王治國(guó)，陸　靜，于　哲，張延冬，篤　峻

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102）

智能配網(wǎng)終端罩式FTU整機(jī)自動(dòng)測(cè)試開發(fā)與應(yīng)用研究

王治國(guó)，陸靜，于哲，張延冬，篤峻

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102）

文中在詳細(xì)分析智能配網(wǎng)終端罩式FTU裝置的特點(diǎn)及手動(dòng)測(cè)試難點(diǎn)后，基于硬件模塊化設(shè)計(jì)思想，提出了罩式FTU裝置的整機(jī)自動(dòng)化測(cè)試解決方案，該方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)罩式FTU裝置開入通道、開出通道、模擬量通道及通信接點(diǎn)的有效測(cè)試，保證了各通道的正確性；同時(shí)通過對(duì)大批量試生產(chǎn)裝置自動(dòng)化測(cè)試的大數(shù)據(jù)分析及質(zhì)量反饋控制方案，大大提高了產(chǎn)品的一次性生產(chǎn)合格率和生產(chǎn)測(cè)試效率。該方案有效解決了罩式FTU裝置的實(shí)際測(cè)試難題，實(shí)際應(yīng)用表明該方案具有一定的行業(yè)推廣價(jià)值。

FTU；自動(dòng)化測(cè)試；測(cè)試裝置；模塊化

隨著社會(huì)對(duì)電力需求的不斷增長(zhǎng)及對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，現(xiàn)有模式越來越難以滿足用戶對(duì)電能安全性和可靠性的要求。而配電網(wǎng)自動(dòng)化可以顯著提高供電可靠性，它的一個(gè)核心功能就是饋線自動(dòng)化功能，基于FTU饋線開關(guān)遠(yuǎn)程式終端的配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化是目前配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向［1-5］。而作為饋線自動(dòng)化的控制終端，罩式FTU裝置的產(chǎn)品質(zhì)量無疑是饋線自動(dòng)化技術(shù)能否取得顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要支撐之一。

罩式FTU裝置運(yùn)行環(huán)境一般掛在架空線或柱上開關(guān)，通過通用無線分組業(yè)務(wù)（GPRS）與工作站實(shí)時(shí)通信。且運(yùn)行環(huán)境惡劣，維護(hù)困難。如裝置硬件存在問題，從更換設(shè)備到投入運(yùn)行周期較長(zhǎng)，因此高規(guī)格要求罩式FTU裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，無疑是整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)鏈條中的重要一環(huán)。對(duì)于罩式FTU的出廠檢測(cè)，如何實(shí)現(xiàn)高效、嚴(yán)格、準(zhǔn)確測(cè)試，又是罩式FTU穩(wěn)定運(yùn)行的首要環(huán)節(jié)和重要保證。文獻(xiàn)［6］在室內(nèi)模擬中壓FTU工作環(huán)境，基于ARM7微處理器，設(shè)計(jì)了FTU檢測(cè)平臺(tái)，僅對(duì)FTU的測(cè)控功能進(jìn)行了檢測(cè)；文獻(xiàn)［7］針對(duì)饋線終端蓄電池運(yùn)行現(xiàn)狀及電池活化管理方面的缺陷，提出了一種蓄電池故障檢測(cè)方法。目前，對(duì)罩式FTU進(jìn)行全自動(dòng)化測(cè)試的文獻(xiàn)很少，大多停留在對(duì)FTU單個(gè)功能的測(cè)試。因此深入探索罩式FTU裝置的全自動(dòng)測(cè)試對(duì)業(yè)界具有重要的借鑒意義。

1　罩式FTU裝置的特點(diǎn)及測(cè)試難點(diǎn)

罩式FTU裝置的運(yùn)行環(huán)境為高空，惡劣的運(yùn)行環(huán)境決定了罩式FTU裝置的密閉性必須很好。所有信號(hào)接口通過航空端子引入到外面，再通過電纜連接到各設(shè)備，進(jìn)行信號(hào)傳輸，如圖1所示?；趯?shí)用因素和成本因素，罩式FTU裝置一般沒有液晶，不像其他常規(guī)保護(hù)裝置那樣，在進(jìn)行整機(jī)測(cè)試時(shí)，容易獲得裝置內(nèi)部接點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，所有數(shù)據(jù)必須通過通信來完成，這對(duì)罩式FTU裝置的生產(chǎn)測(cè)試而言，是個(gè)挑戰(zhàn)，手動(dòng)測(cè)試比較困難，效率較低。

圖1　罩式FTU外觀和接口

另外，由于罩式FTU裝置的密閉性很好，該裝置在生產(chǎn)期間發(fā)現(xiàn)問題、定位問題、排查問題都比較困難。因此當(dāng)前罩式FTU裝置的生產(chǎn)測(cè)試效率普遍低下，要想大批量高效率生產(chǎn)測(cè)試，必須解決自動(dòng)測(cè)試該裝置所面臨的一些問題。

2　罩式FTU自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)

2.1FTU測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)

罩式FTU自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，在硬件上采用基于CAN總線通信的分布式模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)有人機(jī)界面功能模塊，主控CPU模塊，開關(guān)量輸出模塊，開關(guān)量輸入模塊，模擬斷路器模塊等相關(guān)功能模塊組成。系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)采用測(cè)試流程控制主程序與測(cè)試配置相結(jié)合的業(yè)務(wù)分離式設(shè)計(jì)模式。該模式將系統(tǒng)測(cè)試功能軟件開發(fā)與測(cè)試配置通過自定義規(guī)則進(jìn)行內(nèi)部聯(lián)系，使整個(gè)開發(fā)工作可以并行開發(fā)，大大縮短了整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)周期［8］。罩式FTU自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)具體如圖2所示。

罩式FTU自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)主程序通過CAN總線與各子功能板卡測(cè)試子程序進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)通信。測(cè)試主程序根據(jù)測(cè)試配置文件設(shè)置情況，采用字符驅(qū)動(dòng)方式，解釋測(cè)試邏輯，最后發(fā)送相應(yīng)的具體測(cè)試命令給具體功能板卡。各功能測(cè)試子程序負(fù)責(zé)具體功能測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果反饋給測(cè)試主程序，最后有測(cè)試主程序根據(jù)每個(gè)測(cè)試子邏輯的輸入輸出結(jié)果形成罩式FTU裝置的整機(jī)測(cè)試報(bào)告和測(cè)試簡(jiǎn)報(bào)。測(cè)試簡(jiǎn)報(bào)較為簡(jiǎn)單的提示測(cè)試工程師關(guān)于該裝置的錯(cuò)誤測(cè)試，方便測(cè)試工程師進(jìn)行問題排查及處理。整機(jī)測(cè)試報(bào)告詳細(xì)記錄了該裝置測(cè)試的相關(guān)測(cè)試接點(diǎn)信息，同時(shí)包含測(cè)試工程師和裝置的各種屬性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品問題責(zé)任的追蹤。

圖2　罩式FTU自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

2.2罩式FTU關(guān)鍵測(cè)試問題分析及設(shè)計(jì)

2.2.1模擬量輸入與電源切換測(cè)試問題

罩式FTU引入U(xiǎn)ab，Ubc作為開關(guān)兩側(cè)的線電壓，任何一路電壓均可為裝置提供電源。當(dāng)兩路同時(shí)失壓，轉(zhuǎn)后備電源供電。Ia，Ib，Ic為保護(hù)及測(cè)量用三相電流。那么潛在的問題是：（1）Uab，Ubc加入的線電壓，裝置顯示是否正常；（2）各種模擬量數(shù)據(jù)及角度的準(zhǔn)確性；（3）兩路線電壓同時(shí)失壓，裝置斷電，后備電源是否能及時(shí)向裝置提供電源，保證裝置正常運(yùn)行。3個(gè)問題，任何1個(gè)問題的存在，都會(huì)對(duì)罩式FTU構(gòu)成潛在威脅。模擬量與電源切換測(cè)試子系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3　模擬量與電源切換測(cè)試子系統(tǒng)流程圖

自動(dòng)化測(cè)試邏輯設(shè)計(jì)：系統(tǒng)自動(dòng)控制博電按先后順序加入U(xiǎn)ab，Ubc，Ia，Ib，Ic等電壓電流模擬量數(shù)據(jù)。通過IEC 103通信規(guī)約或IEC 61850規(guī)約讀取裝置的電壓、電流值及角度等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自動(dòng)判斷。當(dāng)Uab有值時(shí)，Ubc不能有值，逐個(gè)判斷與設(shè)計(jì)值是否相符。之后，斷開電壓電流輸出10 s后，系統(tǒng)主動(dòng)去Ping裝置，以此判斷裝置是否運(yùn)行；這樣設(shè)計(jì)測(cè)試邏輯，就能發(fā)現(xiàn)Uab，Ubc等內(nèi)部接線是否未接，錯(cuò)接等情況，裝置兩相全部失電，通過裝置是否重啟就能判斷后備電源是否具備正確供電功能。

2.2.2無線通信模塊GPRS測(cè)試問題

GPRS作為罩式FTU裝置與主站通信的惟一通道，必須滿足通信的可靠性，實(shí)時(shí)性，雙向性。GPRS是配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)［9，10］，其重要性不言而喻。GPRS模塊基本上會(huì)采用專業(yè)公司開發(fā)的獨(dú)立硬件模塊，一般通過9針串口與FTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，保護(hù)廠家僅開發(fā)FTU裝置的核心保護(hù)功能。因此可能存在的潛在問題是：（1）FTU裝置的CPU板卡到背板RS232 的9針串口連接電路是否暢通無阻；（2）GPRS模塊能否收到裝置的通信報(bào)文；（3）裝置能否正確發(fā)報(bào)文給GPRS；（4）GPRS模塊能否將通信報(bào)文正確發(fā)給主站；（5）主站能否將報(bào)文正確發(fā)給GPRS模塊。

自動(dòng)化測(cè)試邏輯設(shè)計(jì)。關(guān)鍵點(diǎn)之一為設(shè)計(jì)GPRS數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，并在公網(wǎng)上運(yùn)行，可以接收到SIM卡發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)運(yùn)行環(huán)境測(cè)試。首先將可用的SIM卡插入GPRS模塊，裝置上電后，如果GPRS模塊正常，將發(fā)送登錄數(shù)據(jù)到GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)器，GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)器模擬主站按照IEC 101規(guī)約格式，根據(jù)終端登錄號(hào)碼ID（惟一身份識(shí)別）下發(fā)復(fù)位幀報(bào)文給GPRS模塊，模塊再通過串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給罩式FTU，裝置收到報(bào)文，并回復(fù)報(bào)文給主站。最后測(cè)試儀去讀取罩式FTU裝置的通信狀態(tài)，如果為“1”，則說明整個(gè)通信鏈路正常；如果為“0”，則需要測(cè)試工程師手動(dòng)排查問題所在，具體流程圖如圖4所示。

圖4　GPRS通信測(cè)試流程圖

2.2.3把手位置功能測(cè)試問題

把手有分位、合位、自動(dòng)3個(gè)位置。系統(tǒng)潛在的錯(cuò)誤是3個(gè)位置存在接錯(cuò)線的可能性，必須驗(yàn)證測(cè)試。而把手必須手動(dòng)置位，才能判斷，但裝置沒有液晶，必須借助后臺(tái)工具，通過報(bào)文一一對(duì)應(yīng)，才能判別。這樣做效率低，且不容易判斷。

自動(dòng)化測(cè)試邏輯設(shè)計(jì)：設(shè)置把手默認(rèn)位置為分位，然后按照順序執(zhí)行，將把手從分到自動(dòng)位置再到合位，然后再將把手從合位搬到自動(dòng)位置再到分位。通過收集裝置上送的報(bào)文，根據(jù)時(shí)間進(jìn)行排序，對(duì)每個(gè)位置的變化給出2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：（1）時(shí)間指標(biāo)，是否符合時(shí)間順序；（2）是動(dòng)作值指標(biāo)，也就是變位情況。這樣即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，自動(dòng)判斷。

2.2.4開入開出功能測(cè)試問題

罩式FTU開入開出接點(diǎn)相對(duì)較少，測(cè)試也較容易。一般通過相應(yīng)保護(hù)邏輯功能或保護(hù)接點(diǎn)動(dòng)作傳動(dòng)功能等方法對(duì)硬接點(diǎn)均能進(jìn)行檢測(cè)。本測(cè)試儀對(duì)裝置開入實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加量，通過軟報(bào)文實(shí)時(shí)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷；對(duì)開出接點(diǎn)，通過傳動(dòng)使其動(dòng)作，通過硬接點(diǎn)監(jiān)視回路實(shí)現(xiàn)對(duì)接點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷。

3　系統(tǒng)應(yīng)用及分析

罩式FTU裝置的自身構(gòu)成決定了該裝置在大批量生產(chǎn)測(cè)試方面測(cè)試十分困難，測(cè)試效率低下；同時(shí)在查找問題，排除問題方面也十分不易。只有從測(cè)試方法和測(cè)試技術(shù)上解決罩式FTU裝置的整機(jī)自動(dòng)測(cè)試問題，才能在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，有效提高該裝置的大生產(chǎn)測(cè)試效率。

系統(tǒng)應(yīng)用方面，測(cè)試工程師首先選擇測(cè)試裝置型號(hào)，掃描測(cè)試工程師工號(hào)，測(cè)試裝置條碼等測(cè)試屬性。按確定鍵后，系統(tǒng)將按照?qǐng)D5所示進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試完后，形成測(cè)試報(bào)告，上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)備案，同時(shí)輸出測(cè)試簡(jiǎn)報(bào)，供測(cè)試工程師進(jìn)行問題分析及處理等。

圖5　整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)流程圖

以本產(chǎn)品初次試生產(chǎn)750臺(tái)樣本為例，來了解罩式FTU在自動(dòng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的測(cè)試問題。本產(chǎn)品在生產(chǎn)初期就啟用測(cè)試問題反饋機(jī)制，通過對(duì)問題的梳理，針對(duì)前期產(chǎn)品問題制定可行方案，這樣有效降低了產(chǎn)品在組裝后出現(xiàn)的各種產(chǎn)品質(zhì)量問題，提高了產(chǎn)品整機(jī)一次性生產(chǎn)合格率。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問題如表1所示。

表1　自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問題

從表1統(tǒng)計(jì)的10個(gè)整機(jī)測(cè)試指標(biāo)可以看出罩式FTU裝置在大批量試生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題：接線錯(cuò)誤，電子元器件本身問題，器件未插緊3類問題較多。通過對(duì)測(cè)試統(tǒng)計(jì)問題的大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，找到解決問題的方案。（1）對(duì)新產(chǎn)品的試生產(chǎn)，對(duì)一線員工強(qiáng)化培訓(xùn)，了解產(chǎn)品細(xì)節(jié)，做到有的放矢；（2）對(duì)能用機(jī)器插裝的，盡量用機(jī)器插裝并減少人為干預(yù)；（3）加強(qiáng)元器件的自動(dòng)檢測(cè)。（4）加強(qiáng)整機(jī)的自動(dòng)測(cè)試。

通過建立產(chǎn)品質(zhì)量反饋處理機(jī)制，建立更加穩(wěn)定的產(chǎn)品生產(chǎn)線，以此提高產(chǎn)品生產(chǎn)的一次性合格率，從而大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量。罩式FTU裝置整機(jī)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)與人工測(cè)試相比，在測(cè)試時(shí)間上每臺(tái)縮短了10 min，同時(shí)測(cè)試更加規(guī)范。測(cè)試報(bào)告有效保證了測(cè)試的正確性與可信度，有效提高了大批量裝置的試制生產(chǎn)效率和規(guī)范化程度。

4　結(jié)束語

目前，國(guó)內(nèi)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)正處于一個(gè)快速發(fā)展的黃金時(shí)期，作為配網(wǎng)自動(dòng)化的控制終端之一，罩式FTU保護(hù)裝置的用量很大，作用更是舉足輕重，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的順利推廣。因此深入探討配網(wǎng)終端罩式FTU裝置的整機(jī)自動(dòng)測(cè)試具有十分重要的意義。本文對(duì)罩式FTU裝置的生產(chǎn)整機(jī)自動(dòng)測(cè)試進(jìn)行了具體分析，設(shè)計(jì)了一套有效的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并且在實(shí)際生產(chǎn)中得到了推廣使用。實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)表明該方法無論在生產(chǎn)測(cè)試效率的提升上，還是在測(cè)試深度、廣度和規(guī)范性上都具有手動(dòng)測(cè)試不可比擬的優(yōu)越性。且該方案具有一定的行業(yè)推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］張 忠，劉冠騫，陳 淳，等.基于FTU饋線自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成的探討［J］.電子測(cè)試，2014（9）：68-69.

［2］張延輝，鄭棟梁，熊 偉.10 kV饋線自動(dòng)化解決方案探討［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（16）：150-156.

［3］楊東海.配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展模式探討［J］.云南電力技術(shù)，2014，42（S）：26-28.

［4］周羽生，周有慶，戴正志.基于FTU的配電網(wǎng)故障區(qū)段判斷算法［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2000，20（4）：25-27.

［5］劉會(huì)家，李 寧.一種基于FTU的饋線故障定位優(yōu)化算法［J］.繼電器，2004，32（10）：40-43.

［6］謝志遠(yuǎn)，貢振崗，楊 星，等.基于ARM的中壓FTU檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2012，31（16）：16-19.

［7］朱劍峰，張慧娟.饋線自動(dòng)化終端用蓄電池的故障檢測(cè)方法［J］.自動(dòng)化與信息工程，2014，35（2）：41-44.

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王治國(guó)（1978），男，河南周口人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)智能測(cè)試開發(fā)與研究工作；

陸靜（1986），女，江蘇海門人，工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試開發(fā)與研究工作；

于哲（1979），男，山西運(yùn)城人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化測(cè)試工作；

張延冬（1978），男，河北保定人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作；

篤峻（1975），男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究和管理工作。

Research on Development and Application of Smart Distribution Grid FTU Automation Testing Scheme

WANG Zhiguo，LU Jing，YU Zhe，ZHANG Yadong，DU Jun
（Nanjing NARI-Relays Electric Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

This paper analyzes the characteristics and manual testing difficulties of FTU.Based on modular hardware design，an automatic testing solution to FTU is proposed.The solution is effective to test FTU devices'binary input channel，binary output channel，AO channel and communication contacts，which ensures the correctness of each channel.At the same time，through analyzing the large-scale and automated produced testing data and using the quality feedback controlled scheme，the production qualification rate and production testing efficiency are improved.The solution effectively solves the problems existing in actual testing of FTU，and the applications show that it has a certain promotion value.

FTU；automatic testing；testing equipment；modularization

TM774

A

1009-0665（2016）04-0060-04

2016-03-22；修回日期：2016-05-20