0 引言

近年來(lái)，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(kāi)發(fā)重點(diǎn) [1]。無(wú)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(cè)試環(huán)節(jié)仍很傳統(tǒng)，測(cè)試人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和工作狀態(tài)對(duì)測(cè)試結(jié)果有著較大影響 [4-6]。另外，現(xiàn)有的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家的不同裝置的自動(dòng)測(cè)試。針對(duì)每個(gè)廠家，都需編寫(xiě)專(zhuān)屬的測(cè)試案例。甚至針對(duì)同一個(gè)廠家的常規(guī)采樣裝置和 SV 采樣裝置都需要編寫(xiě)不同的測(cè)試案例。導(dǎo)致每次測(cè)試都需編寫(xiě)測(cè)試案例，無(wú)形中增加了時(shí)間成本 [7]。

本文主要通過(guò)對(duì) IEC61850 站控層通信的研究，提出了一種在模塊化測(cè)例中增加對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)定值修改與壓板投退的方法。在此基礎(chǔ)上，控制測(cè)試儀的輸出，采集保護(hù)裝置的行為，實(shí)現(xiàn)不同保護(hù)廠家的保護(hù)裝置的自動(dòng)測(cè)試。

1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

1.1 測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件主要由計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、測(cè)試儀以及相互之間連接所需要的網(wǎng)線、測(cè)試線等構(gòu)成。測(cè)試中計(jì)算機(jī)主要完成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)的運(yùn)行。測(cè)試儀根據(jù)測(cè)試需求選擇數(shù)字測(cè)試儀或常規(guī)測(cè)試儀。計(jì)算機(jī)、測(cè)試儀以及被測(cè)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線與交換機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)備之間的通信。對(duì)于模擬量采樣裝置，測(cè)試儀與被測(cè)裝置之間使用短接線連接；對(duì)于數(shù)字化裝置則通過(guò)光纖連接。上述的硬件環(huán)境搭建，能夠使測(cè)試儀、被測(cè)設(shè)備以及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)之間形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，為測(cè)試軟件的運(yùn)行提供了平臺(tái) [9]。

1.2 測(cè)試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心部分。測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 2。其架構(gòu)主要分為三個(gè)層次：

（1）測(cè)試配置層。測(cè)試配置層主要實(shí)現(xiàn)加載與修改測(cè)例，并根據(jù) SCD 文件的內(nèi)容，編寫(xiě)定值壓板的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

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

息以及測(cè)試儀反饋的動(dòng)作情況，對(duì)測(cè)試結(jié)果做出判斷。

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

測(cè)試系統(tǒng)與保護(hù)裝置通過(guò) IEC61850 規(guī)約完成通信工作 [10]。在測(cè)試開(kāi)始時(shí)，首先將帶有保護(hù)裝置私有信息的 SCD文件導(dǎo)入到測(cè)試系統(tǒng)中。測(cè)試系統(tǒng)根據(jù) SCD 文件解析出對(duì)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(cè)試系統(tǒng)可以遠(yuǎn)方修改定值，軟壓板。在自動(dòng)測(cè)試時(shí)，保護(hù)裝置將動(dòng)作報(bào)文通過(guò) MMS 上送到測(cè)試系統(tǒng)。

測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試儀通過(guò)廠家提供的 API 接口實(shí)現(xiàn)通信。對(duì)于 SV 采樣，GOOSE 跳閘的保護(hù)裝置，測(cè)試儀需要輸出數(shù)字量。同樣地，通過(guò) SCD 文件，測(cè)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(shí)從 SCD 文件中提取測(cè)試儀需要收集的保護(hù)裝置

發(fā)送的 GOOSE 信息。測(cè)試系統(tǒng)將提取的信息，通過(guò)測(cè)試儀廠家提供的協(xié)議，下裝到測(cè)試儀中，對(duì)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(kāi)入、開(kāi)出通過(guò)短接線連接，并將其關(guān)聯(lián)到相應(yīng)測(cè)試儀的開(kāi)入開(kāi)出上。同樣，測(cè)試系統(tǒng)將開(kāi)入開(kāi)出信息下裝到測(cè)試儀。測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置的加量，以及跳閘出口的監(jiān)視。在自動(dòng)測(cè)試中時(shí)，測(cè)試儀將收集到的裝置動(dòng)作行為上送到測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果。

現(xiàn)有的自動(dòng)測(cè)試方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)測(cè)試模板難以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)，投退壓板功能的模塊化設(shè)計(jì)以及修改定值的模塊化設(shè)計(jì)這三個(gè)模塊化設(shè)計(jì)方案來(lái)解決上述兩個(gè)問(wèn)題。

2 保護(hù)功能的模塊化設(shè)計(jì)

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

在實(shí)際測(cè)試時(shí)，我們將建立一個(gè)測(cè)例集，并將測(cè)例集實(shí)例化為針對(duì)具體廠家的測(cè)例集，即能完成具體保護(hù)裝置的測(cè)試。例如對(duì)于 A 廠家的變壓器保護(hù)，其具有差動(dòng)保護(hù)以及復(fù)壓過(guò)流保護(hù)等，我們可以建立一個(gè)針對(duì) A 廠家變壓器保護(hù)裝置的實(shí)例化的測(cè)例集，在建立測(cè)例集時(shí)根據(jù)其具有的保護(hù)功能選擇相應(yīng)的測(cè)例，從而生成針對(duì) A 廠家變壓器保護(hù)的測(cè)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(wèn)題。

3 投退壓板功能的模塊化設(shè)計(jì)

在測(cè)試過(guò)程中為了避免不相關(guān)的保護(hù)動(dòng)作對(duì)正常測(cè)試的保護(hù)功能的影響，測(cè)試過(guò)程中需要將正在測(cè)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(guò)投退壓板或者控制字的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)軟壓板以及控制的投退在建立測(cè)例時(shí)，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(lái)，放在測(cè)例前端。測(cè)例不針對(duì)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(dòng)作情況，將可能用到的壓板以及控制字全部列出。在實(shí)例化測(cè)例集時(shí)，測(cè)例集將全部測(cè)例的修改項(xiàng)提取出來(lái)，生成對(duì)應(yīng)關(guān)系文件。測(cè)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(chēng)一一對(duì)應(yīng)填寫(xiě)，如果裝置無(wú)該項(xiàng)內(nèi)容填入“NULL”，完成后重新導(dǎo)入到測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試后臺(tái)將自動(dòng)將中文名稱(chēng)與廠家 SCD 文件建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)需要投退控制字或者壓板時(shí)，即可完成自動(dòng)修改[12]。

4 修改定值的模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)不同的裝置來(lái)說(shuō)其定值范圍不同，誤差要求不同，這些不同要求我們對(duì)不同的裝置要測(cè)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(gè)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了定值的模塊化設(shè)計(jì)。同樣的也是在每個(gè)測(cè)例中窮舉其對(duì)應(yīng)的大化定值清單，并在該清單中詳細(xì)列出對(duì)應(yīng)項(xiàng)的大值，小值以及誤差范圍要求。測(cè)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(shí)際內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)填寫(xiě)，如果裝置無(wú)該項(xiàng)內(nèi)容填入“NULL”，完成后重新導(dǎo)入到測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試后臺(tái)在測(cè)試過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)定值進(jìn)行自動(dòng)修改。

根據(jù) GB/T 7261-2016 規(guī)定的方法，測(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)裝置的定值，誤差范圍等自動(dòng)確定測(cè)試加量的初始值，遞變步長(zhǎng)，變化時(shí)間以及誤差判斷。舉例說(shuō)明如下，假設(shè)測(cè)試保護(hù)的定值為 S、延時(shí)為 T 和定值誤差 Es。則根據(jù)規(guī)定的測(cè)試方法施加初始值為 S-2S*Es，步長(zhǎng)為 2S*Es/10，遞變時(shí)間為2T。根據(jù)這種方式即能實(shí)現(xiàn)定值的自動(dòng)修改與測(cè)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(dòng)保護(hù)，復(fù)壓過(guò)流保護(hù)，間隙保護(hù)以及失靈保護(hù)。在建立測(cè)例集時(shí)，首先選擇對(duì)應(yīng)保護(hù)功能的測(cè)例將其組合成為一個(gè)測(cè)例集。并根據(jù)測(cè)例集生成的對(duì)應(yīng)關(guān)系文件，將裝置實(shí)際的定值壓板填寫(xiě)的對(duì)應(yīng)關(guān)系文件的對(duì)應(yīng)位置。之后導(dǎo)入相應(yīng)的SCD 文件，并根據(jù)被測(cè)裝置的類(lèi)型選擇相應(yīng)的測(cè)試儀輸出模式，配置對(duì)應(yīng)的模擬量輸出以及開(kāi)入開(kāi)出信息，同時(shí)建立被測(cè)裝置與主站的 MMS連接。后，將被測(cè)裝置實(shí)際擁有的定值，壓板等信息與測(cè)例集中的相關(guān)信息對(duì)應(yīng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)壓板和定值的自動(dòng)修改 [13]。

實(shí)際測(cè)試時(shí)，首先完成硬件系統(tǒng)的搭建，然后運(yùn)行軟件系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)全部保護(hù)功能的自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后，可以手動(dòng)點(diǎn)開(kāi)具體每項(xiàng)測(cè)試，查看相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)。

本文針對(duì)不同保護(hù)裝置需要建立不同的測(cè)試模板來(lái)達(dá)到自動(dòng)測(cè)試的情況，提出了針對(duì)保護(hù)功能建立測(cè)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(guò)此方法能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置的自動(dòng)測(cè)試工作。對(duì)于測(cè)試機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，此種建立測(cè)例的方式能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能的自動(dòng)測(cè)試工作，有效降低測(cè)試占用的人工時(shí)間，提高測(cè)試效率。