CN105823940A - 一种继电保护测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种继电保护测试系统及方法，所述继电保护测试系统包括测试模块和测试仪，所述测试模块发送测试参数和控制指令至所述测试仪；所述测试仪输出测试信号并接收被测装置的动作反馈信号，将所述测试仪输出的测试信号、预期动作结果与所述动作反馈信号进行比对，实现继电保护测试；所述测试模块，用于基于逻辑图元库构建测试逻辑图，并根据所述逻辑图生成标准化逻辑测试状态序列。本发明提供的系统使用户可以简单、直观、准确地建立测试逻辑模型从而进行复杂的功能及逻辑关系的专业测试，是继电保护测试在专业化、标准化上的发展方向。

Description

一种继电保护测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种继电保护测试技术领域的系统及方法，具体讲涉及一种基于逻辑图的继电保护测试系统及方法。

背景技术

继电保护逻辑图是将保护功能通过逻辑输入(如启动元件、方向元件等)、逻辑输出、与门、或门、非门、时间元件、逻辑直线等进行描述的一种图示方法，其特点是可以将复杂的逻辑结构清晰直观的呈现出来。

状态序列是将一个完整的实验过程划分为若干个连续独立的状态，每个状态通过一系列参数描述该状态的各种信息(如电压、电流、频率、开入量、开出量、持续时间、进入下一状态的触发条件等)。继电保护测试软件已广泛采用这一方式来模拟电力系统故障以考核保护装置的动作逻辑是否正确和满足技术要求。

基于图形化平台实现数据信息的可视化分析已经成为电力上层应用系统的发展趋势，同样在测试领域也是如此。当前的测试软件通过状态序列方式、模板测试、专项功能检测方式已能满足大多数功能检测的需要，且操作简便、用户界面友好。但对于复杂逻辑的专业检测，以上测试方式都需要检测人员对手册中的保护逻辑图进行详尽分析后提取检测要素才能创建测试，且这个提取过程对于越复杂的保护逻辑难度越大，很容易出现分析上的疏漏。特别是对于复杂逻辑进行全面检测时工作量巨大。

绘制保护逻辑图需要建立包含逻辑元件图形和相关属性数据的逻辑图元库。矢量图形文件中的图形元素称为对象，即图元。每个图元是可独立存在的实体，具有颜色、大小、形状及位置等属性，可在清晰度不变的同时，反复移动和改变属性。基于上述优点，选择矢量图形作为逻辑图显示模块的绘图形式。

绘制逻辑图所需图形元件包括：逻辑输入(如启动元件、方向元件等)、逻辑输出、与门、或门、非门、时间元件、逻辑直线等。软件中将它们各自封装以便进行逻辑运算。

继电保护测试系统通常由测试软件和测试仪两部分构成，测试软件运行于外部电脑并将包含测试参数及控制指令信息的测试程序发送给测试仪，测试仪在测试程序的控制下输出测试信号(数字报文或模拟量)同时接收被试装置的动作反馈信号，以此实现一个完整的测试过程来考核保护装置的动作行为。测试软件的功能为：获取测试参数、控制测试信号输出、处理测试数据、评估测试结果、创建测试报告。测试仪的功能为：产生并输出测试信号(电流、电压、开关量)、测试保护响应(模拟量和开关量)、为被试设备提供直流电源等。

传统的继电保护测试系统需要用户根据保护逻辑进行分析后通过状态序列建立测试程序。状态序列的优点是可以对整个试验的输出状态进行明确清晰的规定，而缺点是与保护逻辑无法建立直观联系，需要测试人员提取检测要素后才能创建测试。

针对上述问题，需要提供一种基于逻辑图的继电保护测试系统及方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于逻辑图的继电保护测试系统及方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种继电保护测试系统，所述继电保护测试系统包括测试模块和测试仪，所述测试模块发送测试参数和控制指令至所述测试仪；

所述测试仪输出包含测试参数及控制指令信息的测试程序给被测装置并接收其动作反馈信号，将所述测试仪输出的测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，实现继电保护测试；

所述测试模块，用于基于逻辑图元库构建测试逻辑图，并根据所述逻辑图生成标准化逻辑测试状态序列。

优选地，所述测试模块包括逻辑图元库、逻辑绘图子模块和转换子模块；

所述逻辑图元库，用于存储逻辑关系元件；

所述逻辑绘图子模块，用于根据测试需要绘制所述逻辑图；

所述转换子模块，用于根据所述逻辑图生成标准化的包含测试参数及控制指令信息的测试程序，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出。

优选地，所述测试模块将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；

控制所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；

将所述测试信号发送给被测装置；

所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；

所述测试仪将所述测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，完成测试。

一种基于逻辑图的继电保护测试方法，所述方法包括以下步骤：

I、逻辑图元绘制工具绘制逻辑元件，构建逻辑图元库；

II、基于所述逻辑图元库，根据保护手册的逻辑图绘制逻辑图并设置测试参数；

III、将所述逻辑图转换为标准化的逻辑测试程序，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出；

IV、将所述逻辑测试程序发送给测试仪，控制测试仪对被测装置输出测试信号，同时接收被测装置的动作反馈信号完成测试。

优选地，所述步骤II中，所述测试参数包括：配置信息、保护功能类别、系统模型、系统参数和保护定值。

优选地，所述步骤IV包括：将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；

所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；

将所述测试信号发送给被测装置；

所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；

所述测试仪比对所述测试信号、测试预期结果、所述动作反馈信号，完成测试。

与现有技术相比，本发明提供的方案具有以下优异效果：

1、本发明提供的系统直接将保护逻辑与测试逻辑图进行联系。传统测试程序的创建过程要求检测人员对手册中的保护逻辑图进行详尽分析后提取检测要素才能创建测试，本发明通过构建逻辑图自动完成测试分析，与传统测试方法相比大大减少了人为分析错误的可能性，且测试过程更加清晰、直观，可对复杂保护逻辑进行全面准确的考核。

2、本发明提供的系统中，基于标准化保护逻辑图构建的测试模型保证了用户获得测试程序的准确性和唯一性；特别是对于考核验证复杂逻辑关系的专业测试，传统的测试方法不仅工作量大，而且容易出现参数设置错误和逻辑分析上的疏漏；从保护功能的逻辑图出发，则使测试逻辑对象更加准确，测试过程也更加直观清晰，减少了人为分析错误的可能，使对复杂保护逻辑进行全面考核变得更加简单有效。

3、本发明提供的系统使用户可以简单、直观、准确地建立测试逻辑模型从而进行复杂的功能及逻辑关系的专业测试，是继电保护测试在专业化、标准化上的发展方向。

附图说明

图1为本发明提供的继电保护测试流程图；

图2为本发明提供的测试程序创建过程对比图；

图3为本实施例中“220kV主变高压侧复压闭锁方向过流后备保护”逻辑框图；

图4为本实施例中保护逻辑框图中“负序电压闭锁过流”逻辑模块设置示意图；

图5为本实施例中保护逻辑框图中“低电压闭锁过流”逻辑模块设置示意图；

图6为本实施例中保护逻辑框图中“过流元件动作”逻辑模块设置示意图；

图7为本实施例中保护逻辑框图中编辑名称与添加备注操作示意图；

图8为本实施例中保护逻辑框图中保护功能压板及控制字逻辑模块设置示意图；

图9为本实施例中保护逻辑框图中“过流保护控制字投入”逻辑模块设置示意图；

图10为本实施例中逻辑功能第一组测试示意图(逻辑路径及预期结果)；

图11为本实施例中逻辑功能第二组测试示意图(逻辑路径及预期结果)；

图12为本实施例中逻辑功能第三组测试示意图(逻辑路径及预期结果)；

图13为本实施例中逻辑功能第四组测试示意图(逻辑路径及预期结果)；

图14为本实施例中基于逻辑图的继电保护测试系统示意图(被测试对象分为光数字保护装置和传统保护装置)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供一种继电保护测试系统，所述继电保护测试系统包括测试模块和测试仪，所述测试模块发送测试参数和控制指令至所述测试仪；

所述测试仪输出包含测试参数及控制指令信息的测试程序给被测装置并接收其动作反馈信号，将所述测试仪输出的测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，实现继电保护测试；

所述测试模块，用于基于逻辑图元库构建测试逻辑图，并根据所述逻辑图生成标准化逻辑测试状态序列。

所述测试模块包括逻辑图元库、逻辑绘图子模块和转换子模块；所述逻辑图元库，用于存储逻辑关系元件；所述逻辑绘图子模块，用于根据测试需要绘制所述逻辑图；所述转换子模块，用于根据所述逻辑图生成标准化的逻辑测试程序(包含测试参数及控制指令信息)，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出。

所述测试模块将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；将所述测试信号发送给被测装置；所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；所述测试仪比对所述测试信号、测试预期结果、所述动作反馈信号，完成测试。

本发明还提供一种基于逻辑图的继电保护测试方法，如图1所示，图1为本发明提供的继电保护测试流程图；包括以下步骤：

I、逻辑图元绘制工具绘制逻辑元件，构建逻辑图元库；

II、基于所述逻辑图元库，根据保护手册的逻辑图绘制逻辑框图并设置相关测试参数；

III、将所述逻辑图转换为标准化的逻辑测试程序，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出；

IV、将所述包含相关测试参数及控制指令信息逻辑测试程序发送给测试仪，并控制其输出测试信号给被试装置，完成测试。

步骤II中，所述测试参数包括：配置信息、保护功能类别、系统模型、系统参数和保护定值。

步骤IV包括：

将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；

所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；

将所述测试信号发送给被测装置；

所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；

所述测试仪将所述测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，完成测试。

提供一具体实施例，以实现“220kV主变高压侧复合电压闭锁方向过流后备保护”测试功能为例，在完成逻辑图元构建的基础上，包括以下步骤：

步骤一、根据手册，构建逻辑图。

1、依据被测试保护设备手册提供的逻辑图，通过测试模块进行构建。构建的逻辑图如图3所示。

图6中，左侧的保护输入量对应测试仪的输出信号(如交流电气量信号)。例如“过流元件动作”可与保护测试仪输出至保护装置的三相交流电流对应，如“过流元件动作”条件满足(以“1”表示)，即给保护测试仪指令，输出特定的电流信号。

对整个保护逻辑中的某一“或”逻辑关系进行考核(见图10中箭头所标记的逻辑门模块“≥1”)，根据已构建的完整逻辑图可知当满足“低电压闭锁过流”条件(以“1”表示)且“负序电压闭锁过流”条件不满足(以“0”表示)时，经“或”逻辑输出结果应为“1”(如图10所示)。当且仅当两个输入条件均不满足(即均为“0”)时，经“或”逻辑输出结果才为“0”(如图13所示)。由于测试结果只能以测试仪是否收到保护装置的跳闸反馈信号作为最终反映形式，所以必须将待考核的“或”逻辑关系模块的输出结果与整个保护逻辑最终的输出结果建立对应关系，这也是测试程序实现的关键环节。基于以上测试逻辑，测试模块通过计算自动生成图10～图13所示的所有逻辑条件进行测试。左侧为“1”的保护输入量对应于装置压板投入或保护测试仪向保护装置输出的模拟电气量信号(继电保护测试仪可根据输出指令输出特定幅值、相位的交流量和直流量)。

如说明书为PDF电子文档格式，测试模块可识别PDF截图并自动生成逻辑图，可极大减轻用户工作量。

2、对逻辑图中各保护元件的具体参数和实现方式进行确认。

如图4所示，以“负序电压闭锁过流”元件为例，具体为：

选择左侧“负序电压闭锁过流”逻辑模块进行模式和参数设置：

1)定义“模块类型”：“负序电压动作元件模块”；

2)定义“元件动作模式”：“高于定值动作”；

3)定义“逻辑定义”：将“高于定值动作”定义为“0”,即“满足闭锁条件，保护不动作”时为“1”。

4)选择“变化方式”：“阶梯递变”；

5)选择“故障量构建方式”，包括：采用三相对称纯负序故障量、采用序分量叠加构建故障量(即输入正序分量、零序分量的限制范围和负序分量定值，可自动计算出施加相量的变化参数)。这里选择“采用三相对称纯负序故障量”。

如图5所示，以“低电压闭锁过流”元件为例，具体为：

选择左侧“低电压闭锁过流”逻辑模块进行模式和参数设置：

1)定义“模块类型”：“低电压动作元件模块”；

2)定义“元件动作模式”：“低于定值动作”；

3)定义“逻辑定义”：将“低于定值动作”定义为“0”，即“满足闭锁条件，保护不动作”时为“1”。

3)选择“变化方式”：“阶梯递变”；

4)选择“故障量构建方式”，包括：采用三相对称纯正序故障量、采用序分量叠加构建故障量(即输入负序分量、零序分量的限制范围和正序分量定值，可自动计算出施加相量的变化参数)。这里选择“采用三相对称纯正序故障量”。

如图6所示，以“过流元件动作”保护元件为例，具体为：

选择左侧“过流元件动作”逻辑模块后可进行模式和参数设置：

1)定义“模块类型”：“动作元件模块”；

2)定义“元件动作模式”：“高于定值动作”；

3)选择“变化方式”：“阶梯递变”；

4)选择“故障量构建方式”，包括：采用三相对称纯正序故障量、采用序分量叠加构建故障量(即输入负序分量、零序分量的限制范围和正序分量定值，可自动计算出施加相量的变化参数)。这里选择“采用三相对称纯正序故障量”。

“过流保护启动元件”、“PT断线”、“方向判别满足”逻辑模块的设置与上面方法类似，在此省略。

还可以对框图中各部分的名称进行编辑并添加备注。如图7所示，可将“低电压闭锁过流”备注为“高于低电压定值时闭锁过流保护，低于低电压定值时开放过流保护”。

如图8所示，用户需对保护功能压板及控制字进行定义。以“过流保护控制字投入”逻辑模块为例，如图9所示，具体为：

选择逻辑图中位于左侧的“过流保护控制字投入”逻辑模块后进行模式和参数设置(图9中箭头所指)：

1)定义“模块类型”：“压板及控制字模块”；

2)确定“1/0定义”：“1”定义为“投入过流保护”，“0”定义为“退出过流保护”，

3)如有SCD文件，可将控制字进行关联；

其他保护功能压板及控制字同上操作。核对确认后将试验参数(包括逻辑图及框图中各模块定义和相关变量参数)提交至转换子模块；所述转换子模块解析计算逻辑图生成试验测试程序，过程如下：

1)标准化。对用户编辑的框图调整各部分模块为标准化格式。

2)解析计算。基于科学试验遵循的“单一变量原则”，对由最基本的“与门”、“或门”构成的逻辑图进行解析计算，生成逻辑矩阵并与模块参数进行关联。

3)生成测试程序，测试依然以标准化逻辑图的形式体现，每个模块中的测试参数可根据测试需要由用户实现手动编辑调整，将所述测试程序以状态序列格式输出。

标准化逻辑图中相应模块可实现逻辑功能验证或定值准确度测试，具体实现过程如下：

1)逻辑功能的验证。如图10～13所示，选择任一逻辑模块，逻辑图会显示逻辑路径并显示预期结果。可靠验证某一逻辑关系，须对若干组试验结果进行考核，以验证“低电压闭锁元件”与“负序电压闭锁元件”的“或门”逻辑模块为例进行说明(图10～13中箭头所指)，四组测试均符合预期结果时才能判定为“或逻辑”正确。

2)定值准确度测试。

如下表1-4所示，试验方案以表格矩阵形式显示一整组状态序列，作为保护测试仪的测试参数。

表1

表2

表3

表4

以考核“220kV主变高压侧复压闭锁方向过流后备保护”中的“低电压定值”为例。将被测试装置的“低电压定值”整定为“线电压70V”，“过流定值”整定为“1A”，“指向母线控制字”整定为“0”即指向变压器。

如图14所示，以上由计算解析后生成的逻辑测试程序(包含测试参数及控制指令信息)发送至保护测试仪并控制其输出测试信号进行测试。根据被测试设备的不同，测试仪分为数字式保护测试仪和传统保护测试仪。其具体连接如下：

1、装载基于逻辑图测试模块的服务器、数字式保护测试仪和光数字保护装置(被试装置)通过以太网连接至交换机，数字式保护测试仪与被试装置间通过光纤连接。

2、装载基于逻辑图测试模块的服务器与传统保护测试仪通过以太网连接，传统保护测试仪与被试装置间通过电缆连接。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种继电保护测试系统，所述继电保护测试系统包括测试模块和测试仪，其特征在于：

所述测试模块发送测试参数和控制指令至所述测试仪；

所述测试仪输出包含测试参数及控制指令信息的测试程序给被测装置并接收其动作反馈信号，将所述测试仪输出的测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，实现继电保护测试；

所述测试模块，用于基于逻辑图元库构建测试逻辑图，并根据所述逻辑图生成标准化逻辑测试状态序列。

2.如权利要求1所述的一种继电保护测试系统，其特征在于：所述测试模块包括逻辑图元库、逻辑绘图子模块和转换子模块；

所述逻辑图元库，用于存储逻辑关系元件；

所述逻辑绘图子模块，用于根据测试需要绘制所述逻辑图；

所述转换子模块，用于根据所述逻辑图生成标准化的包含测试参数及控制指令信息的测试程序，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出。

3.如权利要求1所述的一种继电保护测试系统，其特征在于：所述测试模块将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；

控制所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；

将所述测试信号发送给被测装置；

所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；

所述测试仪将所述测试信号、测试预期结果与所述动作反馈信号进行比对，完成测试。

4.一种基于逻辑图的继电保护测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、逻辑图元绘制工具绘制逻辑元件，构建逻辑图元库；

II、基于所述逻辑图元库，根据保护手册的逻辑图绘制逻辑图并设置测试参数；

III、将所述逻辑图转换为标准化的逻辑测试程序，将所述逻辑测试程序以状态序列的格式输出；

IV、将所述逻辑测试程序发送给测试仪，控制测试仪对被测装置输出测试信号，同时接收被测装置的动作反馈信号完成测试。

5.如权利要求5所述的基于逻辑图的继电保护测试方法，其特征在于：所述步骤II中，所述测试参数包括：配置信息、保护功能类别、系统模型、系统参数和保护定值。

6.如权利要求5所述的基于逻辑图的继电保护测试方法，其特征在于：所述步骤IV包括：将所述逻辑测试程序发送给所述测试仪；

所述测试仪根据所述测试程序产生测试信号；

将所述测试信号发送给被测装置；

所述被测装置根据所述测试信号产生动作反馈信号，并将所述动作反馈信号发送给所述测试仪；

所述测试仪比对所述测试信号、测试预期结果、所述动作反馈信号，完成测试。