一种微机继电保护自动测试系统的制作方法

本发明涉及一种软件测试系统，尤其是涉及一种微机继电保护自动测试系统。

背景技术：

继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一，对电力系统的安全稳定运行起着重要的作用。随着计算机技术、微电子技术和通信技术的发展，新型继电保护装置特别是数字式保护装置已经得到广泛的推广和应用。

目前微机型继电保护测试仪主要以手工测试为主，测试功能比较简单固定，实际应用时，需要测试人员对保护原理和微机型继电保护测试仪有比较深入的理解。在测试过程中需要根据测试功能不同相应调整测试参数，测试完成后要分析测试数据整理成检验报告，其中存在测试不规范、测试范围覆盖有限和测试效率低下等诸多问题，给继电保护装置产品质量的控制和电力系统安全运行带来隐患。

因此需要开发继电保护自动测试系统，以满足不同用户的各种需求，自动实现不同试验方法、试验参数和试验过程的控制，提高工作效率，保证电力系统的稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可自动生成测试文档、高效率的微机继电保护自动测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种微机继电保护自动测试系统，包括继电保护测试仪和测试主机，所述的继电保护测试仪和测试主机分别用于连接微机继电保护装置，所述的测试主机包括多个测试模块，测试模块向继电保护测试仪下发指令，继电保护测试仪根据指令控制微机继电保护装置执行相应动作，并向测试主机返回数据，

所述的测试主机还包括分别与测试模块连接的流程规划模块和测试文档生成模块，

所述的流程规划模块启动首个测试模块后，测试模块令测试文档生成模块记录测试数据，同时向继电保护测试仪下发与电气量有关的指令，使微机继电保护装置的元件执行相应动作，然后测试文档生成模块读取继电保护测试仪中的动作数据并记录，同时提醒流程规划模块启动下一个测试模块，直到最后一个动作数据记录完毕，测试完成。

所述的测试数据包括继电保护测试仪下发的与电气量有关的指令、指令下发时间和元件信息。

所述的动作数据包括元件的动作执行时间、动作幅值或角度。

所述的测试文档生成模块与打印机连接，最后一个动作数据记录完毕后，测试文档生成模块启动打印机，打印测试文档。

测试完成的标志为：测试文档生成模块提醒流程规划模块启动下一个测试模块后，流程规划模块向测试文档生成模块返回测试完毕指令。

所述的测试模块包括通讯功能测试模块，流程规划模块首先启动通讯功能测试模块，通讯功能测试模块启动后，向继电保护测试仪下发电流或电压指令，继电保护测试仪将微机继电保护装置中的动作数据返回给测试文档生成模块和通讯功能测试模块，若动作数据正常，则通讯功能测试模块提醒流程规划模块启动下一个测试模块，否则告警。

所述的告警方式为：测试主机显示非正常数据对应的元件信息并发出声音警报。

所述的测试模块包括动作特性曲线测试模块，所述的动作特性曲线测试模块存储继电保护装置元件的理想动作特性曲线，并根据理想动作特性曲线参数生成激励数据，将激励数据依次下发给继电保护测试仪，继电保护测试仪输出相应的电气量，测试文档生成模块根据元件的动作情况记录实际动作特性曲线。

所述的继电保护测试仪与测试主机通过以太网连接。

所述的继电保护测试仪与测试主机通过RS485串口连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)流程规划模块按照设置自动按顺序启动测试模块，无须手动进行测试，提高测试效率；测试主机具有自动生成测试文档的功能，每个测试模块执行完毕后，测试文档生成模块都记录动作数据，测试文档生成模块的单次工作量小。

(2)测试文档生成模块记录完最后一个动作数据后，测试文档生成模块自动启动打印机打印测试文档，减少测试人员工作量。

(3)流程规划模块首先启动通讯功能测试模块，若元件动作数据不正常，则及时告警，减少不必要的测试行为。

(4)动作特性曲线测试模块可使测试文档生成模块23根据元件的动作情况记录实际动作特性曲线，可与理想动作特性曲线进行对比，得到测试结果。

(5)继电保护测试仪与测试主机通过以太网连接，数据传输速度快、可靠性高。

(6)继电保护测试仪与测试主机通过RS485串口连接，抗噪声干扰性好，容易构成分布式系统。

附图说明

图1为本实施例的硬件结构示意图；

图2为本实施例测试主机的模块连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种微机继电保护自动测试系统，包括继电保护测试仪1和测试主机2，所述的继电保护测试仪1和测试主机2分别用于连接微机继电保护装置3，测试主机2包括流程规划模块22、测试文档生成模块23以及多个测试模块21，测试主机2内部连接关系图如图2所示。

流程规划模块22启动首个测试模块21后，测试模块21令测试文档生成模块23记录测试数据，同时向继电保护测试仪1下发与电气量有关的指令，使微机继电保护装置3的元件执行相应动作；然后测试文档生成模块23读取继电保护测试仪1中的动作数据并记录，同时提醒流程规划模块22启动下一个测试模块21，直到最后一个动作数据记录完毕，流程规划模块22向测试文档生成模块23返回测试完毕指令，表明测试完成，此时，测试文档生成模块23启动打印机，打印测试文档。

其中，动作数据包括元件的动作执行时间、动作幅值或角度，测试数据包括继电保护测试仪1下发的与电气量有关的指令、指令下发时间和元件信息。

测试模块21包括通讯功能测试模块，流程规划模块22首先启动通讯功能测试模块，通讯功能测试模块启动后，向继电保护测试仪1下发电流或电压指令，继电保护测试仪1将微机继电保护装置3中的动作数据返回给测试文档生成模块23和通讯功能测试模块，若动作数据正常，则通讯功能测试模块提醒流程规划模块22启动下一个测试模块21，否则告警，告警方式为：测试主机2显示非正常数据对应的元件信息并发出声音警报。

测试模块21还包括动作特性曲线测试模块，动作特性曲线测试模块存储继电保护装置3元件的理想动作特性曲线，并根据理想动作特性曲线参数生成激励数据，将激励数据依次下发给继电保护测试仪1，继电保护测试仪1输出相应的电气量，测试文档生成模块23根据元件的动作情况记录实际动作特性曲线。

继电保护测试仪1与测试主机2通过以太网连接。

继电保护测试仪1与测试主机2通过RS485串口连接。

如图2所示，本微机继电保护自动测试系统包括继电保护测试仪1、测试主机2和微机继电保护装置3，其主要功能是完成微机继电保护装置3保护功能的测试、通讯功能的测试。在该系统中，继电保护测试仪1接收测试主机2通过以太网口发出来的模拟量(电流、电压)命令，输出相应的电流、电压值。微机继电保护装置3根据输入的电流、电压值完成相应保护软件逻辑判断，并完成相应的跳闸操作，通过综合自动化通讯口(RS485串口)输出跳闸报文给测试主机2。测试主机2可以通过综自口修改保护定值等。

在测试过程中引入自动化工具进行自动化测试是一种非常实用高效的方法。自动化测试具有一致性和可重复性的特点，很容易发现被测软件的任何改变；自动化测试中通过事先制定测试计划，可以减少人为因素干扰，排除测试的随机性和盲目性，提高测试效率和测试可靠性；自动化测试可以充分利用硬件资源，完成手工测试由于时间或运行环境限制而无法进行的测试，保证了测试的完整性，从而缩短产品的开发周期。

根据不同的保护功能和测试需求只需编辑不同的自动化测试方案，有效减少了人工对微机继电保护装置的频繁操作，降低了人为操作对微机继电保护装置造成的设备损坏。有效减轻继保调试人员的劳动强度，避免调试过程中的操作失误，提高调试工作效率。为继保装置调试测试提供一个规范、标准、统一的解决方案。

如图1所示，本实施例的系统硬件平台包括测试主机2，测试主机2选用成熟的工控计算机，工控计算机具有一个RS485串口，一个以太网口。串口和太网口是通用的接口。测试主机2是整个控制系统的核心硬件，它通过网络和系统中其他硬件进行信息交互，控制继电保护测试仪1向微机继电保护装置3输出模拟量，接收微机继电保护装置3信息解析模块上送的保护动作信息并通过其完成对微机继电保护装置3的控制，控制可编程控制器输出保护测试的开入量命令，检验微机继电保护装置3继电器开出触点动作。

自动测试控制平台执行具体的测试功能，控制平台采用界面友好的Windows操作系统，提供友好的人机界面。控制平台主要任务：自动测试系统系统配置，测试用例和测试方案的读取，测试过程信息监视，测试结果分析和处理以及测试报告生成、保存和打印。具体工作流程为：根据微机继电保护装置3的具体信息，选择自动测试方案，通过网络命令驱动其他程序模块控制相应的硬件，配合完成保护功能测试，并依据测试方案结合其他模块反馈测试数据，完成测试结果判断和测试报告形成。

本实施例的系统软件平台，包括：

1)测试主机2和继电保护测试仪1的通讯软件

由ONLLY继电保护厂家提供继电保护测试系统二次开发接口API函数，并提供API编程实例，编制测试主机2和继电保护测试仪1之间的通讯程序。程序主要有2个功能，由测试主机2向继电保护测试仪1输出电流、电压数据的命令，继电保护测试仪1把保护接点动作标志、动作时间发送给测试主机2。

2)微机保护综自通讯软件

继电保护综自规约大多采用103规约，继电保护厂家不同提供的微机保护综自通讯规约不同。所以，应该根据厂家提供的通讯规约，编制测试主机和微机保护装置综自接口的通讯程序。本实施例使用南瑞继保公司的103规约进行编程。

本通讯规约软件要完成以下功能：

1)读取软压板、定值、控制字等参数信息

2)投退软压板、修改保护定值

3)读取保护告警、跳闸信息

本系统测试的主要功能，包括：

1)微机保护精度校核

由测试主机2根据保护的额定值输出电流、电压值，读取微机继电保护装置3的测量值数据，对测量精度进行校核。根据测量要求，可以选取多点进行精度校核。

2)保护定值修改

测试主机2通过维护口修改定值，再读取保护定值，比较需要修改的定值和修改后的定值进行比较，效验正确性。

3)故障录波功能的校核

测试主机2发出在一定时间段内变化模拟输入量的命令到继电保护测试仪1，继电保护测试仪1发出变化的模拟量，测试主机2读取微机保护记录下的故障录波波形，并对波形进行校核。

4)保护定值精度校核

测试主机2根据保护原理输出模拟量参数到继电保护测试仪1，继电保护测试仪1输出电流、电压值到微机继电保护装置3，微机继电保护装置3动作后输出保护动作接点到继电保护测试仪1，动作报告到测试主机2，测试主机2读取继电保护测试仪1的测试结果(开关量动作标志、动作时间)和保护动作报告，校核正确性。

5)保护逻辑测试

根据保护整定的动作曲线，计算输入到继电保护测试仪1的电流、电压值，多次测试，读取每次测试的输出结果，根据结果绘制保护的动作曲线。

6)检测保护装置动作报告的正确性

每次测试根据综自口的通讯延时、继电保护测试仪1的通讯延时判断报告是否丢失，并进行统计。

系统测试的内容包括：

1辅助功能测试

1)测量精度测试

以太网输出：额定电流值

综自口输入：遥测量

测试结果：测量值精度

2)微机继电保护装置3复归功能测试

综自串口输出：复归命令

综自串口输入：复归报告

3)定值区修改测试

综自串口输出：写入保护装置各个分区定值、定值区切换

综自串口输入：读入运行区定值

4)保护动作、报警信号测试

在保护功能测试过程中检查保护动作和告警报告的有无、内容，并把报告的错误进行记录。

测试结果：报告丢失、报告错误，放入到输出结果数据库中。

5)自动校核保护模拟量通道

以太网输出：电流、电压额定值

综自串口输入：遥测电流、电压值，计算通道系数，写入装置

2保护功能测试

保护功能测试包括定值精度测试、动作特性曲线和逻辑测试。

1)电流、电压精度测试

以太网输出：电流、电压模拟量值

以太网输入：保护动作接点、时间

综自串口输入：保护动作报告

测试结果：动作边界、动作报告的完整性、定值精度

2)动作特性曲线测试

测试继电保护元件的动作特性曲线。由变电站主机根据动作特性曲线参数生成继电保护测试仪的输出值数据(激励数据)，逐个下发到继电保护测试仪1，继电保护测试仪1输出相应的电气量，根据继电保护的动作情况，变电站主机绘制相应的动作特性曲线。

3)逻辑测试

以保护元件逻辑图为依据，进行可以定位到保护元件程序代码行的白盒测试。由变电站主机下发激励量到继电保护测试仪，1继电保护测试仪1输出电气量给微机继电保护装置3，根据保护的动作情况，读取保护的故障录波文件中的逻辑变量输出值，把逻辑变量输出值和逻辑图进行比较，由逻辑变量和逻辑图中的逻辑变量的偏差，判断是否保护程序中有问题。

通讯程序设计：

1)ONLLYS保护测试仪通讯程序设计

以ONLLYS保护测试仪厂家提供的API接口函数为基础进行通讯程序的设计。由于保护测试仪本身测量精度、延时等已经过严格的检测，所以自动测试系统仪保护测试仪的测试结果为基础，进行功能的测试。采用面向对象编程的设计方式，设计保护自动测试系统与保护测试仪之间的数据接口，系统中使用不同厂家的保护测试仪时，不改变数据接口，仅改变对应的API函数，获取数据接口中的输入数据，返回相应的数据。

自动测试系统和保护测试仪的通用数据接口如表1：

表1通用数据接口

如使用ONLLY继电保护测试仪时，把接口数据写入TestParams参数中，再调用相应的API函数完成一次数据测试。

2)103规约程序设计

根据继电保护二次设备的生产厂家不同，编制相应的103规约程序。103规约程序有以下功能：

(1)读取继电保护设备的电流、电压测量值；

(2)读取保护定值，并能修改定值；

(3)读取保护动作报告和告警报告；

(4)读取保护硬压板值。

保护测试算法及数据库程序设计：

1)保护测试定值的输入

测试系统中有保护定值库，用户可以在设备管理界面中输入，也可以通过excel表格输入。程序设备管理按照两级管理，第一级是保护装置模块，如馈线保护、变压器主保护、变压器高压侧后备保护、变压器低压侧后备保护等。第二级是保护元件，如复合电压闭锁的方向过流保护、比率差动保护、零序方向过流保护。设备库内设备添加过程为先添加保护装置模块，在保护装置模块中添加保护元件。

2)保护精度测试

程序应该根据保护定值计算出测试仪输出的模拟量参数和等待延时等。

等待继电保护装置报告返回的延时值，等待保护测试仪返回数值的延时等。二级保护元件输出包括：模拟量定值的上、下边界及动作精度、时间精度、测试中是否有报告丢失、指标评价。二级元件显示元件的输入、输出值，一级保护装置显示所有的二级元件的输入输出值。

下面以实际测试为例，介绍本发明涉及的主要测试方法：

1、基本测试

1)电流、电压：包括各序分量。主要测试边界条件，边界条件包括动作边界(上边界)和不动作边界(下边界)。

2)动作时间：设定动作量为2倍额定值，保护动作后读取保护测试仪接点返回时间。

3)方向元件测试：主要测试角度范围。主要测试最小角度动作边界(如0°附近)和最大角度动作边界(如180°附近)。

4)动作特性测试：包括各种保护元件的动作特性曲线，如距离保护阻抗圆、比率差动保护两折线比率制动特性等。测试完成后，由测试主机输出曲线。

2、闭锁功能的测试

1)首先完成基本元件的测试，测试完成后再测试闭锁条件。基本元件的动作量设定为2倍额定值，然后逐次投入闭锁条件，逐一测试。闭锁条件的测试方法同基本测试一致。如：

2)复合电压闭锁过流保护：过流保护——〉负序电压——〉低电压——〉方向元件。首先对过流保护进行基本测试，然后设定2倍动作量，投入负序电压，闭锁低电压、方向元件，对负序电压功能进行基本测试，测试完成后，闭锁负序电压，投入低电压，依次进行。

测试过程：

1)修改保护定值，设定过流保护、负序电压、低电压、方向元件定值，投入复合电压闭锁过流保护、退负序电压闭锁、退低电压闭锁、退方向。

2)测试过流保护上边界、下边界。

3)投入负序电压闭锁。

4)固定测试仪电流输入量为2倍过流保护定值，保证过流保护可靠动作，测试负序电压闭锁上边界、下边界。

5)退负序电压闭锁、投入低电压闭锁。

6)固定测试仪电流输入量为2倍过流保护定值，测试低电压闭锁上边界、下边界。

7)退低电压闭锁、投入方向。

8)固定测试仪电流输入量为2倍过流保护定值，测试方向元件角度范围，最小角度、最大角度。