操作繼電器裝置整機(jī)自動(dòng)測試開發(fā)與應(yīng)用

南京南瑞繼保電氣有限公司 黃 輝

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，獨(dú)立操作箱主要運(yùn)行在220kV 及以上電壓等級的輸電線路中，用于執(zhí)行繼電保護(hù)設(shè)備對斷路器的操作指令，同時(shí)發(fā)出各種信號。以CZX-12G-H2操作箱為例，主要具有手動(dòng)或遠(yuǎn)方操作斷路器、重合閘、三相跳閘、分相跳合閘、跳合閘回路監(jiān)視、防跳功能、斷路器壓力監(jiān)視及閉鎖、直流電源監(jiān)視和切換、交流電壓切換等功能。可見，操作箱裝置的功能是否正常，關(guān)系到電力系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行[1]。

由于繼電器操作箱裝置的特性，不同于常規(guī)的繼電保護(hù)裝置，沒有太多的邏輯測試，其性能主要受裝置硬件性能及接線準(zhǔn)確性的影響，測試內(nèi)容主要為繼電器節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。以CZX-12G-H2操作箱為例，裝置共有38個(gè)開入節(jié)點(diǎn)及164個(gè)開出節(jié)點(diǎn)，而由其產(chǎn)生的背板引線較多，在實(shí)際生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，會(huì)出現(xiàn)焊錯(cuò)、虛焊、粘連抑或繼電器及節(jié)點(diǎn)損壞的情況。

為了可靠確認(rèn)每個(gè)繼電器的正確動(dòng)作，需要在整機(jī)生產(chǎn)后對每個(gè)繼電器進(jìn)行分合測試，由于節(jié)點(diǎn)較多，往往一個(gè)開入的動(dòng)作（例如“手跳”“手合”）會(huì)引發(fā)多個(gè)開出節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，且動(dòng)作特性會(huì)受到各其他節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的影響，靠人力逐一去測試驗(yàn)證會(huì)是一個(gè)較大的工作量，且容易產(chǎn)生遺漏，因此研制一套全自動(dòng)測試系統(tǒng)很有意義，將會(huì)提升測試工作效率及可靠性[2-3]。

1 自動(dòng)測試平臺(tái)

以CZX-12G-H2操作箱為例，通過去分析所有硬件節(jié)點(diǎn)類型，可以把節(jié)點(diǎn)分為開入節(jié)點(diǎn)、開出節(jié)點(diǎn)、操作回路節(jié)點(diǎn)、電源節(jié)點(diǎn)四類，所有的開出節(jié)點(diǎn)都能通過投入開入節(jié)點(diǎn)觸發(fā)動(dòng)作，因此自動(dòng)測試的方法是通過依次投退各個(gè)開入節(jié)點(diǎn)，觸發(fā)開出動(dòng)作，檢查相應(yīng)每個(gè)開出節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況，從而驗(yàn)證開入開出回路、繼電器節(jié)點(diǎn)及接線的正確性。由此建立的測試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

圖2 測試線連接圖

測試平臺(tái)基于CAN 總線通信的分布式模塊化設(shè)計(jì)，硬件上主要包括人機(jī)界面、主控CPU 板卡、開關(guān)量輸出板卡、開關(guān)量輸入板卡以及模擬斷路器板卡，除CPU 板卡外，其余板卡可重復(fù)配置，從而能夠滿足不同數(shù)量的測試節(jié)點(diǎn)的需求。

主控板CPU 的主要功能為解析測試腳本、控制整個(gè)測試流程并進(jìn)行測試結(jié)果的判斷，以及測試步驟的進(jìn)入、退出，測試的開始退出及測試進(jìn)程結(jié)果的顯示通過人機(jī)界面操作、展示。

開關(guān)量輸出板卡用于向被測裝置提供開入電壓，每個(gè)板卡支持多路開出通道，測試過程中，主控CPU 板控制各板卡各個(gè)開出通道的開斷，繼電器節(jié)點(diǎn)的閉合導(dǎo)通外部供電回路，從而向被測裝置開入節(jié)點(diǎn)施加電壓。由于操作箱開入回路流入的為實(shí)際電流，導(dǎo)通回路中電流值較大，測試平臺(tái)開關(guān)量輸出板卡采用DSP2A-DC5V，AG2029功率繼電器，觸點(diǎn)負(fù)載5A/250VAC，5A/30VDC，可以適用裝置各電壓等級、各回路開入導(dǎo)通的需求。

開關(guān)量輸入板卡采用24V 弱電作為公共端，接入外部的空節(jié)點(diǎn)，外部空節(jié)點(diǎn)閉合導(dǎo)通回路，使開入節(jié)點(diǎn)帶電產(chǎn)生變位，用以檢測被測裝置開出節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況。

通過設(shè)計(jì)測試線，將測試平臺(tái)板卡與操作箱各板卡進(jìn)行關(guān)聯(lián)[4]。以裝置直流運(yùn)行電壓220V 為例，測試連接線的關(guān)系如2圖所示。

操作箱的開入節(jié)點(diǎn)與測試平臺(tái)的開出節(jié)點(diǎn)相連，測試平臺(tái)開出節(jié)點(diǎn)的公共節(jié)點(diǎn)與操作箱電壓等級一致，電源由外部獨(dú)立直流源提供。在操作時(shí)，通過控制開出節(jié)點(diǎn)繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)投退操作箱的開入；操作箱的開出節(jié)點(diǎn)與測試平臺(tái)的開入節(jié)點(diǎn)相連，所有開出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端并接，連到外部弱電（24V，由操作平臺(tái)電源插件產(chǎn)生）的一端，外部弱電的另一端連接到測試平臺(tái)開入節(jié)點(diǎn)的公共節(jié)點(diǎn)，操作箱的開出動(dòng)作時(shí)，空節(jié)點(diǎn)的閉合導(dǎo)通測試回路，觸發(fā)測試平臺(tái)的開入動(dòng)作，產(chǎn)生變位信號，通過板間CAN 通訊上送到CPU 主控板，作為判斷測試結(jié)果的依據(jù)。

測試平臺(tái)的模斷板卡中含有一個(gè)合圈、兩個(gè)跳圈，能夠同時(shí)滿足單合單跳及單合雙跳的場景需求，在操作箱跳閘/合閘開入收到正電時(shí)，相關(guān)繼電器動(dòng)作，操作箱跳合閘回路導(dǎo)通，改變模斷的跳合位狀態(tài)，繼而改變操作箱的合位/跳位監(jiān)視[5]；模斷板卡上配置有常閉開出，串接入操作箱的直流電源回路，由此通過控制開出節(jié)點(diǎn)的分合，可以實(shí)現(xiàn)控制直流電源的通斷，用于測試裝置的直流斷線功能。

2 測試腳本

自動(dòng)測試的測試過程通過加載測試腳本進(jìn)行，測試腳本里體現(xiàn)了每個(gè)測試的輸入與輸出及判定依據(jù)。對于操作箱裝置而言，自動(dòng)測試的方式是通過施加一定的開入量，檢查各開出節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況，去判斷每個(gè)繼電器的好壞及接線的正確性，由此測試腳本的輸入是與待測開入相關(guān)聯(lián)的測試平臺(tái)開出板卡的節(jié)點(diǎn)及變位持續(xù)時(shí)長，輸出內(nèi)容為待測開入節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的各開出點(diǎn)號及分合狀態(tài)，例如第一組保護(hù)跳閘A 相測試的腳本部分內(nèi)容如下所示。

輸出條目為本次測試的開入項(xiàng)，條目內(nèi)容依次為序號、開出板卡號、開出點(diǎn)號、條目名稱、開出持續(xù)時(shí)間、開出變位狀態(tài)（合），測試結(jié)果為本次需要檢測的測試平臺(tái)收到的變位報(bào)告，亦即裝置的開出動(dòng)作，條目內(nèi)容依次為序號、開入板卡號、開入點(diǎn)號、條目名稱、等待變位持續(xù)時(shí)間、開入值（合/分）。

主控程序在加載腳本時(shí)，是按照從上到下的順序依次保存測試用例，測試時(shí)按照順序固定執(zhí)行，由于操作箱中存在保持節(jié)點(diǎn)，為確保測試結(jié)果的一致性，測試順序需要符合一定要求。如進(jìn)行“A 相跳閘輸入”測試，相應(yīng)開入得到正電，除了A 相跳閘出口變位外，A 相位置信號也應(yīng)同步變化，并作為測試成功與否判斷的依據(jù)。

但是若在此之前的測試為TJQ 開入測試，由于TJQ 也會(huì)引發(fā)A 相跳閘改變A 相位置，出口繼電器能夠返回，而A 相位置一直保持在分位，此時(shí)進(jìn)行的A 相跳閘輸入測試將檢測不到A 相位置信號的變化，可見裝置的初始狀態(tài)會(huì)影響到測試的進(jìn)行及結(jié)果判斷，因此對于順序執(zhí)行的測試腳本，在每項(xiàng)測試進(jìn)行前應(yīng)先進(jìn)行復(fù)歸操作，確保待測信號處在正確位置，以免造成誤判，如測試順序?yàn)椋涸O(shè)置裝置初始位置→A 相跳閘→A 相合閘→B 相跳閘→B 相合閘→C 相跳閘→C 相合閘→手跳→手合→TJQ/TJR/TJF →重合。

3 測試案例

為驗(yàn)證測試的可行性，模擬由于粘連或插針短接等情況使得第一組保護(hù)A 相跳閘開入始終帶電，進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 測試結(jié)果

圖4 問題排查流程

從測試結(jié)果中可以看出，由于A 相跳閘開入始終帶電，位置繼電器TWJa 與跳閘信號繼電器TXJa 始終保持在動(dòng)作狀態(tài)，在進(jìn)行此項(xiàng)測試時(shí)，測試平臺(tái)未能收到相關(guān)變位報(bào)文，使得“第一組保護(hù)A 相跳閘”測試失敗，直觀表現(xiàn)為各開出節(jié)點(diǎn)動(dòng)作失敗；另一方面，由于操作繼電器裝置中存在一些非獨(dú)立的開出節(jié)點(diǎn)，如斷路器位置不一致、控制回路斷線等是由多個(gè)繼電器的節(jié)點(diǎn)組合而成，在其他開入項(xiàng)的測試中這些開出節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況也會(huì)受到影響，從而在B 相跳閘與C 相跳閘測試中，這些節(jié)點(diǎn)的測試結(jié)果也是失敗。

在上述的測試中測試結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)問題，提醒測試人員需對裝置進(jìn)行返修檢查，將裝置硬件方面的問題控制在生產(chǎn)環(huán)節(jié)解決；但由于將所有開入項(xiàng)的測試失敗的開出節(jié)點(diǎn)列出，測試失敗的原因不明確。進(jìn)一步地，為了能將失敗的原因進(jìn)行細(xì)化精確定位，減少問題排查，在所有測試結(jié)束后，通過以下流程對測試結(jié)果為失敗的開入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深入分析。

通過遍歷當(dāng)前開入的所有開出節(jié)點(diǎn)，分類處理，對非獨(dú)立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反向開入關(guān)聯(lián)遍歷，進(jìn)一步明確當(dāng)前測試失敗的原因，確認(rèn)失敗類型是開入異常抑或是某個(gè)開出異常，為返修提供初步意見，減小問題排查范圍。

本文針對操作繼電器裝置，設(shè)計(jì)了一套整機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)，從實(shí)際使用角度驗(yàn)證裝置所有開入、開出、操作節(jié)點(diǎn)，確認(rèn)裝置硬件器件及接線等的正確性。通過實(shí)際應(yīng)用，一臺(tái)裝置的測試時(shí)間僅需在2～3min，有效提高裝置生產(chǎn)環(huán)節(jié)可靠性測試的效率，避免裝置硬件及接線方面的問題遺漏到后續(xù)流程。