继电保护装置是电力系统*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［1］。 近年来，国际形势日趋杂，中美竞争情况日益严峻。 为解决国产继电保护装置对国外厂商的依赖问题， 国内二次设备头部厂家推出新一代自主可控继电保护装置，全部采用国产芯片软件，同时也避免了继电保护装置中进口芯片和软件的潜在信息安全隐患。 新一代自主可控继电保护装置采用了国产化的站控层通讯协议 （CMS 协 议：Communication Message Specification）［2］， 完成与继电保护装置通讯，取代了原有的 MMS 协议，在遵循电力系统自动化领域全球通用标准（IEC61850）的前提下，实现变电站站控层与间隔层设备之间的通信服务协议国产化。
然而自主可控继电保护装置是否安全可靠， 性能能否达标亟待验证，传统的人工测试方法效率低，同时耗费大量的人力物力和时间成本。 目前对继电保护装置的自动测试大都局限于基于 MMS 协议的智能变电站继电保护装置的测试。因此本文提出了一种支持自主可控继电保护装置自动测试的方法和系统， 并且解决了传统变电站继电保护装置模拟量采样自动测试不能自动换线的问题。
1 继电保护装置测试方法研究
继电保护装置是保障电力设备安全和防止电力系统长时间大面积停电*有效的手段。 随着电力系统向特高压、超大机组、现代化大电网的发展及微处理技术、通信技术的广泛应用，对继电保护装置的需求在传统的可靠新、选择性、速动性、灵敏性要求的基础上向智能化、网络化方面延伸。 在继电保护装置的新产品开发和老产品改造完善过程中， 采用各种方法和技术对其软硬件进行**、系统的测试和实验尤为重要。
从功能角度区分， 继电保护装置测试又可以分为基本功能测试和故障模拟测试。 其中正常功能测试又包含遥信、遥测、遥控、模拟量采集功能等测试。 故障模拟测试主要是模拟各类电气故障进行测试。 本文主要从功能角度对继电保护装置的自动测试开展设计和研究。
2 自动测试系统结构设计
自动测试系统应保证有效的测试闭环，测试流程的标准化，测试模块信息标准精细，测试过程可视化透明化，宽松的测试扩展性，严谨的测试结果判据。 自动测试系统的结构设计分别体现为硬件结构设计和软件结构设计。 自动测试系统硬件结构主要有 PC 机、PLC 换线及 IO 模块、测 试 仪（模 拟 量 OMICRON、数字量 PNF800）、交换机、被测装置，如图 1 所示：
测试系统软件结构包含：主程序处理程序、主站通讯模块、测试仪模块、数据处理模块、界面处理模块、用例设计处理模块、测试信息处理模块。 本文主要介绍测试仪模块和主站通讯模块的设计。
自动测试系统设计应优先考虑测试的可靠性， 保证测试的有效性，排除软件系统干扰。 因此自动测试系统设计针对主站、测试仪、数据流、界面显示、用例设计等模块采用高内聚低耦合的设计方式，使系统框架简洁高效可靠，降低复杂因素对测试结果的干扰，保证测试结果可靠可信。 同时高内聚低耦合的设计方式，也实现了自动测试系统*小测试功能块的自由拆分组合，实现了自动测试系统测试良好的扩展性， 并且通过*小功能块的自由组合，自动测试每一个过程都可以有效判别，使测试结果更加严谨可信，模块设计见表 1：
其中主站通讯模块各类服务又细分执行、 确认等*小功能块。 测试过程中自动获取继电保护装置的录波文件和动作报告，与测试用例匹配关联，便于保护动作行为分析；自动抓取记录测试过程中装置与自动测试系统的通讯报文， 做到测试过程全记录，便于小概率问题的分析定位，形成有效的测试闭环。
3 测试仪模块设计
目前继电保护装置采样主要有传统采样、 数字采样两种方式。 传统变电站采用电磁式互感器，输出的模拟量采样值经电缆直接接入二次设备， 由继电保护装置完成多路模拟量的同步采样，即模数转换。 而在数字化变电站中，电子式互感器代替了传统的电磁式互感器，交流采样由合并单元（MU）完成，通过通信口传递至数字化保护装置， 保护的数据采样和转换由外部的电子式互感器和合并单元来完成， 保护装置只接收经 MU 模数转换后的采样数据［3］。
因此，自动测试系统采用了，用于传统变电站的模拟量测试仪 （OMICRON）， 以及用于智能变电站的数字量测试仪（PNF800），以满足自动测试的需求。 自动测试系统抽象设计了测试仪配置文件、模拟量设置文件的用例编辑选项，用以不同测试用例执行不同配置模拟量和输出端口等配置。 测试仪模块执行流程见图 2。
由于传统变电站保护装置模拟量接口通道过多， 以发电机保 护 装 置 为 例 ， 模拟量接口*大有 84 个， 而 测 试 仪 （OMICRON）加上放大器也不过 24 个模拟量出口。 但是测试时并不是需要所有接口同时接收数据， 因此不同的测试用例需要人工反复更改测试仪输出与装置输入连接线，过程复杂易出错，为此自动测试系统采用 PLC 控制继电器实现了自动换线功能，解决了由于人工换线导致的测试效率降低问题。
依据测试仪*大模拟量出口 24 个，PLC 换线模块分成 24组每一组测试仪出口对应 4 个换线出口， 根据不同的配置选择不同的换线出口， 统一由 PLC 控制。 PLC 对 24 组换线单元编号，每一组换线单元又有三个继电器，并依次编号，每个继电器位置有分为 0、1，如图 3 所示。
根据不同的编号 PC 端就可以通过指令报文对各个换线单元进行精准控制，实现自动换线功能。 例如换线单元 1 中继电器位置如图 3 所示，换线单元 当 前 状 态 为“01001”，其 中 01 表 示换线单元编号，001 分别表示继电器 1、2、3 的位置信息。 至此我们就可以根据报文信息实时监控或控制测试仪出口换线。
自动测试时， 测试仪模块持续输出模拟量时， 占用时间较长，为保证自动测试系统有效实时响应其他模块处理请求，测试仪模块采用独立线程处理执行，使用互斥锁与主程序同步数据。
4 主站通讯模块设计
主站通讯模块主要功能是采用自主可控 IEC61850 站控层CMS 服务协议，实现远程控制装置压板投退、定值读写，以及保护动作、模拟量、SOE 等报告的存储解析功能。自主可控新一代变电站通信报文规范 CMS 协议， 是基于IEC 61850 站控层服务协议，在通信服务映射实现上，协议直接将抽象通信服务接口映射至 TCP/IP 协议栈， 以提升服务的性能。 协议基于 IEC 61850-7-2 标准化抽象通信服务接口语法定义，同时扩展了关联、远程调用等服务接口，保证了客户端和服务端双方通信安全，弥补了服务端对主站的支撑服务［4］。
主站通讯模块采用自主可控 IEC61850 站 控 层 CMS 协议， 通过加载被测保护装置 SCD 文件建模， 解析 SCD 中各个LD、LN、DO、DA 等数据，提取对象数据参引保存备用［5］。 当主程序下发命令时，在保存的数据中检索与其匹配的参引，以 CMS协议格式下发装置执行， 并实时监听装置上传报告通过参引解析对应事件保存并发给主程序处理。
作为自主可控保护装置功能部分， 通信报文一致性检测也是自动测试重点考察内容［6］。 其中控制服务、定值服务、报告服务等下行发送请求，以及保护装置（服务端）响应，需要一一辨别区分响应的正确性，以及失败响应时错误分析问题定位。 在本文中**节所述高内聚低耦合的自动测试系统可以对执行的每一个过程，和每一种结果自由组合判据。 以控制服务为例，根据不同的情况可以选择不同的判据组合：①遥控软压板。 遥控选择，选择确认；遥控执行，执行确认，遥信上送确认；②遥控断路器。遥 控 选 择，选 择 确 认；遥 控 执 行，执 行 确 认，测试仪开入确认，PLC 开入监视确认。 同样的控制服务测试自动测试系统可以根据不同的测试情况编辑结果判别项，详见表 2：
5 自动测试示例
目前自动测试系统可以实现的测试有：保护动作逻辑、电流（电压、阻抗、功率、灵敏角、频率等）定值精度、动作时间、压板和控制字有效性、开入有效性、开出有效性、采样值、通信报文一致性检测［7］。
我们以数字化测试仪测试保护动作逻辑为例详细介绍整个自动测试环境搭建、用 例 生 成、条 件 准 备、执 行、结 果 判 别 的 流程。 自动测试环境主要包含有 PC 端自动测试系统软件工具、数字化测试仪（PNF800）、PLC 换线及 IO 模块、交换机、被测保护装置。 环境搭建可参照图 1。
自动测试系统通过 SCD 文件（保护装置配置文件）读取对应被测装置数据， 测试仪配置等信息供自动测试工具组建测试用例。 测试用例包含被测装置压板状态、定值数值、装置连线信息、测试仪配置信息、模拟量状态序列等输入信息；还应包含遥控执行信息、读写定值信息、测试仪出口信息、PLC 模块开入开出监视状态等结果判断信息。
条件准备阶段，设置用例时间，重置装置压板、定值等初始值状态。 条件准备完毕后开始执行测试用例，按照测试用例设计顺序执行。 用例执行时，同步收集遥控执行响应信息、读写定值响应信息、 测试仪出口信息、PLC 模块开入开出监视状态等结果判断信息。 用例执行完毕，对测试过程判别。 无论测试成功或失败，整个测试执行过程中，测试系统会自动获取继电保护装置的录波文件和动作报告，并与测试用例匹配关联，便于保护动作行为分析；自动抓取记录测试过程中装置与自动测试系统的通讯报文，做到测试过程全记录，方便问题查找定位。 用例及结果判断见图 4。
6 结束语
自主可控新一代变电站继电保护装置自动测试系统， 实现了自主可控保护装置的自动测试。 自动测试系统通过 PLC 实现自动换线功能， 解决了部分传统模拟量采样继电保护装置人工换线效率低、易出错的问题；通过模块化的设计，各功能块条件判据自由组合，实现了良好的测试扩展性，拓展了测试范围，保障了测试质量，有效地提高了测试效率，并且在实际应用中得到了验证。
