一種微機型自動測試儀智能檢定系統

萬信書 吳 強 林道鴻 朱望誠 李東升

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一種微機型自動測試儀智能檢定系統

萬信書1吳 強1林道鴻1朱望誠1李東升2

（1. 海南電網有限責任公司電力科學研究院，海口 570311；2. 北京博電新力電氣股份有限公司，北京 100176）

本文針對微機型微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣校驗儀的檢測具有檢測過程復雜、檢測精度要求高、常規檢測方法效率低等問題，對微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣變送器校驗儀的檢定進行研究和開發。首先對檢定系統的組成及原理進行了設計開發，通過與微機型繼電保護試驗裝置、交流采樣變送器校驗儀及高精度交直流表的通信完成整個閉環系統的理論實現，通過對高精度交直流表、自動切換裝置、自動調節負載等硬件模塊的架構來完成智能檢定系統硬件平臺的開發。軟件平臺通過二次開發平臺完成針對不同測試項的測試方案及測試報告的編輯設計，通過測試儀驅動模塊完成模擬量電壓、電流的輸出以及與高精度表通信完成測量量的讀取，智能完成測量誤差的計算、測試報告的生成，實現了對微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣變送器校驗儀的智能檢定。實際應用表明，該系統可把工作效率提高數十倍，解決了送檢效率低和送檢時間長的問題。

微機型自動測試儀；自動檢測；智能檢定

微機型自動測試儀包括微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣校驗儀。微機型繼電保護試驗裝置的應用大大提高了繼電保護裝置的檢測水平和檢測效率。目前，國內各電網公司或電力相關科研院所對微機型繼電保護試驗裝置的相關參數，如穩態參數、暫態參數和時間測量準確度等測試的方法還停留在人工測試階段，由于國內外微機型繼電保護試驗裝置生產廠家眾多，通信規約不統一，各型號的測試儀電壓、電流通道數量不一，檢測任務大多采用手動的方法，導致測試程序繁瑣，工作效率低，工作強度大。近年來，隨著繼電保護技術的飛速發展，提高對繼電保護測試儀的檢測水平已迫在眉睫[1]，因此，非常需要一種專用繼電保護測試儀檢定裝置，使繼電保護測試儀的檢定精確且操作方便[2]。

本文主要針對電力系統交流采樣測試儀和微機型繼電保護試驗裝置，研發一種集測試微機型自動測試儀和交流采樣測試儀的穩態參數、暫態參數等眾多質量參數于一體的新型的綜合智能檢定系統。該系統解決了送檢儀表滯留時間長的問題，提高儀表的送檢率、檢驗部門的檢測水平以及用戶的自動化儀表應用水平，從而間接提高現場自動化設備的可靠性和電網的安全穩定運行水平。

1 系統的組成以及原理

1.1 測試參數及技術要求

系統設計的針對微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣測試儀的檢定內容的相關性能參數可以被分為以下3類。

1）穩態參數。主要包括微機型繼電保護試驗裝置的輸出電壓、電流的準確度，總諧波畸變率，直流分量、移相范圍、幅頻特性等[3]。

2）暫態參數。包括電壓、電流的響應速度、同步性等。

3）時間測量準確度。被測微機型繼電保護試驗裝置開入、開出硬接點的響應時間，保護動作時間測試時間精度的測試等。

1.2 檢定系統的組成

檢定系統由綜合智能檢測硬件平臺、綜合智能自動檢測軟件以及被測微機型繼電保護試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀3部分組成如圖1所示。本系統為依據《DL/T 624—2010繼電保護微機型試驗裝置技術條件》、《Q/GDW 1153—2012微機型繼電保護試驗裝置校準規范》和準備擬定的《綜合自動化測試儀檢測技術導則》而研制的專用的微機型自動測試儀檢測系統。本系統設計的程控電子切換電路，可以根據檢定任務在繼保測試儀檢定與交流采樣測試儀檢定裝置之間切換，實現功能的二合一和優勢互補；這極大地增強了檢定系統的擴展性和通用性，實現測試儀眾多技術參數的一次性全自動智能檢定。

圖1 檢定系統的組成

1.3 檢定系統的原理

檢定系統的基本原理：為檢定系統整體架構圖如圖2所示。被測微機型繼電保護試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀通過電壓、電流線與綜合智能檢測硬件平臺連接；硬件平臺、測試端PC以及被測微機型繼電保護試驗裝置/交流采樣變送器校驗儀通過HUB連接檢測網絡環境。切換裝置根據具體的檢測功能自動切換負載、微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置測量系統、高精度交直流表。

圖2 檢定系統整體架構圖

2 檢定系統硬件平臺設計原理與實現

綜合智能檢測硬件平臺由微機型繼電保護試驗裝置自動檢測裝置、COM3003高精度交直流表以及自動可調負載三部分組成。

微機型繼電保護試驗裝置自動檢測裝置可以實現微機型繼電保護試驗裝置的定期檢測和對微機型繼電保護試驗裝置的性能評價、測試數據的記錄與分析、測試報告的生成等。由于微機型繼電保護試驗裝置的準確度規程要求為0.2%，所以自動檢測裝置的準確度必須為0.05%以上，因此，高精度的標準互感器是此系統設計的關鍵[4]。

COM3003高精度交直流表主要實現交流采樣校驗儀的精度測試，由于交流采樣變送器校驗儀的準確度要求為0.5‰，所以高精度交直流表的準確度至少為0.1‰，此項目選用的表計為精度為30×10-6的高精度交直流表，能夠完成交流采樣校驗儀交直流輸出準確度的檢定、諧波準確度的檢定等，完全滿足對交流采樣校驗儀的檢定要求。又由于COM3003電壓測量的范圍為30～500V，所以針對30V以下的需進行量測的電壓值，開發一款電壓放大裝置，使小信號放大到能夠進行量測的范圍，再來進行測量，合理分配各誤差源的誤差比重能有效的降低系統的總誤差[5]。自動可調負載可以通過上位機進行自動控制，自動完成負載的調節、全自動完成帶載能力的測試。圖3為硬件原理圖。

圖3 硬件原理圖

3 檢定系統軟件平臺設計原理與實現

減少或避免人工干涉，檢測過程的可視化、檢測報告輸出實施化，具有良好的可擴展性和兼容 性[6]，是本軟件的設計思路和宗旨。

3.1 軟件系統整體架構

綜合智能自動檢測軟件安裝于測試終端（測試機或個人PC）內。在本自動測試系統的軟件架構上，采用模塊化和結構分層的設計思想，軟件整體架構如圖4所示，在層次結構上分為系統二次開發平臺層、硬件接口層和自動測試層。

二次開發平臺層包括檢測方案二次開發平臺，為微機型自動測試儀測試方案的二次開發系統，實現根據微機型自動測試儀的檢定規程和標準進行二次開發，編輯測試方案；硬件接口層包括微機型繼電保護測試儀/自動化測試儀驅動模塊、微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置通信模塊以及COOM3003高精度表通信模塊；自動測試層包括自動檢測控制程序。

圖4 軟件整體實現架構圖

3.2 檢測方案二次開發平臺的設計

檢測方案二次開發平臺能夠根據微機型繼電保護試驗裝置、自動化測試儀的檢測規程和標準編輯檢測方案。檢測方案文件包括兩個部分，即檢測模板文件和報告模板文件。檢測模板文件定義了測試儀檢測項目和檢測流程，通過測試模板編輯程序來編輯；報告模板定義了自動生成的標準格式的檢測報告，通過報告模板編輯程序來編輯。

3.3 硬件接口層

硬件接口層的測試儀/標準源驅動模塊通過各測試儀/標準源廠家開發驅動模塊，驅動模塊開放相同的接口（可以為COM接口，也可以為DLL接口）供自動檢測程序調用。

本文將測試儀驅動接口進行標準化，主要通過StartTest、StopTest等接口函數來實現；還將測試儀輸出功能進行標準化，包括對微機型繼電保護試驗裝置的相關參數如穩態參數（如微機型繼電保護試驗裝置輸出電壓、電流的準確度、總諧波畸變率、直流分量、移相范圍、幅頻特性等）、暫態參數（如電壓、電流的響應速度和同步性）和時間測量準確度（繼保測試儀檢測被試繼電器、保護及安全自動裝置動作時間的準確度）等輸出功能。

微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置通信模塊與微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置通信，讀取微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置的測量值、控制微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置切換測試儀/標準源進行通道接線、控制微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置進行負載切換控制。

COOM3003高精度表通信模塊與COOM3003高精度表進行通信，讀取標準表的測量值。

3.4 自動測試層的設計

自動檢測層為自動檢測控制程序。自動檢測控制程序打開檢測方案文件，根據檢測方案文件定義的檢測流程依次執行各檢測項目的檢測，自動控制測試儀/標準源輸出模擬量，自動與微機型繼電保護試驗裝置自動檢定裝置/COM3003標準表通信，讀取測量值，并根據輸出的標準值、測量值計算誤差，判斷檢測是否合格，并自動填寫檢測結果到報告中，形成標準格式的測試報告。檢測過程中，控制微機型繼電保護試驗裝置自動檢定裝置自動切換測試 儀/標準源通道與COM3003表之間的接線。

以上這種高度模塊化的軟件設計方案簡化了測量軟件設計[7]。

3.5 整體檢測流程

1）自動測試層中的自動檢測控制程序加載由檢測方案二次開發平臺編輯生成的檢測方案文件。

2）硬件接口層中的測試儀驅動模塊根據自動檢測程序下達的參數命令驅動測試儀的輸出。

3）硬件接口層中的微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置通信模塊和COM3003表通信模塊讀取自動控制程序中的數據，并將測試結果錄入到標準測試報告中。

4 系統應用情況

微機型自動測試儀的綜合智能檢定系統于2017年在海南電力試驗研究院進行了實際現場應用，在應用中實現了對微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣測試儀的全自動檢測，并且針對于被測微機型繼電保護試驗裝置和交流采樣測試儀自動生成了測試報告。系統應用表明：采用手動測試的模式，單臺測試完所有測試項目的時間可達8h，采用本系統全自動測試的方式后，測試完所有測試項目僅需2h，測試時間縮短了6h，測試效率提高了4倍。測試效率化分析見表1。

表1 測試效率化分析

此系統的應用大大提高了測試效率，解決了送檢周期長和測試效率低的問題，為日后的周期檢定和入網檢測打下了良好的基礎。

5 結論

微機型自動測試儀綜合智能檢定系統的研究與應用，能對繼電保護及交流采樣校驗儀進行多項技術參數的自動檢測，并自動生成檢定報告，為縮短被檢儀表的送檢周期提供了設備保障。解決了送檢儀表滯留時間長的問題，提高了儀表的送檢率和檢驗部門的檢測水平和用戶的自動化儀表應用水平，從而間接提高現場自動化設備的可靠性和電網的安全穩定運行水平。

[1] 周勤, 胡海梅, 陳克緒. 微機型繼電保護試驗裝置檢測裝置的研發[J]. 自動化儀表, 2012, 33(4): 52-54.

[2] 王磊. 微機型繼電保護試驗裝置檢定裝置的研究與實現[D]. 南昌: 南昌航空大學, 2010.

[3] 袁瑞銘, 趙景京, 丁恒春, 等. 微機型微機型繼電保護試驗裝置檢測技術研究[J]. 華北電力技術, 2007(6): 30-33.

[4] 李振華, 李紅斌, 張秋雁, 等. 一種高壓電子式電流互感器在線校驗系統[J]. 電工技術學報, 2014, 29(7): 229-236.

[5] 胡華波, 武建文, 張路明, 等. 電信號有效值測量綜合誤差分析與模型[J]. 電工技術學報, 2012, 27(12): 172-177.

[6] 羅忠游, 李俊慶, 孫誼媊, 等. 電能質量監測裝置自動檢測平臺研究[J]. 電氣技術, 2017, 18(5): 97-100.

[7] 劉忠琛, 楊秋生, 朱瑞民, 等. 一種新型數字式電能表檢定系統的研制[J]. 電氣技術, 2013, 14(5): 97-99.

Research and Development of Integrated Intelligent Verification System for Microcomputer Automatic Tester

Wan Xinshu1Wu Qiang1Lin Daohong1Zhu Wangcheng1Li Dongsheng2

(1. Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Co., Ltd, Haikou 570311;2. PONOVO Power Co., Ltd, Beijing 100098)

The verification of microcomputer-based relay protection tester has the characteristics of complex detection process, high precision of detection and low efficiency of conventional detection method. In this paper, the comprehensive intelligent test of microcomputer-based relay protection tester is researched and developed. First of all, the composition and principle of the verification system were designed and developed, and through the communication between the relay protection tester and high-precision AC-DC table to complete the entire closed-loop system. The hardware platform is designed to complete the hardware structure of the intelligent verification system itself. The hardware requirements of the intelligent test module are completed by high precision AC-DC table, switching device, automatic adjustment load and other hardware modules. The software platform completes the editing of the test scheme and the test report for different test items through the secondary development platform. Through the tester driving module, the software output of the analog voltage and current is completed, and through the high-precision table communication, the measurement reading, measurement error calculation and test report generation were completed intellectively. A comprehensive protection test of the relay protection tester was realized.

microcomputer automatic tester; automatic tester; intelligent detection

萬信書（1990-），男，海南儋州市人，本科，助理工程師，主要從事繼電保護及自動化專業技術工作。