０ 引言
隨著電子 技 術(shù)、計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù)、通 信 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等人工智能技術(shù)相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)、算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化和數(shù)字化方向發(fā)展［１－２］。電網(wǎng)數(shù)字化繼電保護(hù)的運(yùn)行檢修管理日益標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，各電壓等級、各類型保護(hù)設(shè)備的定檢作業(yè)基本已形成標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)指導(dǎo)書。
但是在實(shí)際的數(shù)字化保護(hù)定檢作業(yè)過程中，目前的繼電保護(hù)測試儀在自動(dòng)生成檢測項(xiàng)目、自動(dòng)執(zhí)行并生成測試報(bào)告方面還存在一定的功能欠缺，導(dǎo)致作業(yè)指導(dǎo)書上的每個(gè)測試項(xiàng)目主要還是依靠人工作業(yè)完成，包括試驗(yàn)前定值核對、試驗(yàn)接線、測試儀試驗(yàn)菜單選擇、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置等，項(xiàng)目測試完畢，工作人員還需手動(dòng)查看保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，判斷分析測試結(jié)果的正確性，并加以記錄整理。過多的人機(jī)交互操作不僅增加了現(xiàn)場人員的工作量，也給測試過程的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化引入了很大的不確定性和安全隱患。在這種需求背景下，降低基層班組定檢作業(yè)工作量，提高檢驗(yàn)工作效率，同時(shí)保證現(xiàn)場作業(yè)的安全性和定檢作業(yè)的規(guī)范性，開展數(shù)字化保護(hù)智能自動(dòng)測試系統(tǒng)的研究勢在必行。
數(shù)字化保護(hù)智能自動(dòng)測試系統(tǒng)是一套完整的數(shù)字化繼電保護(hù)閉環(huán)自動(dòng)測試系統(tǒng)，其目的是為繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)提供一個(gè)自動(dòng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和高效率的解決方案。國外測試儀器廠家推出了各種數(shù)字化保護(hù)試驗(yàn)裝置，其自動(dòng)化測試系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了基本功能的測試，并沒有完成真正意義上的閉環(huán)自動(dòng)測試，即只能做到局部自動(dòng)化。為此，本文充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，總結(jié)各級繼電保護(hù)測試專業(yè)技術(shù)人員的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在開放性平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能變電站繼電保護(hù)的閉環(huán)自動(dòng)測試，以大幅度降低現(xiàn)場定檢工作的工作量，提高定檢工作效率，并保證定檢作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和流程化。數(shù)字化智能變電站繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測試系統(tǒng)，建立在深入調(diào)研電力現(xiàn)場測試日常工作流程和操作習(xí)慣的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照智能保護(hù)裝置的檢驗(yàn)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行開發(fā)，確保適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。
１ 自動(dòng)測試系統(tǒng)整體架構(gòu)
１．１ 系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在硬件架構(gòu)上主要包括測試端、交 換 機(jī)、測 試儀、數(shù)字保護(hù)裝置。測試端與測試儀、數(shù)字保護(hù)裝置通過交換機(jī)形成通信鏈路，數(shù)字保護(hù)測試儀和被測數(shù)字保護(hù)裝置間通過光纖連接。測試端安裝數(shù)字化保護(hù)智能自動(dòng)測試系統(tǒng)，所有自動(dòng)測試的控制均在測試端上完成。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖１所示。
１．２ 軟件結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)
測試終端 （測試端）上安裝的數(shù)字化保護(hù)智能自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)如圖２所示［３］。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為二次開發(fā)部分和閉環(huán)自動(dòng)測試部分。
二次開發(fā)部分包括測試模板編輯模塊和報(bào)告模板編輯模塊。測試模板編輯模塊根據(jù)數(shù)字保護(hù)裝置的測試試驗(yàn)要求，編寫測試模板；報(bào)告模板編輯模塊根據(jù)測試模板編輯報(bào)告格式。
閉環(huán)自動(dòng)測試部分以自動(dòng)測試模塊為核心，包括數(shù)字測試儀接口模 塊、ＭＭＳ通 信 模 塊。自動(dòng)測試模塊根據(jù)測試模板和報(bào)告模板進(jìn)行自動(dòng)測試，通過調(diào)用測試儀控制接口模塊與數(shù)字保護(hù)測試儀完成通信，輸出測試故障；通過調(diào)用 ＭＭＳ通信模塊與數(shù)字保護(hù)裝置完成通信，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的讀取和通信命令的執(zhí)行。
２ 閉環(huán)自動(dòng)測試部分設(shè)計(jì)研究
２．１ 測試儀控制接口的設(shè)計(jì)研究
綜合研究分析國內(nèi)外繼電保護(hù)測試儀廠家測試儀軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從測試原理出發(fā)，研究各種測試儀軟件保護(hù)功能測試單元模塊，包括測試方法的實(shí)現(xiàn)、故障參數(shù)的設(shè)置、測試結(jié)果參數(shù)的展示。根據(jù)分析結(jié)果，形成測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范和測試儀控制接口程序規(guī)范。
２．１．１ 測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范
基于各種測試儀軟件保護(hù)功能測試單元模塊的故障參數(shù)設(shè)置、測試結(jié)果參數(shù)的展示，抽象分析并得到測試功能數(shù)據(jù)接口，建立測試功能數(shù)據(jù)接口規(guī)范。采 用 ＸＭＬ 文 件技術(shù)，使用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化的信息描述方式，將各種保護(hù)的測試功能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口規(guī)范保存到一個(gè)文件，形成基礎(chǔ)測試功能單元的功能數(shù)據(jù)接口庫。測試功能數(shù)據(jù)接口庫描述了各種繼電保護(hù)測試功能，包括測試功能的名稱、標(biāo)志、故障參數(shù)、通用參數(shù)、結(jié)果參數(shù)的描述，其中每個(gè)參數(shù)需要定義名稱、ＩＤ、單位、數(shù)據(jù)類型、數(shù)值、缺省值等屬性。測試功能數(shù)據(jù)接口庫文件規(guī)范化繼電保護(hù)測試功能的定義是裝置測試方案二次開發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)。
２．１．２ 測試儀控制接口程序規(guī)范
基于各種測試儀軟件保護(hù)功能測試單元測試流程，抽象分析并得到測試儀軟件保護(hù)功能模塊的通用測試過程，包括測試調(diào)用流程設(shè)計(jì)和測試儀接口程序接口設(shè)計(jì)，如圖３所示。
基于圖３所示測試流程，用軟件接口函數(shù)的方式來描述這些測試功能。
（１）測試 儀 設(shè) 置 函 數(shù)：設(shè) 置 測 試 儀 的ＩＰ 地 址、端 口號(hào)。接口程序根據(jù)ＩＰ地址和端口號(hào)實(shí)現(xiàn)與測試儀的鏈接。
（２）測試函數(shù)：傳入測試功能的ＩＤ 和故障參數(shù)，完成驅(qū)動(dòng)測試儀測試。
（３）停止測試函數(shù)：停止驅(qū)動(dòng)測試儀的故障輸出。
（４）獲取報(bào)告函數(shù)：取得本次測試的報(bào)告數(shù)據(jù)。
（５）獲取異常 信 息 函 數(shù)：獲取測試過程中各種異常信息文本。
（６）綁定消息 接 收 窗 口 句 本：為接口程序綁定測試消息接收窗口。接口程序在執(zhí)行測試過程中，使用 Ｗｉｎｄｏｗｓ消息來通知自動(dòng)測試模塊測試狀態(tài)變化相關(guān)消息發(fā)送至此窗口。消息包括聯(lián)機(jī)成功、聯(lián)機(jī)失敗、測試開始、測試完成、測試異常消息等。
為了方便調(diào)用和測試功能的調(diào)試，測試儀控制接口組件為 ＣＯＭ 組 件，接 口 模 塊 開 放 ＣＯＭ 接 口，供 自 動(dòng) 測 試模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字保護(hù)裝置的各種測試功能。
２．２ ＭＭＳ通信模塊設(shè)計(jì)研究
完成與被測智能保護(hù)裝置的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作和輸出 控 制 操 作。規(guī)約引擎程序開放標(biāo)準(zhǔn)程序控制接口，供自動(dòng)測試 程 序 調(diào) 用。ＭＭＳ通信模塊的設(shè)計(jì)包括調(diào)用流程設(shè)計(jì)、通信命令文件設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)。
２．２．１ 調(diào)用流程設(shè)計(jì)
自動(dòng)測試 程 序 與 ＭＭＳ 通信模塊間采用異步調(diào)用模式，調(diào)用關(guān)系流程如圖４所示。
通信過程中異常處理如下：自動(dòng)測試模塊根據(jù)異常的嚴(yán)重程度進(jìn)行測試流程的調(diào)整，比如重復(fù)執(zhí)行多次通信命令、停止測試并播放警告音樂。 通信命令文件保存了ＭＭＳ規(guī)約模塊支持的全部通信命令，通 信 命 令 配 置 文 件的名稱為 Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎａｉｒｅ．ｘｍｌ。
２．２．２ ＭＭＳ通信模塊接口設(shè)計(jì)
基于自 動(dòng) 測 試 與 ＭＭＳ通 信 模 塊 的 通 信 流 程，ＭＭＳ通信模塊必須具備以下功能。
（１）加載規(guī)約模板和設(shè)備點(diǎn)表，實(shí)現(xiàn)與裝置連接。
（２）執(zhí)行規(guī)約過程，實(shí)現(xiàn)與裝置的通信操作。
（３）以樹狀目錄和表格方式顯示設(shè)備點(diǎn)表數(shù)據(jù)。
（４）可以編輯點(diǎn)表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對裝置數(shù)據(jù)的修改。
（５）在報(bào)文監(jiān)視界面，監(jiān)視發(fā)送和接收的報(bào)文數(shù)據(jù)。
（６）提供 ＣＯＭ 接口函數(shù)。
（７）設(shè)置通信方式的參數(shù)。
規(guī)約引擎程序開放的接口包括命令控制接口、數(shù)據(jù)訪問接口。命令控制接口包括定值的讀取和修改、壓板的投退、控制字的讀取和修改、保護(hù)測量值的讀取、裝置參數(shù)的讀取和修改。數(shù)據(jù)訪問接口實(shí)現(xiàn)讀取被測數(shù)字保護(hù)裝置的各 種 數(shù) 據(jù) 集 數(shù) 據(jù)、 保 護(hù) 動(dòng) 作 報(bào) 告 數(shù) 據(jù)、 告 警 報(bào) 告 數(shù)據(jù)等。
２．３ 裝置測試方案編輯技術(shù)研究
智能變電站繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測試系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對保護(hù)裝置的自動(dòng)測試，生成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報(bào)告，就需要設(shè)計(jì)文件格式，用于描述裝置的測試流程、測試方法和報(bào)告格式。本文定義這種文件為裝置測試方案。裝置測試方案開發(fā)技術(shù)是可以根據(jù)裝置的檢驗(yàn)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)編輯裝置測試方案的。裝置測試方案包括測試模板和報(bào)告模板兩部分。
對于同類型不同型號(hào)的裝置或同型號(hào)不同版本的裝置，如果測試方案相同，只是設(shè)備數(shù)據(jù)模型不同，那么傳統(tǒng)的方式是根據(jù)新的設(shè)備數(shù)據(jù)模型重新編輯一個(gè)測試模板?；?于 此， 本文提出數(shù)據(jù)模型替換技術(shù)， 解 決 這 個(gè)問題。
設(shè)備數(shù)據(jù)模型替換技術(shù)，只要將現(xiàn)有的裝置測試方案的設(shè)備數(shù)據(jù)模型替換為新的設(shè)備數(shù)據(jù)模型，就能生成新的裝置測試方案，具體過程設(shè)計(jì)如下。
（１）基于現(xiàn)有模板的設(shè)備數(shù)據(jù)模型中各數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)以及新設(shè)備數(shù)據(jù)模型文件數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，通過智能匹配算法建立數(shù)據(jù)間的映射關(guān)系。
（２）修改數(shù)據(jù)間的映射對應(yīng)關(guān)系。
（３）根 據(jù) 對 應(yīng) 關(guān) 系，將源數(shù)據(jù)集中每個(gè)數(shù)據(jù)對象的ｎａｍｅ、ＩＤ等舊數(shù)據(jù)，映射到新建立的數(shù)據(jù)集中。
（４）搜索測試模板的故障計(jì)算公式、腳 本 等，根 據(jù) 映射關(guān)系，將源數(shù)據(jù)的ＩＤ替換為新數(shù)據(jù)的ＩＤ。設(shè)備數(shù)據(jù)模型替換技術(shù)，可大幅度提高測試模板生成的效率。
３ 自動(dòng)測試技術(shù)研究
研究開發(fā)的自動(dòng)測試軟件模塊，根據(jù)測試方案中的測試項(xiàng)目順序，依次執(zhí)行各測試項(xiàng)目的測試；調(diào)用測試儀控制軟件控制測試儀輸出測試量，采集被測裝置的動(dòng)作行為；調(diào)用規(guī)約引擎程序完成與被測裝置的通信，實(shí)現(xiàn)各種通信命令的操作，獲取通信命令操作結(jié)果；根據(jù)結(jié)果自動(dòng)判斷測試是否合格；根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，將試驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫到試驗(yàn)報(bào)告模板中，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的試驗(yàn)報(bào)告；根據(jù)測試模板中的提示信息，提示用戶進(jìn)行相應(yīng)的操作或錄入相應(yīng)的數(shù)據(jù)；可 以 導(dǎo) 出／打 印 報(bào)告及報(bào)告相關(guān)的圖形曲線，設(shè)置報(bào)告的顯示比例；自動(dòng)測試原始報(bào)告數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告數(shù)據(jù)都不能修改，對 于 標(biāo) 準(zhǔn)Ｗｏｒｄ報(bào)告，系統(tǒng)加密并鎖定 Ｗｏｒｄ報(bào) 告 文 件，從 而 保 證真實(shí)性；自動(dòng)測試主程序 的報(bào)告包括系統(tǒng)測試記錄庫、ＸＭＬ格式報(bào)告數(shù)據(jù)、Ｗｏｒｄ標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告三種。自動(dòng)測試軟件模塊用于現(xiàn)場檢驗(yàn)，是執(zhí)行自動(dòng)測試，形成標(biāo)準(zhǔn)測試報(bào)告的程序，其利用測試模板和報(bào)告模板進(jìn)行測試。通過測試控制中心所提示的信息，試驗(yàn)人員能輕松方便地進(jìn)行自動(dòng)測試。
自動(dòng)測試模塊的功能設(shè)計(jì)如下。
（１）執(zhí)行現(xiàn)場測 試 控 制 流 程，管理現(xiàn)場測試過程，主要控制測試執(zhí)行的順序和跳轉(zhuǎn)、測試項(xiàng)目的使能、測試項(xiàng)目的選擇和取消選擇。
（２）根據(jù)測試模板中的要求，提示用戶錄入定值數(shù)據(jù)，自動(dòng)測試模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動(dòng)完成故障的計(jì)算。
（３）根據(jù)測試模板中的接線提示信息、安 全 措 施、危險(xiǎn)點(diǎn)等，提示用戶執(zhí)行相關(guān)的操作。
（４）調(diào)用數(shù)字測試儀器接口模塊完成電氣量測試功能，調(diào)用測試參數(shù)計(jì)算腳本，計(jì)算測試功能參數(shù)數(shù)據(jù)。
（５）調(diào)用 ＭＭＳ通信模塊完成保護(hù)通信命令的執(zhí)行。
（６）自動(dòng)將試 驗(yàn) 參 數(shù) 數(shù) 據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫到試驗(yàn)報(bào)告模板，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的試驗(yàn)報(bào)告。
（７）測試模板 中 的 提 示 信 息，提示用戶進(jìn)行相應(yīng)的操作或錄入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
（８）可以導(dǎo)出／打印報(bào)告及報(bào)告相關(guān)的圖形曲線，設(shè)置報(bào)告的顯示比例。
（９）自動(dòng)測試原始報(bào)告數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告數(shù)據(jù)都不能修改。對于標(biāo)準(zhǔn) Ｗｏｒｄ報(bào) 告，系統(tǒng)加密并鎖定 Ｗｏｒｄ報(bào) 告 文件，從而保證真實(shí)性。
（１０）自動(dòng)測試主程序 的報(bào)告包括系統(tǒng)測試記錄庫、ＸＭＬ格式報(bào)告數(shù)據(jù)、Ｗｏｒｄ標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告三種。系統(tǒng)測試記錄庫為自動(dòng)測試程序在測試過程中，保留任何一次操作的全部信息，包括測試參數(shù)、測試結(jié)果數(shù)據(jù)及評估、測試開始和結(jié)束的時(shí)間。用戶可以查看一個(gè)測試項(xiàng)目的整個(gè)測試過程；ＸＭＬ格式報(bào)告數(shù)據(jù)表示采用 ＸＭＬ文件格式保存，報(bào)告文件包含測試方案全部內(nèi)容和*終的測試 結(jié)果數(shù)據(jù)。ＸＭＬ格式報(bào)告中的每個(gè)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中都有**的標(biāo)示，方便外部系統(tǒng)訪問。所謂 Ｗｏｒｄ標(biāo)準(zhǔn) 報(bào) 告，是 指 自 動(dòng) 測 試程序在測試過程中根據(jù) Ｗｏｒｄ報(bào)告模板形 成 的 報(bào) 告，此 報(bào)告為標(biāo)準(zhǔn)格式的報(bào)告。
（１１）自動(dòng)測試程序能夠?qū)崟r(shí)保存當(dāng)前的測試狀態(tài)，在下次進(jìn)入時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到上次退出系統(tǒng)的狀態(tài)，即 使 斷 電，操作系統(tǒng)突然中斷，也不會(huì)造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的丟失。
（１２）測試項(xiàng)目的不同測試狀態(tài)用不同的顏色顯示，例如沒有測試狀態(tài)為黑色、測試不合格狀態(tài)為紅色等。如果測試項(xiàng)目測試不合格，那么填寫到報(bào)告中的結(jié)果數(shù)據(jù)也為相應(yīng)的顏色。
（１３）在測試控制時(shí)，有 “從此項(xiàng)目往下測試” “測 試選中的單個(gè)項(xiàng)目／單個(gè)項(xiàng)目集” “測試全部不合格項(xiàng)目”三種控制方式。
（１４）測試完成后，系統(tǒng)對報(bào)告進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保持報(bào)告的規(guī)范化和簡潔。對于報(bào)告中有數(shù)據(jù)映射關(guān)系的位置，如果測試時(shí)沒有進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的測試，那么沒有數(shù)據(jù)填寫到 相 應(yīng) 的 位 置， 調(diào)整時(shí)使用指定的字符串 （例 如
“－”或者 “／”）填寫到 相 應(yīng) 的 位 置，替換的字符串用戶可以配置；對于一個(gè)項(xiàng)目分類，如果其下的所有項(xiàng)目都沒有測試，那么可以將這個(gè)項(xiàng)目分類在報(bào)告中對應(yīng)的段落全部刪除，使報(bào)告保持簡潔。
（１５）可以導(dǎo)出報(bào)告到指定的位置。
５ 結(jié)語
數(shù)字化智能變電站繼電保護(hù)自動(dòng)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場校驗(yàn)的閉環(huán)自動(dòng)測試。一 方 面 通 過 自動(dòng)獲取保護(hù)行為信息并根據(jù)行為信息自動(dòng) 判斷檢驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)工作人員的少參與、零 干 預(yù)、低 工 作 量、高 工作 效 率 的 目 標(biāo)；另 一 方 面 通 過 “測 試 模 板” 的 手 段，引入了專業(yè)測試技術(shù)人員豐富的工程經(jīng)驗(yàn)積累，并結(jié)合軟件技術(shù)對現(xiàn)場測試工作加以指導(dǎo)，不僅大大減輕了現(xiàn)場測試人員的工作量，提高了工作效率，更重要的是保證了測試流程的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，減少了由于人為因素而帶來的各種測試問題。
