0 引言
繼電保護裝置是保護電力系統安全方面的重要角色。保護裝置的性能測試工作在保護裝置質量上起著決定性作用。目前，繼電保護裝置的測試主要依靠測試人員操作保護測試儀器模擬電網故障，手動修改被測裝置的各項參數，人工對比測試結果來完成測試。測試同時，測試人員還要進行復雜繁瑣的測試過程記錄。不僅需要測試人員熟悉保護裝置的工作原理，并且要測試人員熟練操控測試儀器。這種測試方式還存在被測裝置與測試儀之間接線復雜，反復操控測試儀工作量大，測試面覆蓋不足，測試效率較低，測試用例不易標準化等缺點。
針對這些缺點，本文提出了繼電保護裝置自動測試系統的構成，設計開發了一套自動測試系統。并對該系統進行了性能分析，與 OMICRON 測試儀的測試結果進行了對比。
1 繼電保護裝置自動測試系統
本文根據實驗研究與開發，分析總結自動測試系統，一般結構如圖 1 所示。
自動測試系統主要由四部分組成：上位機、測試儀、被測裝置及交換機。
上位機 PC 機安裝 AotoTest 軟件。PC 機通過對 AotoTest軟件的操作向下位機（測試儀）發出控制命令，下位機進一步控制被測裝置，從而達到控制被測裝置的目的。因此，在測試過程中不再需要通過人工另行控制被測裝置。控制命令包括修改被測裝置的定值，遙控命令，修改保護控制字等，下發這些均由下位機執行，取代人工操作。下位機向被測保護裝置提供所需的模擬量、驅動開關量和接收開出量，自動測試系統一并完成了保護測試儀器和人工控制被測裝置兩部分工作。
同時，自動測試系統接收下位機上送的測試結果，讀取被測裝置的報文，進一步替代人工讀取、比對測試結果的過程。而使用保護儀器測試，只能模擬電網故障提供模擬量，監視少量的出口，需要人工控制被測裝置滿足測試所需要求，且無法讀取被測裝置的報文，比對測試結果，需要人工參與。
2 自動測試系統的構建
2.1 測試儀的構建
2.1.1 硬件平臺的構建
測試儀硬件采用 CAN 總線背板的硬件架構，主要采用模塊化插件，如圖 2 所示。
模塊化插件主要包含DC 電源插件、控制單元CPU 插件、DAC 模擬小信號輸出插件、開入插件、開出插件，以及用于數字化保護裝置的 SV 插件和 GOOSE 插件。這種設計具有極好的擴展性，插件的數目均可以根據實際測試需求增減。單塊 DAC 插件能夠為待測裝置提供 88 路模擬量。開入量和開出量，通過增加插件，各可擴展至 192 路，可極大地同時滿足對開入量和開出量需求較多的保護裝置，克服了測試儀器在這方面地不足。
2.1.2 軟件平臺的構建
測試儀軟件系統是基于南瑞軟件平臺實現的，平臺主要由板級支持程序包、系統程序和通用應用程序三部分構成。測試儀的功能程序采用模塊化設計（如圖 3 所示），包括：通信模塊、狀態控制模塊、模擬量輸出模塊、開入模塊、開出模塊、直流輸出模塊、時間測試模塊及保護功能模塊。
2.2 上位機的構建
上位機采用模塊化設計，分為界面處理層、業務處理層和通信協議層。界面處理層主要實現測例的編輯；業務處理層主要有兩大功能：一是完成測例參數的下發，實現定值修改、參數修改、保護控制字修改等，二是遙測值比對和整組報告、告警報告、SOE 報告、變位報文等報文的比對功能；通信協議層完成上位機與被測裝置的 103 和 61850 通信協議等。上位機的界面如圖 4 所示：
上位機就是系統測試管理和控制軟件。其主要功能包括：
（1）整定定值、比對報文、下發遙測值比對和遙控命令等；（2）測試用例的編寫；（3）測試用例管理：包括測試用例的導入、導出、復制、粘貼、輪轉和遞增等；（4）下發測試參數給下位機，并接收下位機上送的測試結果；（5）測試報告的自動生成和管理。
2.3 自動測試系統的構建
自動測試系統的結構圖如圖 5，系統由上位機、測試儀、功率放大器、交換機組成。
3 實際應用
該自動測試系統研制成功以后，在南瑞科技 NSR 系列保護裝置上進行了大量的試驗，大量的重復性的生產測試，以及研發性功能測試，以驗證該系統的測試效果。研發測試實驗平臺實物圖，如圖 6 所示。
以研發測試中的備自投裝置為例，備自投裝置一般都具有多種運行方式，模擬量輸入通道多，開入和開出數量多，報文多，整體邏輯復雜，測試過程繁瑣，測試文檔記錄耗費時間量大。使用自動測試系統，（1）固定化接線端子，使用時直接插拔無需重新接線；（2）編寫測試測例，測例可保存，測例可重復多次調用大大簡化重復性工作（測例圖示如圖 7 所示）；（3）測試步驟明晰，過程可追溯；（4）測試過程中出現錯誤或者問題，提示清晰明確，方便測試問題查找及解決（錯誤提示，如圖8 所示）；（5）報文自動比對（如圖 9 所示）；（6）測試報告根據執行的測例自動生成，節省測試用例人工的記錄過程（測試報告如圖 10 所示）。
試驗結果表明，該系統采樣值精度可靠，實時性較好，能夠代替人工測試，提高測試質量和效率，完善自動測試手段，適合保護設備廠家在產品開發和生產過程中使用。
3.1 模擬量測試
該自動測試系統支持 88 路模擬量輸出，輸出的模擬量的精度誤差小于±0.2%，模擬量的數量、輸出范圍和模擬量的質量均能夠滿足測量要求。
3.2 開入開出量測試
該系統可以分別提供 192 路開入量和 192 路開出量。測試時間的分辨率為 0.25ms，完全滿足《DL/T624-2010 繼電保護微機型試驗裝置技術條件》標準中“時間分辨率不大于 1ms”的要求。
3.3 與 OMICRON 測試儀的測試值的對比
在線路保護裝置上，用自動測試系統和 OMICRON 測試儀分別做了測試，測試結果見表 1。從表中可以看出：過流測試值誤差小于規定的±2.5%要求，動作時間滿足不大于±40ms的要求。
3.4 測試效率
以線路保護為例，通過測例的輪轉遞增功能，一個測例自動執行 3 遍便可覆蓋 A、B、C 三相的單相別測試，完全不用像手動測試那樣，分相進行 3 遍測試。完成生產類的自動測試所需時間為 6 分鐘，而人工測試則需要 40 分鐘左右；完成研發類的自動測試任務所需時間為7 小時，而人工利用第三方測試儀進行測試則需要 1-2 星期。自動測試系統大大提高了測試的效率。
4 結語
本文設計開發了一套自動測試系統并進行了大量測試工作，通過大量測試結果數據，可以得出結論，自動測試系統有效提高繼電保護裝置測試的質量和效率。該系統具有優越的軟硬件擴展性和兼容性，能夠提供足夠的模擬量、開入量和開出量通道，測試用例自動往下執行，自動完成測試結果（報文、出口等）比對工作，只要有測例執行完畢就自動生成測試報告，方便測試人員讀取，真正意義實現“一鍵式”自動測試。
