０ 引言

隨著電子 技 術、計 算 機 技 術、通 信 技 術 的 飛 速 發(fā) 展，人工神經網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)模、模糊邏輯等人工智能技術相繼在繼電保護領域研究應用，繼電保護技術向計、算機化、網(wǎng)絡化、一體化、智能化和數(shù)字化方向發(fā)展［１－２］。電網(wǎng)數(shù)字化繼電保護的運行檢修管理日益標準化和規(guī)范化，各電壓等級、各類型保護設備的定檢作業(yè)基本已形成標準的作業(yè)指導書。

但是在實際的數(shù)字化保護定檢作業(yè)過程中，目前的繼電保護測試儀在自動生成檢測項目、自動執(zhí)行并生成測試報告方面還存在一定的功能欠缺，導致作業(yè)指導書上的每個測試項目主要還是依靠人工作業(yè)完成，包括試驗前定值核對、試驗接線、測試儀試驗菜單選擇、試驗參數(shù)設置等，項目測試完畢，工作人員還需手動查看保護動作報文，判斷分析測試結果的正確性，并加以記錄整理。過多的人機交互操作不僅增加了現(xiàn)場人員的工作量，也給測試過程的標準化和規(guī)范化引入了很大的不確定性和安全隱患。在這種需求背景下，降低基層班組定檢作業(yè)工作量，提高檢驗工作效率，同時保證現(xiàn)場作業(yè)的安全性和定檢作業(yè)的規(guī)范性，開展數(shù)字化保護智能自動測試系統(tǒng)的研究勢在必行。

數(shù)字化保護智能自動測試系統(tǒng)是一套完整的數(shù)字化繼電保護閉環(huán)自動測試系統(tǒng)，其目的是為繼電保護裝置檢驗提供一個自動化、規(guī)范化、標準化和高效率的解決方案。國外測試儀器廠家推出了各種數(shù)字化保護試驗裝置，其自動化測試系統(tǒng)只實現(xiàn)了基本功能的測試，并沒有完成真正意義上的閉環(huán)自動測試，即只能做到局部自動化。為此，本文充分利用先進的計算機軟件開發(fā)技術，總結各級繼電保護測試專業(yè)技術人員的工程實踐經驗，在開放性平臺上實現(xiàn)數(shù)字化智能變電站繼電保護的閉環(huán)自動測試，以大幅度降低現(xiàn)場定檢工作的工作量，提高定檢工作效率，并保證定檢作業(yè)的標準化、規(guī)范化和流程化。數(shù)字化智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)，建立在深入調研電力現(xiàn)場測試日常工作流程和操作習慣的基礎上，嚴格按照智能保護裝置的檢驗規(guī)程和標準來執(zhí)行開發(fā)，確保適應現(xiàn)場實際應用環(huán)境。

１ 自動測試系統(tǒng)整體架構

１．１ 系統(tǒng)硬件架構設計

系統(tǒng)在硬件架構上主要包括測試端、交 換 機、測 試儀、數(shù)字保護裝置。測試端與測試儀、數(shù)字保護裝置通過交換機形成通信鏈路，數(shù)字保護測試儀和被測數(shù)字保護裝置間通過光纖連接。測試端安裝數(shù)字化保護智能自動測試系統(tǒng)，所有自動測試的控制均在測試端上完成。系統(tǒng)整體架構如圖１所示。

１．２ 軟件結構框架設計

測試終端 （測試端）上安裝的數(shù)字化保護智能自動測試系統(tǒng)軟件結構框架設計如圖２所示［３］。該系統(tǒng)軟件設計為二次開發(fā)部分和閉環(huán)自動測試部分。

二次開發(fā)部分包括測試模板編輯模塊和報告模板編輯模塊。測試模板編輯模塊根據(jù)數(shù)字保護裝置的測試試驗要求，編寫測試模板；報告模板編輯模塊根據(jù)測試模板編輯報告格式。

閉環(huán)自動測試部分以自動測試模塊為核心，包括數(shù)字測試儀接口模 塊、ＭＭＳ通 信 模 塊。自動測試模塊根據(jù)測試模板和報告模板進行自動測試，通過調用測試儀控制接口模塊與數(shù)字保護測試儀完成通信，輸出測試故障；通過調用 ＭＭＳ通信模塊與數(shù)字保護裝置完成通信，實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的讀取和通信命令的執(zhí)行。

２ 閉環(huán)自動測試部分設計研究

２．１ 測試儀控制接口的設計研究

綜合研究分析國內外繼電保護測試儀廠家測試儀軟件的設計和實現(xiàn)，從測試原理出發(fā)，研究各種測試儀軟件保護功能測試單元模塊，包括測試方法的實現(xiàn)、故障參數(shù)的設置、測試結果參數(shù)的展示。根據(jù)分析結果，形成測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范和測試儀控制接口程序規(guī)范。

２．１．１ 測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范

基于各種測試儀軟件保護功能測試單元模塊的故障參數(shù)設置、測試結果參數(shù)的展示，抽象分析并得到測試功能數(shù)據(jù)接口，建立測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范。采 用 ＸＭＬ 文 件技術，使用面向對象的結構化的信息描述方式，將各種保護的測試功能標準數(shù)據(jù)接口規(guī)范保存到一個文件，形成基礎測試功能單元的功能數(shù)據(jù)接口庫。測試功能數(shù)據(jù)接口庫描述了各種繼電保護測試功能，包括測試功能的名稱、標志、故障參數(shù)、通用參數(shù)、結果參數(shù)的描述，其中每個參數(shù)需要定義名稱、ＩＤ、單位、數(shù)據(jù)類型、數(shù)值、缺省值等屬性。測試功能數(shù)據(jù)接口庫文件規(guī)范化繼電保護測試功能的定義是裝置測試方案二次開發(fā)平臺的基礎。

２．１．２ 測試儀控制接口程序規(guī)范

基于各種測試儀軟件保護功能測試單元測試流程，抽象分析并得到測試儀軟件保護功能模塊的通用測試過程，包括測試調用流程設計和測試儀接口程序接口設計，如圖３所示。

基于圖３所示測試流程，用軟件接口函數(shù)的方式來描述這些測試功能。

（１）測試 儀 設 置 函 數(shù)：設 置 測 試 儀 的ＩＰ 地 址、端 口號。接口程序根據(jù)ＩＰ地址和端口號實現(xiàn)與測試儀的鏈接。

（２）測試函數(shù)：傳入測試功能的ＩＤ 和故障參數(shù)，完成驅動測試儀測試。

（３）停止測試函數(shù)：停止驅動測試儀的故障輸出。

（４）獲取報告函數(shù)：取得本次測試的報告數(shù)據(jù)。

（５）獲取異常 信 息 函 數(shù)：獲取測試過程中各種異常信息文本。

（６）綁定消息 接 收 窗 口 句 本：為接口程序綁定測試消息接收窗口。接口程序在執(zhí)行測試過程中，使用 Ｗｉｎｄｏｗｓ消息來通知自動測試模塊測試狀態(tài)變化相關消息發(fā)送至此窗口。消息包括聯(lián)機成功、聯(lián)機失敗、測試開始、測試完成、測試異常消息等。

為了方便調用和測試功能的調試，測試儀控制接口組件為 ＣＯＭ 組 件，接 口 模 塊 開 放 ＣＯＭ 接 口，供 自 動 測 試模塊調用，實現(xiàn)數(shù)字保護裝置的各種測試功能。

２．２ ＭＭＳ通信模塊設計研究

完成與被測智能保護裝置的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作和輸出 控 制 操 作。規(guī)約引擎程序開放標準程序控制接口，供自動測試 程 序 調 用。ＭＭＳ通信模塊的設計包括調用流程設計、通信命令文件設計、接口設計。

２．２．１ 調用流程設計

自動測試 程 序 與 ＭＭＳ 通信模塊間采用異步調用模式，調用關系流程如圖４所示。

通信過程中異常處理如下：自動測試模塊根據(jù)異常的嚴重程度進行測試流程的調整，比如重復執(zhí)行多次通信命令、停止測試并播放警告音樂。 通信命令文件保存了ＭＭＳ規(guī)約模塊支持的全部通信命令，通 信 命 令 配 置 文 件的名稱為 Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎａｉｒｅ．ｘｍｌ。

２．２．２ ＭＭＳ通信模塊接口設計

基于自 動 測 試 與 ＭＭＳ通 信 模 塊 的 通 信 流 程，ＭＭＳ通信模塊必須具備以下功能。

（１）加載規(guī)約模板和設備點表，實現(xiàn)與裝置連接。

（２）執(zhí)行規(guī)約過程，實現(xiàn)與裝置的通信操作。

（３）以樹狀目錄和表格方式顯示設備點表數(shù)據(jù)。

（４）可以編輯點表數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對裝置數(shù)據(jù)的修改。

（５）在報文監(jiān)視界面，監(jiān)視發(fā)送和接收的報文數(shù)據(jù)。

（６）提供 ＣＯＭ 接口函數(shù)。

（７）設置通信方式的參數(shù)。

規(guī)約引擎程序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、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)、 保 護 動 作 報 告 數(shù) 據(jù)、 告 警 報 告 數(shù)據(jù)等。

２．３ 裝置測試方案編輯技術研究

智能變電站繼電保護裝置自動測試系統(tǒng)要實現(xiàn)對保護裝置的自動測試，生成標準格式的測試報告，就需要設計文件格式，用于描述裝置的測試流程、測試方法和報告格式。本文定義這種文件為裝置測試方案。裝置測試方案開發(fā)技術是可以根據(jù)裝置的檢驗規(guī)程和標準編輯裝置測試方案的。裝置測試方案包括測試模板和報告模板兩部分。

對于同類型不同型號的裝置或同型號不同版本的裝置，如果測試方案相同，只是設備數(shù)據(jù)模型不同，那么傳統(tǒng)的方式是根據(jù)新的設備數(shù)據(jù)模型重新編輯一個測試模板?；?于 此， 本文提出數(shù)據(jù)模型替換技術， 解 決 這 個問題。

設備數(shù)據(jù)模型替換技術，只要將現(xiàn)有的裝置測試方案的設備數(shù)據(jù)模型替換為新的設備數(shù)據(jù)模型，就能生成新的裝置測試方案，具體過程設計如下。

（１）基于現(xiàn)有模板的設備數(shù)據(jù)模型中各數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)以及新設備數(shù)據(jù)模型文件數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，通過智能匹配算法建立數(shù)據(jù)間的映射關系。

（２）修改數(shù)據(jù)間的映射對應關系。

（３）根 據(jù) 對 應 關 系，將源數(shù)據(jù)集中每個數(shù)據(jù)對象的ｎａｍｅ、ＩＤ等舊數(shù)據(jù)，映射到新建立的數(shù)據(jù)集中。

（４）搜索測試模板的故障計算公式、腳 本 等，根 據(jù) 映射關系，將源數(shù)據(jù)的ＩＤ替換為新數(shù)據(jù)的ＩＤ。設備數(shù)據(jù)模型替換技術，可大幅度提高測試模板生成的效率。

３ 自動測試技術研究

研究開發(fā)的自動測試軟件模塊，根據(jù)測試方案中的測試項目順序，依次執(zhí)行各測試項目的測試；調用測試儀控制軟件控制測試儀輸出測試量，采集被測裝置的動作行為；調用規(guī)約引擎程序完成與被測裝置的通信，實現(xiàn)各種通信命令的操作，獲取通信命令操作結果；根據(jù)結果自動判斷測試是否合格；根據(jù)檢驗規(guī)范和標準的要求，將試驗參數(shù)數(shù)據(jù)、試驗結果數(shù)據(jù)填寫到試驗報告模板中，形成標準格式的試驗報告；根據(jù)測試模板中的提示信息，提示用戶進行相應的操作或錄入相應的數(shù)據(jù)；可 以 導 出／打 印 報告及報告相關的圖形曲線，設置報告的顯示比例；自動測試原始報告數(shù)據(jù)和標準報告數(shù)據(jù)都不能修改，對 于 標 準Ｗｏｒｄ報告，系統(tǒng)加密并鎖定 Ｗｏｒｄ報 告 文 件，從 而 保 證真實性；自動測試主程序 的報告包括系統(tǒng)測試記錄庫、ＸＭＬ格式報告數(shù)據(jù)、Ｗｏｒｄ標準報告三種。自動測試軟件模塊用于現(xiàn)場檢驗，是執(zhí)行自動測試，形成標準測試報告的程序，其利用測試模板和報告模板進行測試。通過測試控制中心所提示的信息，試驗人員能輕松方便地進行自動測試。

自動測試模塊的功能設計如下。

（１）執(zhí)行現(xiàn)場測 試 控 制 流 程，管理現(xiàn)場測試過程，主要控制測試執(zhí)行的順序和跳轉、測試項目的使能、測試項目的選擇和取消選擇。

（２）根據(jù)測試模板中的要求，提示用戶錄入定值數(shù)據(jù)，自動測試模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動完成故障的計算。

（３）根據(jù)測試模板中的接線提示信息、安 全 措 施、危險點等，提示用戶執(zhí)行相關的操作。

（４）調用數(shù)字測試儀器接口模塊完成電氣量測試功能，調用測試參數(shù)計算腳本，計算測試功能參數(shù)數(shù)據(jù)。

（５）調用 ＭＭＳ通信模塊完成保護通信命令的執(zhí)行。

（６）自動將試 驗 參 數(shù) 數(shù) 據(jù)、試驗結果數(shù)據(jù)填寫到試驗報告模板，形成標準格式的試驗報告。

（７）測試模板 中 的 提 示 信 息，提示用戶進行相應的操作或錄入相應的數(shù)據(jù)。

（８）可以導出／打印報告及報告相關的圖形曲線，設置報告的顯示比例。

（９）自動測試原始報告數(shù)據(jù)和標準報告數(shù)據(jù)都不能修改。對于標準 Ｗｏｒｄ報 告，系統(tǒng)加密并鎖定 Ｗｏｒｄ報 告 文件，從而保證真實性。

（１０）自動測試主程序 的報告包括系統(tǒng)測試記錄庫、ＸＭＬ格式報告數(shù)據(jù)、Ｗｏｒｄ標準報告三種。系統(tǒng)測試記錄庫為自動測試程序在測試過程中，保留任何一次操作的全部信息，包括測試參數(shù)、測試結果數(shù)據(jù)及評估、測試開始和結束的時間。用戶可以查看一個測試項目的整個測試過程；ＸＭＬ格式報告數(shù)據(jù)表示采用 ＸＭＬ文件格式保存，報告文件包含測試方案全部內容和*終的測試 結果數(shù)據(jù)。ＸＭＬ格式報告中的每個數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中都有**的標示，方便外部系統(tǒng)訪問。所謂 Ｗｏｒｄ標準 報 告，是 指 自 動 測 試程序在測試過程中根據(jù) Ｗｏｒｄ報告模板形 成 的 報 告，此 報告為標準格式的報告。

（１１）自動測試程序能夠實時保存當前的測試狀態(tài)，在下次進入時自動恢復到上次退出系統(tǒng)的狀態(tài)，即 使 斷 電，操作系統(tǒng)突然中斷，也不會造成試驗數(shù)據(jù)的丟失。

（１２）測試項目的不同測試狀態(tài)用不同的顏色顯示，例如沒有測試狀態(tài)為黑色、測試不合格狀態(tài)為紅色等。如果測試項目測試不合格，那么填寫到報告中的結果數(shù)據(jù)也為相應的顏色。

（１３）在測試控制時，有 “從此項目往下測試” “測 試選中的單個項目／單個項目集” “測試全部不合格項目”三種控制方式。

（１４）測試完成后，系統(tǒng)對報告進行相應的調整，以保持報告的規(guī)范化和簡潔。對于報告中有數(shù)據(jù)映射關系的位置，如果測試時沒有進行相關項目的測試，那么沒有數(shù)據(jù)填寫到 相 應 的 位 置， 調整時使用指定的字符串 （例 如

“－”或者 “／”）填寫到 相 應 的 位 置，替換的字符串用戶可以配置；對于一個項目分類，如果其下的所有項目都沒有測試，那么可以將這個項目分類在報告中對應的段落全部刪除，使報告保持簡潔。

（１５）可以導出報告到指定的位置。

５ 結語

數(shù)字化智能變電站繼電保護自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字化保護設備現(xiàn)場校驗的閉環(huán)自動測試。一 方 面 通 過 自動獲取保護行為信息并根據(jù)行為信息自動 判斷檢驗結果，實現(xiàn)工作人員的少參與、零 干 預、低 工 作 量、高 工作 效 率 的 目 標；另 一 方 面 通 過 “測 試 模 板” 的 手 段，引入了專業(yè)測試技術人員豐富的工程經驗積累，并結合軟件技術對現(xiàn)場測試工作加以指導，不僅大大減輕了現(xiàn)場測試人員的工作量，提高了工作效率，更重要的是保證了測試流程的標準化和規(guī)范化，減少了由于人為因素而帶來的各種測試問題。