0 引言
继电保护装置是保护电力系统安全方面的重要角色。保护装置的性能测试工作在保护装置质量上起着决定性作用。目前，继电保护装置的测试主要依靠测试人员操作保护测试仪器模拟电网故障，手动修改被测装置的各项参数，人工对比测试结果来完成测试。测试同时，测试人员还要进行复杂繁琐的测试过程记录。不仅需要测试人员熟悉保护装置的工作原理，并且要测试人员熟练操控测试仪器。这种测试方式还存在被测装置与测试仪之间接线复杂，反复操控测试仪工作量大，测试面覆盖不足，测试效率较低，测试用例不易标准化等缺点。
针对这些缺点，本文提出了继电保护装置自动测试系统的构成，设计开发了一套自动测试系统。并对该系统进行了性能分析，与 OMICRON 测试仪的测试结果进行了对比。
1 继电保护装置自动测试系统
本文根据实验研究与开发，分析总结自动测试系统，一般结构如图 1 所示。
自动测试系统主要由四部分组成：上位机、测试仪、被测装置及交换机。
上位机 PC 机安装 AotoTest 软件。PC 机通过对 AotoTest软件的操作向下位机（测试仪）发出控制命令，下位机进一步控制被测装置，从而达到控制被测装置的目的。因此，在测试过程中不再需要通过人工另行控制被测装置。控制命令包括修改被测装置的定值，遥控命令，修改保护控制字等，下发这些均由下位机执行，取代人工操作。下位机向被测保护装置提供所需的模拟量、驱动开关量和接收开出量，自动测试系统一并完成了保护测试仪器和人工控制被测装置两部分工作。
同时，自动测试系统接收下位机上送的测试结果，读取被测装置的报文，进一步替代人工读取、比对测试结果的过程。而使用保护仪器测试，只能模拟电网故障提供模拟量，监视少量的出口，需要人工控制被测装置满足测试所需要求，且无法读取被测装置的报文，比对测试结果，需要人工参与。
2 自动测试系统的构建
2.1 测试仪的构建
2.1.1 硬件平台的构建
测试仪硬件采用 CAN 总线背板的硬件架构，主要采用模块化插件，如图 2 所示。
模块化插件主要包含DC 电源插件、控制单元CPU 插件、DAC 模拟小信号输出插件、开入插件、开出插件，以及用于数字化保护装置的 SV 插件和 GOOSE 插件。这种设计具有极好的扩展性，插件的数目均可以根据实际测试需求增减。单块 DAC 插件能够为待测装置提供 88 路模拟量。开入量和开出量，通过增加插件，各可扩展至 192 路，可极大地同时满足对开入量和开出量需求较多的保护装置，克服了测试仪器在这方面地不足。
2.1.2 软件平台的构建
测试仪软件系统是基于南瑞软件平台实现的，平台主要由板级支持程序包、系统程序和通用应用程序三部分构成。测试仪的功能程序采用模块化设计（如图 3 所示），包括：通信模块、状态控制模块、模拟量输出模块、开入模块、开出模块、直流输出模块、时间测试模块及保护功能模块。
2.2 上位机的构建
上位机采用模块化设计，分为界面处理层、业务处理层和通信协议层。界面处理层主要实现测例的编辑；业务处理层主要有两大功能：一是完成测例参数的下发，实现定值修改、参数修改、保护控制字修改等，二是遥测值比对和整组报告、告警报告、SOE 报告、变位报文等报文的比对功能；通信协议层完成上位机与被测装置的 103 和 61850 通信协议等。上位机的界面如图 4 所示：
上位机就是系统测试管理和控制软件。其主要功能包括：
（1）整定定值、比对报文、下发遥测值比对和遥控命令等；（2）测试用例的编写；（3）测试用例管理：包括测试用例的导入、导出、复制、粘贴、轮转和递增等；（4）下发测试参数给下位机，并接收下位机上送的测试结果；（5）测试报告的自动生成和管理。
2.3 自动测试系统的构建
自动测试系统的结构图如图 5，系统由上位机、测试仪、功率放大器、交换机组成。
3 实际应用
该自动测试系统研制成功以后，在南瑞科技 NSR 系列保护装置上进行了大量的试验，大量的重复性的生产测试，以及研发性功能测试，以验证该系统的测试效果。研发测试实验平台实物图，如图 6 所示。
以研发测试中的备自投装置为例，备自投装置一般都具有多种运行方式，模拟量输入通道多，开入和开出数量多，报文多，整体逻辑复杂，测试过程繁琐，测试文档记录耗费时间量大。使用自动测试系统，（1）固定化接线端子，使用时直接插拔无需重新接线；（2）编写测试测例，测例可保存，测例可重复多次调用大大简化重复性工作（测例图示如图 7 所示）；（3）测试步骤明晰，过程可追溯；（4）测试过程中出现错误或者问题，提示清晰明确，方便测试问题查找及解决（错误提示，如图8 所示）；（5）报文自动比对（如图 9 所示）；（6）测试报告根据执行的测例自动生成，节省测试用例人工的记录过程（测试报告如图 10 所示）。
试验结果表明，该系统采样值精度可靠，实时性较好，能够代替人工测试，提高测试质量和效率，完善自动测试手段，适合保护设备厂家在产品开发和生产过程中使用。
3.1 模拟量测试
该自动测试系统支持 88 路模拟量输出，输出的模拟量的精度误差小于±0.2%，模拟量的数量、输出范围和模拟量的质量均能够满足测量要求。
3.2 开入开出量测试
该系统可以分别提供 192 路开入量和 192 路开出量。测试时间的分辨率为 0.25ms，完全满足《DL/T624-2010 继电保护微机型试验装置技术条件》标准中“时间分辨率不大于 1ms”的要求。
3.3 与 OMICRON 测试仪的测试值的对比
在线路保护装置上，用自动测试系统和 OMICRON 测试仪分别做了测试，测试结果见表 1。从表中可以看出：过流测试值误差小于规定的±2.5%要求，动作时间满足不大于±40ms的要求。
3.4 测试效率
以线路保护为例，通过测例的轮转递增功能，一个测例自动执行 3 遍便可覆盖 A、B、C 三相的单相别测试，完全不用像手动测试那样，分相进行 3 遍测试。完成生产类的自动测试所需时间为 6 分钟，而人工测试则需要 40 分钟左右；完成研发类的自动测试任务所需时间为7 小时，而人工利用第三方测试仪进行测试则需要 1-2 星期。自动测试系统大大提高了测试的效率。
4 结语
本文设计开发了一套自动测试系统并进行了大量测试工作，通过大量测试结果数据，可以得出结论，自动测试系统有效提高继电保护装置测试的质量和效率。该系统具有优越的软硬件扩展性和兼容性，能够提供足够的模拟量、开入量和开出量通道，测试用例自动往下执行，自动完成测试结果（报文、出口等）比对工作，只要有测例执行完毕就自动生成测试报告，方便测试人员读取，真正意义实现“一键式”自动测试。
