的保護(hù)功能不同的問題。

3 投退壓板功能的模塊化設(shè)計

在測試過程中為了避免不相關(guān)的保護(hù)動作對正常測試的保護(hù)功能的影響，測試過程中需要將正在測試的保護(hù)功能投入，退出其余不相關(guān)的保護(hù)功能。投退保護(hù)功能可以通過投退壓板或者控制字的方式來實現(xiàn)。

為了實現(xiàn)軟壓板以及控制的投退在建立測例時，將需要修改的控制字以及需要投退的軟壓板全部提取出來，放在測例前端。測例不針對具體廠家的裝置進(jìn)行建立，只根據(jù)保護(hù)功能應(yīng)有的動作情況，將可能用到的壓板以及控制字全部列出。在實例化測例集時，測例集將全部測例的修改項提取出來，生成對應(yīng)關(guān)系文件。測試人員只需將文件中的這些修改內(nèi)容與保護(hù)裝置的控制字，壓板的中文名稱一一對應(yīng)填寫，如果裝置無該項內(nèi)容填入“NULL”，完成后重新導(dǎo)入到測試系統(tǒng)中，測試后臺將自動將中文名稱與廠家 SCD 文件建立對應(yīng)關(guān)系。在測試過程中，當(dāng)需要投退控制字或者壓板時，即可完成自動修改[12]。

4 修改定值的模塊化設(shè)計

對不同的裝置來說其定值范圍不同，誤差要求不同，這些不同要求我們對不同的裝置要測試不同的定值，采用不同的判斷方式判斷結(jié)果是否正確。

為了解決這個問題，我們設(shè)計了定值的模塊化設(shè)計。同樣的也是在每個測例中窮舉其對應(yīng)的大化定值清單，并在該清單中詳細(xì)列出對應(yīng)項的大值，小值以及誤差范圍要求。測試人員只需將文件中的這些修改內(nèi)容與保護(hù)裝置的實際內(nèi)容一一對應(yīng)填寫，如果裝置無該項內(nèi)容填入“NULL”，完成后重新導(dǎo)入到測試系統(tǒng)中，測試后臺在測試過程中根據(jù)實際情況對定值進(jìn)行自動修改。

根據(jù) GB/T 7261-2016 規(guī)定的方法，測試系統(tǒng)可以根據(jù)裝置的定值，誤差范圍等自動確定測試加量的初始值，遞變步長，變化時間以及誤差判斷。舉例說明如下，假設(shè)測試保護(hù)的定值為 S、延時為 T 和定值誤差 Es。則根據(jù)規(guī)定的測試方法施加初始值為 S-2S*Es，步長為 2S*Es/10，遞變時間為2T。根據(jù)這種方式即能實現(xiàn)定值的自動修改與測試工作。

以 110KV 變壓器保護(hù)裝置為例。其涉及的主要保護(hù)為差動保護(hù)，復(fù)壓過流保護(hù)，間隙保護(hù)以及失靈保護(hù)。在建立測例集時，首先選擇對應(yīng)保護(hù)功能的測例將其組合成為一個測例集。并根據(jù)測例集生成的對應(yīng)關(guān)系文件，將裝置實際的定值壓板填寫的對應(yīng)關(guān)系文件的對應(yīng)位置。之后導(dǎo)入相應(yīng)的SCD 文件，并根據(jù)被測裝置的類型選擇相應(yīng)的測試儀輸出模式，配置對應(yīng)的模擬量輸出以及開入開出信息，同時建立被測裝置與主站的 MMS連接。后，將被測裝置實際擁有的定值，壓板等信息與測例集中的相關(guān)信息對應(yīng)起來，實現(xiàn)壓板和定值的自動修改 [13]。

實際測試時，首先完成硬件系統(tǒng)的搭建，然后運行軟件系統(tǒng)，即可實現(xiàn)全部保護(hù)功能的自動測試。測試結(jié)束后，可以手動點開具體每項測試，查看相應(yīng)測試數(shù)據(jù)。

本文針對不同保護(hù)裝置需要建立不同的測試模板來達(dá)到自動測試的情況，提出了針對保護(hù)功能建立測例繼而將其應(yīng)用于不同的保護(hù)保護(hù)裝置的方法。通過此方法能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置的自動測試工作。對于測試機構(gòu)來說，此種建立測例的方式能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能的自動測試工作，有效降低測試占用的人工時間，提高測試效率。