繼電保護自動測試過程通用描述方法

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摘要：繼電保護自動化測試對于提高當前繼電保護功能測試的效率和質量都非常重要。基于通用的硬件模型和對典型測試過程的分析，討論了一種繼保自動測試過程的通用描述方法。該方法對于繼保自動測試系統的實現和提高未來繼電保護自動化系統的通用性和標準化具有一定的參考價值。

關鍵詞：繼電保護測試；自動化測試系統；通用描述方法；測試過程；功能測試

作為質量控制的重要部分,繼電保護裝置的功能測試在繼電保護產品的研發、生產、現場調試、驗收及運維中都不可或缺。在很長一段時間,這項工作主要依靠人工測試,不但效率不高,而且容易出錯,質量難以保證[1]。解決問題的根本出路,在于通過自動化手段進行改造,實現整個測試過程的閉環自動化執行。繼電保護自動化測試是近年來的一個熱點,不少同行在這方面做出了各種有益的探索,也開發出了一些實用的測試系統[2-3],但這些系統的開發多基于特定的硬件,因而在系統的通用性和開放性上還受到一定限制。本質上,自動化測試是一個順序執行的過程。以通用性和標準化為目標,本文嘗試拋開具體的測試硬件和軟件,討論針對這種順序執行過程的通用描述方法,并進一步闡述其對自動化測試系統設計和未來自動化測試系統發展的參考意義。

1測試系統的通用硬件結構

繼電保護自動化測試是閉環測試,測試的過程不需要人工參與,其典型硬件結構如圖1所示[4]。系統中包括上位機、測試儀和繼電保護裝置。上位機通過通信介質分別與測試儀和繼電保護裝置實現通信連接,測試儀和被測裝置通過物理接口實現模擬量和數字量的交互。上位機作為系統的中心,通過測試軟件進行協調和控制,實現三者間的配合,以完成整個自動化測試。

2繼電保護自動化測試的基本過程

測試的基本過程是一個勵磁和反饋的過程,即根據被測裝置所設定值和參數施加一定的勵磁量,然后檢查裝置輸出的狀態,從而判斷被測功能是否符合期望。從測試者的角度看,這里包含了一些通過自動化程序執行的基本操作,如設置定值、輸出信號和檢查反饋等。實際的執行情況比較復雜,例如需要在定值附近以逐步逼近的方式輸出變化的模擬量而獲得具體的動作值,這就需要針對同一定值重復執行加量的過程。而對于同一定值,也需要在對不同的整定值進行,如從0.1倍額定值到5倍額定值間取10個點,這種情況更為復雜。雖然具體的測試有其復雜性,但其測試過程總可以歸結為一些有限的基本操作按一定序列的組合。為了有效描述這些特定序列,一個自然的思路就是通過對特定測試過程的分析,確定測試過程中的基本操作和用于描述測試過程的特征信息,進而尋找一種結構化的描述方式。

3測試過程的通用描述方法

下面以典型的動作/返回值測試為例來說明這種通過分析測試獲得通用描述的方法。測試方法為單勵磁量緩慢施加法[5]。

3.1動作值/返回值測試的詳細過程

當給定動作值時,動作值/返回值測試過程如圖2所示。圖2中,橫坐標代表時間軸;縱坐標代表勵磁量的值,具體的勵磁量依被測功能的不同而有所不同。圖2中包含三條曲線:①代表動作值測試中勵磁量的變化;②代表返回值測試中勵磁量的變化;③代表反饋信號的變化,這里指保護的啟動信號。動作值測試過程如曲線①所示,測試中所加勵磁量從小到大逐漸變化,將檢測到啟動信號時刻所加勵磁量的值記為實際動作值,此后勵磁量不需繼續增加。實際動作值和理論動作值之間的差為實際誤差,如果在允許范圍內,則可判斷該點動作值測試通過。曲線的起始值和結束值是測試最開始施加的勵磁量和測試停止時勵磁量的最大值。施加起始值時保護應可靠不動作;施加結束值時保護應能可靠動作。在測試中如果勵磁量一直增大到結束值仍不能檢測到啟動信號,則意味著該點測試失敗,此后勵磁量也不需繼續增加。曲線的步長代表勵磁信號每次增加的大小,每步延時代表每一個具體勵磁值保持的時間。為保證準確度,步長要盡量小,每步保持時間要足夠長。此外,理論動作值對應具體被測動作值的設定值,是被驗證的對象,理論返回值是當前動作值對應的返回值。返回值測試如曲線②所示,該曲線是曲線①的繼續,即從測到動作信號后勵磁量開始從大到小逐漸變化。將檢測到啟動信號返回時刻所加的勵磁量的對應值記為實際返回值,此后所加勵磁量不需繼續減小,相應地,返回值測試也應該有對應的結束值。當給定一系列動作值進行測試時,只需要動態地改變受測動作值的具體值,則勵磁量的輸出值范圍將作相應變化,但測試的過程并沒有變化。圖2中的初始值延時,是指當設定完裝置定值、輸出開始值前,測試儀輸出保持一個初始狀態的時間。此外,在測試開始時自然需要設定裝置到特定的定值,并且設定測試儀到特定的輸出狀態。而在整個測試結束時,需要恢復裝置定值到一個默認值,并應恢復測試儀輸出到一個默認狀態。可以看出,在測試中存在著一些基本的、可按特定順序重復執行的步驟,稱為通用基本操作。例如,不管設定測試儀輸出到一個初始狀態還是輸出到一個特定狀態,都包含兩步操作:設置測試儀通道要實現的值/狀態和觸發測試儀輸出對應狀態。描述一個具體的測試過程,可以從確定這些通用基本操作入手。

3.2動作/返回值測試中的通用基本操作

基于上節分析,可以按照測試執行的過程列出相關的通用基本操作:①設置裝置定值參數;②定測試儀輸出勵磁量的值;③觸發測試儀輸出;④設置延時;⑤獲取測試儀器收到的反饋(輸入)信號;⑥保持/停止測試儀的輸出狀態;⑦判斷測試儀器的輸入是否符合預期。動作值/返回值測試的過程,其實就是這些通用基本操作按照上節中描述的順序依次執行的過程。在具體的執行過程中,這些通用基本操作都需要其對應的輸入信息,這些信息包括:①被測的定值或參數具體值;②勵磁量的具體值或狀態;③測試儀輸出的觸發條件;④測試儀輸出的停止條件;⑤需要獲取的反饋信號;⑥期望獲得的反饋信號狀態。

3.3動作/返回值測試的通用描述

結合上節中描述的過程,可用下表描述該測試中的特征信息。當給定了下表中信息的具體值,則圖2中的執行細節便被一一確定了下來。下表即代表了對單點動作值/返回值測試過程的通用描述。這種描述的通用性體現在以下方面。1)不定義具體的數值。當對表中的信息賦予特定的數值時,則該表可以描述測試過程中各種值動態變化的情形。2)基于通用過程而不針對特定的保護功能。這里不定義具體的勵磁量和勵磁量的變化方向,則依據其具體定義,可用于描述采用不同特征量的各種過量/欠量保護功能的動作值/返回值測試,如過電流、過電壓、欠電壓乃至功率方向判據等。3)不定義具體的勵磁量輸出方式,其可以是傳統互感器輸出,也可以是傳感器輸出,或者數字量輸出(如模擬量GOOSE,SV等)。4)基于通用過程而不依賴于具體采用的硬件和軟件實現。不管采用何種測試儀器,也不管軟件控制上是基于繼電保護儀測試模塊還是底層的命令接口,甚至于被測的保護裝置有所不同,這種描述方式都是適用的。

4通用描述對實現自動化測試的參考價值

本文討論了一種用通用方式描述繼電保護自動測試過程的方法,即基于對特定測試過程的分析,確定測試中的通用基本操作,進而用通用操作所需的特征信息來描述具體的測試細節。這種描述方法的基礎在于其總是對應于特定的測試過程。這些測試過程本身有其典型性,例如除了上述動作值的測試,還有動作時間的測試、測量值的測試等,雖然在具體執行過程和特征信息上有其不同,但都可用同樣的方式定義為特定測試過程和通用描述信息的組合。更進一步,可以將對一個保護功能的具體測試表示為一組通用描述和其對應典型過程的組合。這意味著可以將一個具體保護功能的相關測試表示為一組實例化的通用描述,每一個通用描述對應一個測試用例。

5結束語

本文提出的通用描述方法將測試軟件、繼電保護儀和被測裝置之間復雜的過程模型化,可以簡化自動化測試系統的設計。這種方法區分了過程與信息,使得測試用例的設計變成了對通用描述的實例化,不但簡化了測試用例的開發,而且開發出的測試用例具有良好的通用性和復用性,便于測試任務的創建和執行的管理。這種思路對于自動化測試系統將來的發展也有參考意義。因為這種通用描述方法獨立于特定的硬件和軟件,基于這種描述的測試系統可以在不同的上位機軟件、測試儀乃至測試裝置間達到很好的兼容性。當然,這需要軟件開發廠商、測試儀廠家和繼電保護廠家等各方面達成共識,共同完善對通用描述信息模型的標準化,并進一步推進自動化測試系統測試軟件、測試儀和繼電保護裝置三者間接口標準化的工作。

參考文獻

[1]應戰煌,胡建斌,趙瑞東,等.繼電保護裝置自動測試系統研究和設計[J].電力系統保護與控制,2010,38(17):142-146.

[2]韓民疇,顧明遠.智能變電站繼電保護自動測試系統研究[J].智能電網,2015,3(10):937-942.

[3]胡紅兵,李麗君,韓民疇.繼電保護裝置自動化測試系統的設計與實現[J].江蘇電機工程,2013,32(2):54-56.

[4]王忠,張曉麗,李忠安,等.繼電保護裝置自動測試系統設計[J].電力系統保護與控制,2015,43(5):130-134.

[5]繼電器及裝置基本實驗方法:GBT7261—2000[S].

作者：侯攀科 單位：ABB中國有限公司廈門分公司