萬(wàn)信書 吳 強(qiáng) 林道鴻 朱望誠(chéng) 李東升

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一種微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀智能檢定系統(tǒng)

萬(wàn)信書1吳 強(qiáng)1林道鴻1朱望誠(chéng)1李東升2

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

本文針對(duì)微機(jī)型微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣校驗(yàn)儀的檢測(cè)具有檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜、檢測(cè)精度要求高、常規(guī)檢測(cè)方法效率低等問(wèn)題，對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣變送器校驗(yàn)儀的檢定進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。首先對(duì)檢定系統(tǒng)的組成及原理進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，通過(guò)與微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置、交流采樣變送器校驗(yàn)儀及高精度交直流表的通信完成整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的理論實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)高精度交直流表、自動(dòng)切換裝置、自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載等硬件模塊的架構(gòu)來(lái)完成智能檢定系統(tǒng)硬件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。軟件平臺(tái)通過(guò)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成針對(duì)不同測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試方案及測(cè)試報(bào)告的編輯設(shè)計(jì)，通過(guò)測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)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(cè)量量的讀取，智能完成測(cè)量誤差的計(jì)算、測(cè)試報(bào)告的生成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣變送器校驗(yàn)儀的智能檢定。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可把工作效率提高數(shù)十倍，解決了送檢效率低和送檢時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀；自動(dòng)檢測(cè)；智能檢定

微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀包括微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣校驗(yàn)儀。微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的應(yīng)用大大提高了繼電保護(hù)裝置的檢測(cè)水平和檢測(cè)效率。目前，國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)公司或電力相關(guān)科研院所對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的相關(guān)參數(shù)，如穩(wěn)態(tài)參數(shù)、暫態(tài)參數(shù)和時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度等測(cè)試的方法還停留在人工測(cè)試階段，由于國(guó)內(nèi)外微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置生產(chǎn)廠家眾多，通信規(guī)約不統(tǒng)一，各型號(hào)的測(cè)試儀電壓、電流通道數(shù)量不一，檢測(cè)任務(wù)大多采用手動(dòng)的方法，導(dǎo)致測(cè)試程序繁瑣，工作效率低，工作強(qiáng)度大。近年來(lái)，隨著繼電保護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，提高對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試儀的檢測(cè)水平已迫在眉睫[1]，因此，非常需要一種專用繼電保護(hù)測(cè)試儀檢定裝置，使繼電保護(hù)測(cè)試儀的檢定精確且操作方便[2]。

本文主要針對(duì)電力系統(tǒng)交流采樣測(cè)試儀和微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置，研發(fā)一種集測(cè)試微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀和交流采樣測(cè)試儀的穩(wěn)態(tài)參數(shù)、暫態(tài)參數(shù)等眾多質(zhì)量參數(shù)于一體的新型的綜合智能檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了送檢儀表滯留時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提高儀表的送檢率、檢驗(yàn)部門的檢測(cè)水平以及用戶的自動(dòng)化儀表應(yīng)用水平，從而間接提高現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備的可靠性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

1 系統(tǒng)的組成以及原理

1.1 測(cè)試參數(shù)及技術(shù)要求

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣測(cè)試儀的檢定內(nèi)容的相關(guān)性能參數(shù)可以被分為以下3類。

1）穩(wěn)態(tài)參數(shù)。主要包括微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的輸出電壓、電流的準(zhǔn)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(tài)參數(shù)。包括電壓、電流的響應(yīng)速度、同步性等。

3）時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度。被測(cè)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置開(kāi)入、開(kāi)出硬接點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試時(shí)間精度的測(cè)試等。

1.2 檢定系統(tǒng)的組成

檢定系統(tǒng)由綜合智能檢測(cè)硬件平臺(tái)、綜合智能自動(dòng)檢測(cè)軟件以及被測(cè)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置/交流采樣變送器校驗(yàn)儀3部分組成如圖1所示。本系統(tǒng)為依據(jù)《DL/T 624—2010繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置技術(shù)條件》、《Q/GDW 1153—2012微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范》和準(zhǔn)備擬定的《綜合自動(dòng)化測(cè)試儀檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》而研制的專用的微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程控電子切換電路，可以根據(jù)檢定任務(wù)在繼保測(cè)試儀檢定與交流采樣測(cè)試儀檢定裝置之間切換，實(shí)現(xiàn)功能的二合一和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；這極大地增強(qiáng)了檢定系統(tǒng)的擴(kuò)展性和通用性，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀眾多技術(shù)參數(shù)的一次性全自動(dòng)智能檢定。

圖1 檢定系統(tǒng)的組成

1.3 檢定系統(tǒng)的原理

檢定系統(tǒng)的基本原理：為檢定系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖2所示。被測(cè)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置/交流采樣變送器校驗(yàn)儀通過(guò)電壓、電流線與綜合智能檢測(cè)硬件平臺(tái)連接；硬件平臺(tái)、測(cè)試端PC以及被測(cè)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置/交流采樣變送器校驗(yàn)儀通過(guò)HUB連接檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。切換裝置根據(jù)具體的檢測(cè)功能自動(dòng)切換負(fù)載、微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置測(cè)量系統(tǒng)、高精度交直流表。

圖2 檢定系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2 檢定系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)

綜合智能檢測(cè)硬件平臺(tái)由微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置自動(dòng)檢測(cè)裝置、COM3003高精度交直流表以及自動(dòng)可調(diào)負(fù)載三部分組成。

微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置自動(dòng)檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的定期檢測(cè)和對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的性能評(píng)價(jià)、測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄與分析、測(cè)試報(bào)告的生成等。由于微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的準(zhǔn)確度規(guī)程要求為0.2%，所以自動(dòng)檢測(cè)裝置的準(zhǔn)確度必須為0.05%以上，因此，高精度的標(biāo)準(zhǔn)互感器是此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[4]。

COM3003高精度交直流表主要實(shí)現(xiàn)交流采樣校驗(yàn)儀的精度測(cè)試，由于交流采樣變送器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度要求為0.5‰，所以高精度交直流表的準(zhǔn)確度至少為0.1‰，此項(xiàng)目選用的表計(jì)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(yàn)儀交直流輸出準(zhǔn)確度的檢定、諧波準(zhǔn)確度的檢定等，完全滿足對(duì)交流采樣校驗(yàn)儀的檢定要求。又由于COM3003電壓測(cè)量的范圍為30～500V，所以針對(duì)30V以下的需進(jìn)行量測(cè)的電壓值，開(kāi)發(fā)一款電壓放大裝置，使小信號(hào)放大到能夠進(jìn)行量測(cè)的范圍，再來(lái)進(jìn)行測(cè)量，合理分配各誤差源的誤差比重能有效的降低系統(tǒng)的總誤差[5]。自動(dòng)可調(diào)負(fù)載可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，自動(dòng)完成負(fù)載的調(diào)節(jié)、全自動(dòng)完成帶載能力的測(cè)試。圖3為硬件原理圖。

圖3 硬件原理圖

3 檢定系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)

減少或避免人工干涉，檢測(cè)過(guò)程的可視化、檢測(cè)報(bào)告輸出實(shí)施化，具有良好的可擴(kuò)展性和兼容 性[6]，是本軟件的設(shè)計(jì)思路和宗旨。

3.1 軟件系統(tǒng)整體架構(gòu)

綜合智能自動(dòng)檢測(cè)軟件安裝于測(cè)試終端（測(cè)試機(jī)或個(gè)人PC）內(nèi)。在本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)上，采用模塊化和結(jié)構(gòu)分層的設(shè)計(jì)思想，軟件整體架構(gòu)如圖4所示，在層次結(jié)構(gòu)上分為系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)層、硬件接口層和自動(dòng)測(cè)試層。

二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)層包括檢測(cè)方案二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀測(cè)試方案的二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀的檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編輯測(cè)試方案；硬件接口層包括微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀/自動(dòng)化測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)模塊、微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置通信模塊以及COOM3003高精度表通信模塊；自動(dòng)測(cè)試層包括自動(dòng)檢測(cè)控制程序。

圖4 軟件整體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)圖

3.2 檢測(cè)方案二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

檢測(cè)方案二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)能夠根據(jù)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置、自動(dòng)化測(cè)試儀的檢測(cè)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)編輯檢測(cè)方案。檢測(cè)方案文件包括兩個(gè)部分，即檢測(cè)模板文件和報(bào)告模板文件。檢測(cè)模板文件定義了測(cè)試儀檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)流程，通過(guò)測(cè)試模板編輯程序來(lái)編輯；報(bào)告模板定義了自動(dòng)生成的標(biāo)準(zhǔn)格式的檢測(cè)報(bào)告，通過(guò)報(bào)告模板編輯程序來(lái)編輯。

3.3 硬件接口層

硬件接口層的測(cè)試儀/標(biāo)準(zhǔn)源驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)各測(cè)試儀/標(biāo)準(zhǔn)源廠家開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊開(kāi)放相同的接口（可以為COM接口，也可以為DLL接口）供自動(dòng)檢測(cè)程序調(diào)用。

本文將測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，主要通過(guò)StartTest、StopTest等接口函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；還將測(cè)試儀輸出功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置的相關(guān)參數(shù)如穩(wěn)態(tài)參數(shù)（如微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置輸出電壓、電流的準(zhǔn)確度、總諧波畸變率、直流分量、移相范圍、幅頻特性等）、暫態(tài)參數(shù)（如電壓、電流的響應(yīng)速度和同步性）和時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度（繼保測(cè)試儀檢測(cè)被試?yán)^電器、保護(hù)及安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間的準(zhǔn)確度）等輸出功能。

微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置通信模塊與微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置通信，讀取微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置的測(cè)量值、控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置切換測(cè)試儀/標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行通道接線、控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置進(jìn)行負(fù)載切換控制。

COOM3003高精度表通信模塊與COOM3003高精度表進(jìn)行通信，讀取標(biāo)準(zhǔn)表的測(cè)量值。

3.4 自動(dòng)測(cè)試層的設(shè)計(jì)

自動(dòng)檢測(cè)層為自動(dòng)檢測(cè)控制程序。自動(dòng)檢測(cè)控制程序打開(kāi)檢測(cè)方案文件，根據(jù)檢測(cè)方案文件定義的檢測(cè)流程依次執(zhí)行各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)，自動(dòng)控制測(cè)試儀/標(biāo)準(zhǔn)源輸出模擬量，自動(dòng)與微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置自動(dòng)檢定裝置/COM3003標(biāo)準(zhǔn)表通信，讀取測(cè)量值，并根據(jù)輸出的標(biāo)準(zhǔn)值、測(cè)量值計(jì)算誤差，判斷檢測(cè)是否合格，并自動(dòng)填寫檢測(cè)結(jié)果到報(bào)告中，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的測(cè)試報(bào)告。檢測(cè)過(guò)程中，控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置自動(dòng)檢定裝置自動(dòng)切換測(cè)試 儀/標(biāo)準(zhǔn)源通道與COM3003表之間的接線。

以上這種高度模塊化的軟件設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)化了測(cè)量軟件設(shè)計(jì)[7]。

3.5 整體檢測(cè)流程

1）自動(dòng)測(cè)試層中的自動(dòng)檢測(cè)控制程序加載由檢測(cè)方案二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)編輯生成的檢測(cè)方案文件。

2）硬件接口層中的測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)程序下達(dá)的參數(shù)命令驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀的輸出。

3）硬件接口層中的微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置檢定裝置通信模塊和COM3003表通信模塊讀取自動(dòng)控制程序中的數(shù)據(jù)，并將測(cè)試結(jié)果錄入到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試報(bào)告中。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀的綜合智能檢定系統(tǒng)于2017年在海南電力試驗(yàn)研究院進(jìn)行了實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣測(cè)試儀的全自動(dòng)檢測(cè)，并且針對(duì)于被測(cè)微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置和交流采樣測(cè)試儀自動(dòng)生成了測(cè)試報(bào)告。系統(tǒng)應(yīng)用表明：采用手動(dòng)測(cè)試的模式，單臺(tái)測(cè)試完所有測(cè)試項(xiàng)目的時(shí)間可達(dá)8h，采用本系統(tǒng)全自動(dòng)測(cè)試的方式后，測(cè)試完所有測(cè)試項(xiàng)目?jī)H需2h，測(cè)試時(shí)間縮短了6h，測(cè)試效率提高了4倍。測(cè)試效率化分析見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試效率化分析

此系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了測(cè)試效率，解決了送檢周期長(zhǎng)和測(cè)試效率低的問(wèn)題，為日后的周期檢定和入網(wǎng)檢測(cè)打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

微機(jī)型自動(dòng)測(cè)試儀綜合智能檢定系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，能對(duì)繼電保護(hù)及交流采樣校驗(yàn)儀進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，并自動(dòng)生成檢定報(bào)告，為縮短被檢儀表的送檢周期提供了設(shè)備保障。解決了送檢儀表滯留時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提高了儀表的送檢率和檢驗(yàn)部門的檢測(cè)水平和用戶的自動(dòng)化儀表應(yīng)用水平，從而間接提高現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備的可靠性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

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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(wàn)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(hù)及自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)工作。