继电保护自动测试过程通用描述方法

摘要：继电保护自动化测试对于提高当前继电保护功能测试的效率和质量都非常重要。基于通用的硬件模型和对典型测试过程的分析，讨论了一种继保自动测试过程的通用描述方法。该方法对于继保自动测试系统的实现和提高未来继电保护自动化系统的通用性和标准化具有一定的参考价值。

关键词：继电保护测试；自动化测试系统；通用描述方法；测试过程；功能测试

作为质量控制的重要部分,继电保护装置的功能测试在继电保护产品的研发、生产、现场调试、验收及运维中都不可或缺。在很长一段时间,这项工作主要依靠人工测试,不但效率不高,而且容易出错,质量难以保证[1]。解决问题的根本出路,在于通过自动化手段进行改造,实现整个测试过程的闭环自动化执行。继电保护自动化测试是近年来的一个热点,不少同行在这方面做出了各种有益的探索,也开发出了一些实用的测试系统[2-3],但这些系统的开发多基于特定的硬件,因而在系统的通用性和开放性上还受到一定限制。本质上,自动化测试是一个顺序执行的过程。以通用性和标准化为目标,本文尝试抛开具体的测试硬件和软件,讨论针对这种顺序执行过程的通用描述方法,并进一步阐述其对自动化测试系统设计和未来自动化测试系统发展的参考意义。

1测试系统的通用硬件结构

继电保护自动化测试是闭环测试,测试的过程不需要人工参与,其典型硬件结构如图1所示[4]。系统中包括上位机、测试仪和继电保护装置。上位机通过通信介质分别与测试仪和继电保护装置实现通信连接,测试仪和被测装置通过物理接口实现模拟量和数字量的交互。上位机作为系统的中心,通过测试软件进行协调和控制,实现三者间的配合,以完成整个自动化测试。

2继电保护自动化测试的基本过程

测试的基本过程是一个励磁和反馈的过程,即根据被测装置所设定值和参数施加一定的励磁量,然后检查装置输出的状态,从而判断被测功能是否符合期望。从测试者的角度看,这里包含了一些通过自动化程序执行的基本操作,如设置定值、输出信号和检查反馈等。实际的执行情况比较复杂,例如需要在定值附近以逐步逼近的方式输出变化的模拟量而获得具体的动作值,这就需要针对同一定值重复执行加量的过程。而对于同一定值,也需要在对不同的整定值进行,如从0.1倍额定值到5倍额定值间取10个点,这种情况更为复杂。虽然具体的测试有其复杂性,但其测试过程总可以归结为一些有限的基本操作按一定序列的组合。为了有效描述这些特定序列,一个自然的思路就是通过对特定测试过程的分析,确定测试过程中的基本操作和用于描述测试过程的特征信息,进而寻找一种结构化的描述方式。

3测试过程的通用描述方法

下面以典型的动作/返回值测试为例来说明这种通过分析测试获得通用描述的方法。测试方法为单励磁量缓慢施加法[5]。

3.1动作值/返回值测试的详细过程

当给定动作值时,动作值/返回值测试过程如图2所示。图2中,横坐标代表时间轴;纵坐标代表励磁量的值,具体的励磁量依被测功能的不同而有所不同。图2中包含三条曲线:①代表动作值测试中励磁量的变化;②代表返回值测试中励磁量的变化;③代表反馈信号的变化,这里指保护的启动信号。动作值测试过程如曲线①所示,测试中所加励磁量从小到大逐渐变化,将检测到启动信号时刻所加励磁量的值记为实际动作值,此后励磁量不需继续增加。实际动作值和理论动作值之间的差为实际误差,如果在允许范围内,则可判断该点动作值测试通过。曲线的起始值和结束值是测试最开始施加的励磁量和测试停止时励磁量的最大值。施加起始值时保护应可靠不动作;施加结束值时保护应能可靠动作。在测试中如果励磁量一直增大到结束值仍不能检测到启动信号,则意味着该点测试失败,此后励磁量也不需继续增加。曲线的步长代表励磁信号每次增加的大小,每步延时代表每一个具体励磁值保持的时间。为保证准确度,步长要尽量小,每步保持时间要足够长。此外,理论动作值对应具体被测动作值的设定值,是被验证的对象,理论返回值是当前动作值对应的返回值。返回值测试如曲线②所示,该曲线是曲线①的继续,即从测到动作信号后励磁量开始从大到小逐渐变化。将检测到启动信号返回时刻所加的励磁量的对应值记为实际返回值,此后所加励磁量不需继续减小,相应地,返回值测试也应该有对应的结束值。当给定一系列动作值进行测试时,只需要动态地改变受测动作值的具体值,则励磁量的输出值范围将作相应变化,但测试的过程并没有变化。图2中的初始值延时,是指当设定完装置定值、输出开始值前,测试仪输出保持一个初始状态的时间。此外,在测试开始时自然需要设定装置到特定的定值,并且设定测试仪到特定的输出状态。而在整个测试结束时,需要恢复装置定值到一个默认值,并应恢复测试仪输出到一个默认状态。可以看出,在测试中存在着一些基本的、可按特定顺序重复执行的步骤,称为通用基本操作。例如,不管设定测试仪输出到一个初始状态还是输出到一个特定状态,都包含两步操作:设置测试仪通道要实现的值/状态和触发测试仪输出对应状态。描述一个具体的测试过程,可以从确定这些通用基本操作入手。

3.2动作/返回值测试中的通用基本操作

基于上节分析,可以按照测试执行的过程列出相关的通用基本操作:①设置装置定值参数;②定测试仪输出励磁量的值;③触发测试仪输出;④设置延时;⑤获取测试仪器收到的反馈(输入)信号;⑥保持/停止测试仪的输出状态;⑦判断测试仪器的输入是否符合预期。动作值/返回值测试的过程,其实就是这些通用基本操作按照上节中描述的顺序依次执行的过程。在具体的执行过程中,这些通用基本操作都需要其对应的输入信息,这些信息包括:①被测的定值或参数具体值;②励磁量的具体值或状态;③测试仪输出的触发条件;④测试仪输出的停止条件;⑤需要获取的反馈信号;⑥期望获得的反馈信号状态。

3.3动作/返回值测试的通用描述

结合上节中描述的过程,可用下表描述该测试中的特征信息。当给定了下表中信息的具体值,则图2中的执行细节便被一一确定了下来。下表即代表了对单点动作值/返回值测试过程的通用描述。这种描述的通用性体现在以下方面。1)不定义具体的数值。当对表中的信息赋予特定的数值时,则该表可以描述测试过程中各种值动态变化的情形。2)基于通用过程而不针对特定的保护功能。这里不定义具体的励磁量和励磁量的变化方向,则依据其具体定义,可用于描述采用不同特征量的各种过量/欠量保护功能的动作值/返回值测试,如过电流、过电压、欠电压乃至功率方向判据等。3)不定义具体的励磁量输出方式,其可以是传统互感器输出,也可以是传感器输出,或者数字量输出(如模拟量GOOSE,SV等)。4)基于通用过程而不依赖于具体采用的硬件和软件实现。不管采用何种测试仪器,也不管软件控制上是基于继电保护仪测试模块还是底层的命令接口,甚至于被测的保护装置有所不同,这种描述方式都是适用的。

4通用描述对实现自动化测试的参考价值

本文讨论了一种用通用方式描述继电保护自动测试过程的方法,即基于对特定测试过程的分析,确定测试中的通用基本操作,进而用通用操作所需的特征信息来描述具体的测试细节。这种描述方法的基础在于其总是对应于特定的测试过程。这些测试过程本身有其典型性,例如除了上述动作值的测试,还有动作时间的测试、测量值的测试等,虽然在具体执行过程和特征信息上有其不同,但都可用同样的方式定义为特定测试过程和通用描述信息的组合。更进一步,可以将对一个保护功能的具体测试表示为一组通用描述和其对应典型过程的组合。这意味着可以将一个具体保护功能的相关测试表示为一组实例化的通用描述,每一个通用描述对应一个测试用例。

5结束语

本文提出的通用描述方法将测试软件、继电保护仪和被测装置之间复杂的过程模型化,可以简化自动化测试系统的设计。这种方法区分了过程与信息,使得测试用例的设计变成了对通用描述的实例化,不但简化了测试用例的开发,而且开发出的测试用例具有良好的通用性和复用性,便于测试任务的创建和执行的管理。这种思路对于自动化测试系统将来的发展也有参考意义。因为这种通用描述方法独立于特定的硬件和软件,基于这种描述的测试系统可以在不同的上位机软件、测试仪乃至测试装置间达到很好的兼容性。当然,这需要软件开发厂商、测试仪厂家和继电保护厂家等各方面达成共识,共同完善对通用描述信息模型的标准化,并进一步推进自动化测试系统测试软件、测试仪和继电保护装置三者间接口标准化的工作。

参考文献

[1]应战煌,胡建斌,赵瑞东,等.继电保护装置自动测试系统研究和设计[J].电力系统保护与控制,2010,38(17):142-146.

[2]韩民畴,顾明远.智能变电站继电保护自动测试系统研究[J].智能电网,2015,3(10):937-942.

[3]胡红兵,李丽君,韩民畴.继电保护装置自动化测试系统的设计与实现[J].江苏电机工程,2013,32(2):54-56.

[4]王忠,张晓丽,李忠安,等.继电保护装置自动测试系统设计[J].电力系统保护与控制,2015,43(5):130-134.

[5]继电器及装置基本实验方法:GBT7261—2000[S].

作者：侯攀科 单位：ABB中国有限公司厦门分公司