0 引言
電力系統的可靠性一直以來是業界的重點研究課題[1-2]，事實上，除了為電力系統本身的整體設計考慮，繼電保護作為變電站的二次核心，其本身的可靠性也直接影響電力系統的運行穩定性和可靠性，特別是隨著智能電網的建設，基于新原理[3-4]的繼電保護裝置陸續投入應用，如何充分有效地驗證智能變電站繼電保護裝置的功能正確性及可靠性是個需要研究的問題。自動測試作為一種有效的測試手段，長期以來也是業界的研究熱點[5-7]，但由于傳統變電站繼電保護裝置對外接口不統一(如通信規約版本過多、定值清單、動作報告內容格式不一致等)，很大程度上限制了自動測試的實際應用。目前，大多數繼電保護裝置的測試工作，特別是靜模試驗，仍是采用使用繼電保護測試儀手動測試的傳統方法，存在測試效率低、人為因素影響大等缺點。對于智能變電站，繼電保護裝置全部基于IEC61850 標準，實現了輸入、輸出信息的全部數字化、標準化；網絡技術的推廣應用，也使得數據交互共享更加方便；特別是，隨著智能變電站一系列國家標準的發布[8-10]，繼電保護裝置的建模、軟壓板、定值清單以及對外接口信息實現了規范性設計，為自動測試從理論研究走向實際應用解決了難題。
從 IEC61850 標準在智能變電站應用開始，繼電保護工作者就一直在研究實現繼電保護自動測試[11-12]。本文則針對目前智能變電站的應用實踐，對實現繼電保護裝置自動測試的關鍵技術進行了研究，并提出一種基于智能繼電保護測試儀快速構建智能變電站繼電保護裝置自動測試系統的方法。
1 關鍵技術研究
1.1 外部接口分析
文獻[13]規定，對于 66 kV、35 kV 及以下電壓等級，“當使用電子式互感器時，每個間隔的保護、測控、智能終端、合并單元宜按間隔合并實現”，故在目前智能變電站工程應用中，66 kV、35 kV 及以下電壓等級的繼電保護裝置其模擬量采樣為電子式互感器輸出的小信號，開關量也是傳統的電氣硬節點；對于 110 kV 及以上電壓等級，保護裝置的模擬量采樣、開關量輸入輸出均是數字量，即基于IEC61850 標準的 SV 和 GOOSE 報文。
智能變電站繼電保護裝置與監控系統的通信也是基于 IEC61850 標準，按照 MMS 協議進行單播通信的。IEC61850 標準針對變電站所有功能定義了詳盡的邏輯節點和數據對象，并提供了完整的描述數據對象模型的方法和面向對象的服務。這些抽象的通信服務、通信對象及參數通過特殊通信服務映射(SCSM)映射到底層應用程序，*終實現裝置變位信息上送、軟壓板投退、定值修改等裝置與后臺的交互功能。
經過近年來智能變電站的工程實踐，各廠家的繼電保護裝置經過多次的互操作試驗，裝置的對外接口實現了統一規范，為實現自動測試提供了基礎。
1.2 故障模擬系統
要實現繼電保護裝置的自動測試，一個穩定可靠的故障模擬系統是關鍵。故障模擬必須能夠方便靈活地模擬各種故障，并且應能夠滿足 1.1 節裝置外部接口需求，即模擬量輸出能夠選擇小信號輸出方式和 SV 報文輸出方式，開關量能兼顧物理硬節點和 GOOSE 報文。此外，目前 SV 采樣方式均為直接采樣，SV 采樣值報文的發送間隔離散值應小于 10 μs。通過研究分析和實際驗證，智能繼電保護測試儀滿足以上需求，可以借用為自動測試系統中的故障模擬子系統。本文在構建自動測試系統時選用的北京博電公司的 PNF801 智能繼電保護測試儀作為故障模擬子系統，其性能參數如表 1 所示。
1.3 測試用例
測試用例的有效性和可重用性決定著自動測試系統的關鍵。要保證測試用例有效，自動測試系統須設計為開放式系統，支持測試工程師針對不同的保護裝置靈活地編輯測試用例；測試用例的可重用性決定著自動測試作為一種測試手段能否推廣實施，發揮實效。
一個典型的保護功能測試用例(如圖 1 所示)包括故障施加量和預期結果兩部分，故障施加量又包括裝置參數整定和故障參數設置，即測試前裝置需要修改哪些參數，如定值修改，壓板投退等；故障參數設置即定制故障類型，即需要給保護裝置施加什么樣的故障量、故障持續時間等。預期結果是實現全自動閉環測試的需要，測試過程中將比較實際結果和預計結果是否一致，來自動判別測試項目是否通過。預期結果具體包括保護信息及測試反饋信息，保護變位信息記錄保護動作報告及相關遙信變位信息，測試儀反饋信息則是保護的出口信息。
文獻[8-10]使得裝置的對外接口信息實現規范統一，故障參數設置實現重用是測試用例重用性的關鍵。由于選擇智能繼電保護測試儀作為故障模擬子系統，故障參數就是測試儀的測試模版文件。對于智能繼電保護測試儀，故障參數包括故障量和IEC61850 配置兩部分。當測試用例應用于不同裝置測試時，故障量參數不變，而 SV 及 GOOSE 的APPID、Mac 地址、DA 個數等 IEC61850 配置信息一般都需要改變。故需要將故障量和 IEC61850 配置分別存儲為單獨的文件。對于 PNF801 智能繼電保護測試儀而言，故障量參數為后綴名為“.tpl”的測試模版文件，而 IEC61850 配置參數則為后綴名為“.csg”的配置文件。在開始自動測試前，根據被測裝置的虛端子連線情況，導出相應的 IEC61850配置文件即可實現故障參數的重用，進而實現了測試用例的重用。
2 自動測試系統設計
2.1 設計思路及系統框架
本文的設計思路是在現有智能繼電保護測試儀的基礎上開發一套自動測試系統軟件從而快速構建繼電保護裝置自動測試系統。結構如圖 2。
自動測試系統軟件與測試儀客戶端軟件之間通過 SOCKET(套接字)實現程序間通信，完成測試儀控制命令的下發和測試結果的反饋功能；與被測繼電保護裝置基于IEC61850標準采用MMS通信協議實現單播通信，實現保護裝置控制命令的下發和裝置動作報告、錄波、遙信變位等信息的獲取功能，自動測試系統軟件實現測試任務調度控制、結果判別，*終實現全自動閉環測試。
本文基于微軟公司的 VS2010 平臺開發了一套自動測試系統軟件，其模塊劃分如圖 3 所示。執行控制模塊負責任務的調度執行、結果判別等；通信模塊負責與測試儀客戶端程序、保護裝置完成通信，完成執行控制模塊控制命令的下發及測試結果的接收和解析；用例編輯模塊實現測試用例的靈活編輯，對于自動測試而言，需要提前建立豐富的測試用例庫，故易用性設計是用例編輯模塊的關鍵；用例管理模塊實現用例的備份、加載等功能；日志模塊記錄自動測試的所有過程信息，便于問題分析定位；報告生成模塊則負責測試完成后自動生成指定格式的測試報告。
2.2 自動測試控制流程設計
智能變電站繼電保護裝置的自動測試大體分為測試前準備和測試執行兩部分工作，分別如圖 4、圖 5 所示。
2.3 典型應用模式
根據繼電保護的電氣量獲取方式，可以把繼電保護分為基于單端電氣量保護和基于雙端電氣量的縱聯保護兩類。基于單端電氣量的保護主要有變壓器保護、母線保護、斷路器保護、線路保護的后備保護等；基于雙端電氣量的保護裝置主要有高壓線路縱聯保護，如高頻距離、高頻方向、縱聯差動保護等。自動測試系統在這兩類保護測試的典型應用如圖 6 所示。
3 自動測試系統應用
3.1 應用案例
結合本自動測試系統在 220 kV 線路光纖差動保護裝置的測試應用，對自動測試系統的整體思路及應用流程說明如下。
首先，制定測試方案，明確測試項目及要求，測試方案如表 2。
其次，建立測試用例庫。依據測試方案，細化測試項目，編制測試用例，完畢后進行用例有效性驗證，合格后提交測試用例庫。
*后，測試時，從測試用例庫中提取對應測試用例直接加載，開始自動測試。
3.2 應用效果
基于智能繼電保護測試儀構建的自動測試系統，實現了繼電保護裝置的全自動測試，在繼電保護產品的測試工作中效果明顯，使得測試流程得到優化，測試效率得到顯著提高；為繼電保護產品的多次重復測試提供了技術手段，使得小概率問題的暴露成為可能，測試更加**充分；有效排除了人工測試的不確定因素，保證了測試一致性。此外，隨著自動測試系統的推廣應用，測試用例庫將日趨豐富，測試效率和測試**性都將逐步提升。
4 結語
本文基于智能繼電保護測試儀開發自動測試系統軟件，從而構建智能變電站繼電保護自動測試系統的方法，充分利用了業界現有的技術基礎，開發工作量相對較小，有著實現快捷、系統穩定等優勢。目前，已經成功應用于許繼電氣公司智能變電站繼電保護產品的測試工作中，改進了測試方法，提高了測試效率，在產品的質量保障過程中發揮了重要作用。此系統的設計思路和實現方法對智能變電站工程的調試、驗收等環節具有很強的參考價值，推廣應用前景廣闊。隨著網絡技術在智能變電站中更加廣泛成熟的應用，智能繼電保護測試儀硬件資源的限制將被突破，多個裝置甚至整個變電站的自動測試、調試、驗收等都可以借鑒此設計思路實現。
