0 引言
近年來，隨著智能變電站的推廣，采用 IEC61850 通信的繼電保護產品已經成為變電站的主流選擇，也成為多數繼電保護生產廠家的開發(fā)重點 [1]。無論是常規(guī)采樣、常規(guī)跳閘，還是 SV 采樣、GOOSE 跳閘，站控層使用 IEC61850 通信已經是新建變電站的不二的選擇 [2-3]。
目前變電站繼電保護裝置的測試環(huán)節(jié)仍很傳統(tǒng)，測試人員的個人經驗和工作狀態(tài)對測試結果有著較大影響 [4-6]。另外，現(xiàn)有的自動測試平臺無法實現(xiàn)對不同廠家的不同裝置的自動測試。針對每個廠家，都需編寫專屬的測試案例。甚至針對同一個廠家的常規(guī)采樣裝置和 SV 采樣裝置都需要編寫不同的測試案例。導致每次測試都需編寫測試案例，無形中增加了時間成本 [7]。
本文主要通過對 IEC61850 站控層通信的研究，提出了一種在模塊化測例中增加對應關系來實現(xiàn)定值修改與壓板投退的方法。在此基礎上，控制測試儀的輸出，采集保護裝置的行為，實現(xiàn)不同保護廠家的保護裝置的自動測試。
1 自動測試系統(tǒng)結構
自動測試系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分。硬件部分主要實現(xiàn)測試系統(tǒng)的搭建以及與被測裝置的連接。軟件部分主要進行自動控制，完成自動測試工作。其主要特點為測試流程標準、可擴展及測試閉環(huán)。測試系統(tǒng)主要結構如圖 1 所示 [8]。
1.1 測試系統(tǒng)的硬件結構
測試系統(tǒng)的硬件主要由計算機、交換機、測試儀以及相互之間連接所需要的網線、測試線等構成。測試中計算機主要完成自動測試系統(tǒng)軟件平臺的運行。測試儀根據測試需求選擇數字測試儀或常規(guī)測試儀。計算機、測試儀以及被測設備通過網線與交換機連接，以實現(xiàn)上述設備之間的通信。對于模擬量采樣裝置，測試儀與被測裝置之間使用短接線連接；對于數字化裝置則通過光纖連接。上述的硬件環(huán)境搭建，能夠使測試儀、被測設備以及自動測試系統(tǒng)軟件平臺之間形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，為測試軟件的運行提供了平臺 [9]。
1.2 測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)
測試系統(tǒng)的軟件是自動測試系統(tǒng)的核心部分。測試系統(tǒng)軟件結構圖見圖 2。其架構主要分為三個層次：
（1）測試配置層。測試配置層主要實現(xiàn)加載與修改測例，并根據 SCD 文件的內容，編寫定值壓板的對應關系。
（2）測試控制層。測試控制層主要完成解析 SCD 文件與被測裝置建立 MMS 通信，收集保護裝置的報告信息。通過測試儀廠家提供的 API 接口，控制測試儀的輸出，實現(xiàn)對保護裝置施加模擬量，投退硬壓板的操作 , 并通過測試儀采集保護裝置的動作情況。測試控制層根據保護裝置動作報告信
息以及測試儀反饋的動作情況，對測試結果做出判斷。
（3）測試層。測試層中測試儀接收測試系統(tǒng)的控制命令施加具體模擬量以及開關量到被測裝置。
測試系統(tǒng)與保護裝置通過 IEC61850 規(guī)約完成通信工作 [10]。在測試開始時，首先將帶有保護裝置私有信息的 SCD文件導入到測試系統(tǒng)中。測試系統(tǒng)根據 SCD 文件解析出對應保護裝置的數據模型。根據保護裝置的數據模型，測試系統(tǒng)可以遠方修改定值，軟壓板。在自動測試時，保護裝置將動作報文通過 MMS 上送到測試系統(tǒng)。
測試系統(tǒng)與測試儀通過廠家提供的 API 接口實現(xiàn)通信。對于 SV 采樣，GOOSE 跳閘的保護裝置，測試儀需要輸出數字量。同樣地，通過 SCD 文件，測試系統(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信息 [11]。同時從 SCD 文件中提取測試儀需要收集的保護裝置
發(fā)送的 GOOSE 信息。測試系統(tǒng)將提取的信息，通過測試儀廠家提供的協(xié)議，下裝到測試儀中，對于常規(guī)采樣，常規(guī)跳閘的裝置，不需要數字量信息，但是需要將給保護裝置的開入、開出通過短接線連接，并將其關聯(lián)到相應測試儀的開入開出上。同樣，測試系統(tǒng)將開入開出信息下裝到測試儀。測試儀實現(xiàn)對保護裝置的加量，以及跳閘出口的監(jiān)視。在自動測試中時，測試儀將收集到的裝置動作行為上送到測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)根據收集到的數據，自動判斷測試結果。
現(xiàn)有的自動測試方法難以實現(xiàn)對不同廠家，不同保護裝置的通用性，其主要存在兩方面的困難：一方面是不同保護裝置的保護功能不同；另一方面是一個測試模板難以實現(xiàn)對不同保護裝置的定值，壓板等的修改操作。我們用保護功能的模塊化設計，投退壓板功能的模塊化設計以及修改定值的模塊化設計這三個模塊化設計方案來解決上述兩個問題。
2 保護功能的模塊化設計
對于不同的保護裝置來說，其具有不同的保護功能。事實上，可以將保護裝置看成一個保護功能的合集。相應的，對于測試來說，可以將不同保護功能的測例整合成一個測例集。在初期建立測試模板時，不針對具體的保護裝置建立測例，而是針對保護功能建立測例。例如，變壓器保護主要包括差動保護，阻抗保護及復壓過流保護等。我們可以建立差動保護，阻抗保護，復壓過流保護的測例。這些測例不只適用于變壓器保護，對于線路保護來說，阻抗保護以及復壓過流保護的測例也同樣適用這些測例。另外，測例建立過程中，只根據相應的故障發(fā)生時，其電壓電流等電氣量故障特征來進行該保護功能測例的建立，不針對具體廠家的保護裝置，以這種模式建立的測例可以適用于不同廠家的保護裝置。在每個保護功能的測例里，建立詳細的測試過程。包含有每個測試狀態(tài)中的模擬量信息，開出量信息以及需要收集的保護裝置的動作信息。
在實際測試時，我們將建立一個測例集，并將測例集實例化為針對具體廠家的測例集，即能完成具體保護裝置的測試。例如對于 A 廠家的變壓器保護，其具有差動保護以及復壓過流保護等，我們可以建立一個針對 A 廠家變壓器保護裝置的實例化的測例集，在建立測例集時根據其具有的保護功能選擇相應的測例，從而生成針對 A 廠家變壓器保護的測例集。應用該中方式可以解決不同保護裝置具有的保護功能不同的問題。
3 投退壓板功能的模塊化設計
在測試過程中為了避免不相關的保護動作對正常測試的保護功能的影響，測試過程中需要將正在測試的保護功能投入，退出其余不相關的保護功能。投退保護功能可以通過投退壓板或者控制字的方式來實現(xiàn)。
為了實現(xiàn)軟壓板以及控制的投退在建立測例時，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，放在測例前端。測例不針對具體廠家的裝置進行建立，只根據保護功能應有的動作情況，將可能用到的壓板以及控制字全部列出。在實例化測例集時，測例集將全部測例的修改項提取出來，生成對應關系文件。測試人員只需將文件中的這些修改內容與保護裝置的控制字，壓板的中文名稱一一對應填寫，如果裝置無該項內容填入“NULL”，完成后重新導入到測試系統(tǒng)中，測試后臺將自動將中文名稱與廠家 SCD 文件建立對應關系。在測試過程中，當需要投退控制字或者壓板時，即可完成自動修改[12]。
4 修改定值的模塊化設計
對不同的裝置來說其定值范圍不同，誤差要求不同，這些不同要求我們對不同的裝置要測試不同的定值，采用不同的判斷方式判斷結果是否正確。
為了解決這個問題，我們設計了定值的模塊化設計。同樣的也是在每個測例中窮舉其對應的大化定值清單，并在該清單中詳細列出對應項的大值，小值以及誤差范圍要求。測試人員只需將文件中的這些修改內容與保護裝置的實際內容一一對應填寫，如果裝置無該項內容填入“NULL”，完成后重新導入到測試系統(tǒng)中，測試后臺在測試過程中根據實際情況對定值進行自動修改。
根據 GB/T 7261-2016 規(guī)定的方法，測試系統(tǒng)可以根據裝置的定值，誤差范圍等自動確定測試加量的初始值，遞變步長，變化時間以及誤差判斷。舉例說明如下，假設測試保護的定值為 S、延時為 T 和定值誤差 Es。則根據規(guī)定的測試方法施加初始值為 S-2S*Es，步長為 2S*Es/10，遞變時間為2T。根據這種方式即能實現(xiàn)定值的自動修改與測試工作。
以 110KV 變壓器保護裝置為例。其涉及的主要保護為差動保護，復壓過流保護，間隙保護以及失靈保護。在建立測例集時，首先選擇對應保護功能的測例將其組合成為一個測例集。并根據測例集生成的對應關系文件，將裝置實際的定值壓板填寫的對應關系文件的對應位置。之后導入相應的SCD 文件，并根據被測裝置的類型選擇相應的測試儀輸出模式，配置對應的模擬量輸出以及開入開出信息，同時建立被測裝置與主站的 MMS連接。后，將被測裝置實際擁有的定值，壓板等信息與測例集中的相關信息對應起來，實現(xiàn)壓板和定值的自動修改 [13]。
實際測試時，首先完成硬件系統(tǒng)的搭建，然后運行軟件系統(tǒng)，即可實現(xiàn)全部保護功能的自動測試。測試結束后，可以手動點開具體每項測試，查看相應測試數據。
本文針對不同保護裝置需要建立不同的測試模板來達到自動測試的情況，提出了針對保護功能建立測例繼而將其應用于不同的保護保護裝置的方法。通過此方法能夠實現(xiàn)保護裝置的自動測試工作。對于測試機構來說，此種建立測例的方式能夠實現(xiàn)保護功能的自動測試工作，有效降低測試占用的人工時間，提高測試效率。
