CN110943881B - 一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统及方法，测试系统包括多个硬件平台和1个控制主机平台，多个硬件平台中，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化主变保护装置，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化母线保护装置，至少一个硬件平台通过航插连接被测的就地化线路保护装置，各硬件平台通过光纤串联，实现同步时钟传输，保证所有硬件平台使用同一个时钟信号。针对就地化保护装置“工厂化调试”的测试需求，结合就地化保护技术特点开展检测分析，提出工厂化调试的技术方案，对就地化装置进行现场还原检测，实现就地化装置全面检测、自动化检测，整体联调检测。

Description

一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统及方法
技术领域
本发明涉及智能变电站技术领域，特别涉及一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统及方法。
背景技术
继电保护装置就地化理念是近年国调组织开展的电力行业新技术新方向，就地化保护装置采取无防护、开关场安装方式，全部采用航空插头预制方式，现场安装简单，调试工作降低，运维检修采用更换式检修方式，减少现场停电工作量，减低检修停电时间，确保系统稳定安全运行
就地化二次设备是技术与标准结合，将开启了变电站设计、建设、运维的全新模式。就地化保护装置主要包含了三种类型，就地化线路保护装置、就地化主变保护子机、就地化母线保护子机。
就地化保护装置采用无防护户外安装方式，取消了液晶显示操作，通过智能管理单元统一与全部的就地化保护装置通信，并查看或操作设备信息。
就地化保护装置全部采用预制航插接口，通过对航插实现标准化方式，实现各厂家同种类型保护设备的互换安装。
就地化主变保护装置各子机之间与就地化母线保护装置各子机之间采用环网协议通信方式互通数据。
智能变电站就地化保护安装方式改变了继电保护整体联调方式，主要以工厂化调试方式为主，在工厂化调试中心完成就地化装置的全部功能检测及整组联调测试，现场中只进行回路检测与整组检测。
就地化保护工厂化调试中心的形式对就地化保护装置检测提出新要求，在工厂化调试中心测试中，不仅要对就地化保护装置单体进行测试，还要对多间隔的就地化线路保护装置、就地化主变保护装置、就地化母线保护装置进行整体联调测试，需要一个具备模拟量、数字量、环网协议、对时等功能的硬件平台并兼顾自动测试等功能的软件平台于一体的就地化装置专用检测平台进行单体装置调试，同时要求多台检测装置可同步运行，对多台就地化保护装置同时测试。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统及方法，针对就地化保护装置“工厂化调试”的测试需求，结合就地化保护技术特点开展检测分析，提出工厂化调试的技术方案，对就地化装置进行现场还原检测，实现就地化装置全面检测、自动化检测，整体联调检测，准确评估就地化继电保护装置的质量，保证电力系统的安全稳定运行，针对就地化保护装置的运行特点，严把就地化保护装置入口质量关，完善更换式就地化保护装置检修配置管理。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统，包括多个硬件平台和1个控制主机平台，多个硬件平台中，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化主变保护装置，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化母线保护装置，至少一个硬件平台通过航插连接被测的就地化线路保护装置，各硬件平台通过光纤串联，实现同步时钟传输，保证所有硬件平台使用同一个时钟信号。
多个所述的硬件平台结构相同，均包括包括主板模块、电流检测模块、电压检测模块、数字通讯模块和开关量输入输出模块，电流检测模块、电压检测模块、数字模块和开关量输入输出模块均通过通讯方式与主板模块相连。
所述电流检测模块和电压检测模块的外部端口通过航空插头连接被测装置的电流或电压信号接点。
数字模块的外部光口通过环网协议及9-2\Goose协议分别与被测的装置相连。
开关量输入输出模块的外部端口为跳闸接点信号点，通过信号线分别与被测的装置相连。
所述控制主机平台是就地化工厂化调试系统的软件载体，测试软件系统在计算机中运行，控制输出组件按照测试逻辑输出模拟量或数字量报文，同时也与被测就地化装置进行MMS通信。
一种基于就地化保护工厂化调试的测试方法，包括如下步骤：
步骤1：通过扫描二维码信息从测试模版库自动加载该装置型号检测模版；
步骤2：导入备份文件，读取装置备份文件并比对；
步骤3：如果比对一致，则导入SCD文件，进行测试；测试分为单体装置测试和多装置整组联调测试，单体测试分为线路保护测试、主变保护测试和母线保护测试；多装置整组联调测试包括互联闭锁逻辑测试和多装置同步性测试；单体装置测试中包括遥信测试、遥测测试和保护逻辑测试；
步骤4：自动生成测试报告。
1)主板模块包含FPGA与ARM组成主板系统，ARM通过以太网通信协议与计算机进行通信，获取计算机下发的指令及数据信息，ARM把接收到的指令下达给主板FPGA，并将接收到的数据信息经过逻辑计算下发给主板FPGA，由主板FPGA进行数据处理分配及光口数据配置等命令操作，并通过主板FPGA下发给各个模块的FPGA；
2)同时主板模块具备对时接收电路，接收外部对时信号，并将对时信号通过FPGA下发给其他各模块的FPGA，保证各模块引用同一个时钟源，各模块FPGA接收主板FPGA提供的数据信息及时钟信息，将数据信息转变为采样率2000点-最高8000点-正弦波输出或开关量输出；
3)同理，各模块FGPA将接收到的9-2、Goose、环网协议、开关量输入信息标注时间戳，解析并提取，将信息上送至主板FPGA，由主板FGPA提供给ARM进行逻辑处理，并形成闭环测试，记录保护装置动作时间等，将实时数据或测量结果反馈到计算机；
主板FPGA下发指令操作：
9-2发送及光口、组数配置；
9-2接收及光口、组数配置；
Goose发送及光口、组数配置；
Goose接收及光口、组数配置；
环网协议发送及光口配置；
9-2和Goose同时方式；
对开关量的操作；
对模拟量的操作；
模拟量与数字量同时方式(数字量包含：9-2、Goose、环网协议)；
多台硬件平台同步整组测试功。
1)文件比对方法，通过哈希表法，将备份文件的关键码值映射到表中的一个位置来访问记录，以加快查找的速度；利用哈希表法原理将备份文件1中GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在数组中，同时将备份文件2文件中与备份文件1一致的GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在另一个数组中；分别依次比对两个文件中对应标志位数组中对应元素，从而判断备份文件是否一致；
2)保护逻辑测试方法，元件保护需要模拟量与环网协议/专用协议同步输出进行逻辑测试，模拟量与数字量同步输出，实现参数控制的主板模块同时下发参数给模拟量办和数字量办，模拟量板与数字量板都有独立的FGPA程序，独立进行正玄波计算，模拟量输出板FPGA与数字量输出板FPGA引用同一个时钟源，FGPA控制模拟量相位、数字量相位输出，每接收一个秒脉冲信息，将模拟量与数字量初相位复位，模拟量输出板与数字量输出板的硬件固有延时通过硬件进行补偿，保证模拟量输出与数字量输出相位同步；模拟量输出初相位为a1，数字量输出初相位b1，环网协议延时为c1 us；a1＝b1-(c1/20000)x360；
3)网络异常模拟方法
增加了环网协议输出，按照SV/GOOSE异常模拟机制实现环网协议异常模拟输出，对报文组包时进行序号控制实现环网报文丢帧错序异常模拟，对发送时序控制实现环网报文发送间隔测试，通过改变延时参数和相关联的相位值，模拟环网延时异常。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本测试系统具备多套高精度放大器，输出模拟量电压电流量；本测试系统采用高精度核心处理单元，实现数字报文发送，并行完成数据的收发处理，实现多通道间零延时处理，保证数据的可靠收发，从而保证二次设备的可靠检测。
2、本测试系统可实现环网协议模拟输出，实现模拟量与数字量同步输出功能；本测试系统实现了多种同步方式，包括GPS、IRIGB、IEEE1588对时方案。其中IEEE1588主从时钟同步精度可达百ns级。
3、本测试系统可对就地化线路保护装置、就地化主变保护装置、就地化母线保护装置进行测试。本测试可多台装置同步运行测试，对多台就地化线路保护、就地化主变保护、就地化母线保护进行同步测试。
附图说明
图1是本发明的基于就地化保护工厂化调试的测试系统的系统框图；
图2是本发明的硬件平台结构图；
图3是本发明的基于就地化保护工厂化调试的测试方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统，包括多个硬件平台和1个控制主机平台，多个硬件平台中，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化主变保护装置，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化母线保护装置，至少一个硬件平台通过航插连接被测的就地化线路保护装置，各硬件平台通过光纤串联，实现同步时钟传输，保证所有硬件平台使用同一个时钟信号。
如图2所示，多个所述的硬件平台结构相同，均包括包括主板模块、电流检测模块、电压检测模块、数字通讯模块和开关量输入输出模块，电流检测模块、电压检测模块、数字模块和开关量输入输出模块均通过通讯方式与主板模块相连。
所述电流检测模块和电压检测模块的外部端口通过航空插头连接被测装置的电流或电压信号接点。
数字模块的外部光口通过环网协议及9-2\Goose协议分别与被测的装置相连。
开关量输入输出模块的外部端口为跳闸接点信号点，通过信号线分别与被测的装置相连。
所述控制主机平台是就地化工厂化调试系统的软件载体，测试软件系统在计算机中运行，控制输出组件按照测试逻辑输出模拟量或数字量报文，同时也与被测就地化装置进行MMS通信。
硬件平台：
1、就地化线路保护测试终端
具备至少6路20A高精度模拟量电流输出，至少6路120V高精度模拟量电压输出，
具备4对百兆光纤接口，可收发61850-9-2报文、Goose报文信息
具备4对千兆光纤接口，可收发环网协议报文，
具备8路开关量输入接口、8对开关量输出接口，用于测试保护装置动作时间
同时也具备光IRIG-B、GPS、IEEE1588对时接口。
2、就地化主变保护测试终端
具备至少12路20A高精度模拟量电流输出，至少12路120V高精度模拟量电压输出，
具备4对百兆光纤接口，可收发61850-9-2报文、Goose报文信息
具备4对千兆光纤接口，可收发环网协议报文，
具备8路开关量输入接口、8对开关量输出接口，用于测试保护装置动作时间
同时也具备光IRIG-B、GPS、IEEE1588对时接口。
3、就地化母线保护测试终端
具备至少18路20A高精度模拟量电流输出，至少6路120V高精度模拟量电压输出，
具备4对百兆光纤接口，可收发61850-9-2报文、Goose报文信息
具备4对千兆光纤接口，可收发环网协议报文，
具备8路开关量输入接口、8对开关量输出接口，用于测试保护装置动作时间
同时也具备光IRIG-B、GPS、IEEE1588对时接口。
如图3所示，一种基于就地化保护工厂化调试的测试方法，包括如下步骤：
步骤1：通过扫描二维码信息从测试模版库自动加载该装置型号检测模版；
步骤2：导入备份文件，读取装置备份文件并比对；
步骤3：如果比对一致，则导入SCD文件，进行测试；测试分为单体装置测试和多装置整组联调测试，单体测试分为线路保护测试、主变保护测试和母线保护测试；多装置整组联调测试包括互联闭锁逻辑测试和多装置同步性测试；单体装置测试中包括遥信测试、遥测测试和保护逻辑测试；
步骤4：自动生成测试报告。
1)主板模块包含FPGA与ARM组成主板系统，ARM通过以太网通信协议与计算机进行通信，获取计算机下发的指令及数据信息，ARM把接收到的指令下达给主板FPGA，并将接收到的数据信息经过逻辑计算下发给主板FPGA，由主板FPGA进行数据处理分配及光口数据配置等命令操作，并通过主板FPGA下发给各个模块的FPGA；
2)同时主板模块具备对时接收电路，接收外部对时信号，并将对时信号通过FPGA下发给其他各模块的FPGA，保证各模块引用同一个时钟源，各模块FPGA接收主板FPGA提供的数据信息及时钟信息，将数据信息转变为采样率2000点-最高8000点-正弦波输出或开关量输出；
3)同理，各模块FGPA将接收到的9-2、Goose、环网协议、开关量输入信息标注时间戳，解析并提取，将信息上送至主板FPGA，由主板FGPA提供给ARM进行逻辑处理，并形成闭环测试，记录保护装置动作时间等，将实时数据或测量结果反馈到计算机；
主板FPGA下发指令操作：
9-2发送及光口、组数配置；
9-2接收及光口、组数配置；
Goose发送及光口、组数配置；
Goose接收及光口、组数配置；
环网协议发送及光口配置；
9-2和Goose同时方式；
对开关量的操作；
对模拟量的操作；
模拟量与数字量同时方式(数字量包含：9-2、Goose、环网协议)；
多台硬件平台同步整组测试功。
1)文件比对方法，通过哈希表法，将备份文件的关键码值映射到表中的一个位置来访问记录，以加快查找的速度；利用哈希表法原理将备份文件1中GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在数组中，同时将备份文件2文件中与备份文件1一致的GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在另一个数组中；分别依次比对两个文件中对应标志位数组中对应元素，从而判断备份文件是否一致。
2)保护逻辑测试方法，元件保护需要模拟量与环网协议/专用协议同步输出进行逻辑测试，模拟量与数字量同步输出，实现参数控制的主板模块同时下发参数给模拟量办和数字量办，模拟量板与数字量板都有独立的FGPA程序，独立进行正玄波计算，模拟量输出板FPGA与数字量输出板FPGA引用同一个时钟源，FGPA控制模拟量相位、数字量相位输出，每接收一个秒脉冲信息，将模拟量与数字量初相位复位，模拟量输出板与数字量输出板的硬件固有延时通过硬件进行补偿，保证模拟量输出与数字量输出相位同步；模拟量输出初相位为a1，数字量输出初相位b1，环网协议延时为c1 us；a1＝b1-(c1/20000)x360。
3)保护专网测试技术，就地化保护专网测试是对于SV均匀性、异常统计、SV一致性、GOOSE实时性、GOOSE一致性的测试。本发明采用同步法和插值递推法实现。
4)网络异常模拟方法
增加了环网协议输出，按照SV/GOOSE异常模拟机制实现环网协议异常模拟输出，对报文组包时进行序号控制实现环网报文丢帧错序异常模拟，对发送时序控制实现环网报文发送间隔测试，通过改变延时参数和相关联的相位值，模拟环网延时异常。
软件功能包含了：
依据访问权限进入测试系统；
测试模板管理、测试报告管理，通过二维码扫描自动生成测试用例，自动测试，自动生成测试报告，报告管理系统；
文件比对测试，定值文件比较测试，配置文件比较测试，模型文件比较测试；
单装置一键式自动测试系统(就地化保护装置动作逻辑测试)；
装置SV对点、Goose对点、开入开出对点测试系统；
多台硬件平台同步进行互联闭锁联调测试；
报告管理，形成一个包含工厂化调试全部测试项目，符合现场验收的测试验收报告。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (5)

1.一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统，其特征在于，包括多个硬件平台和一个控制主机平台，多个硬件平台中，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化主变保护装置，至少有一个硬件平台通过航插连接被测的就地化母线保护装置，至少一个硬件平台通过航插连接被测的就地化线路保护装置，各硬件平台通过光纤串联，实现同步时钟传输，保证所有硬件平台使用同一个时钟信号；
多个所述的硬件平台结构相同，均包括主板模块、电流检测模块、电压检测模块、数字通讯模块和开关量输入输出模块，电流检测模块、电压检测模块、数字模块和开关量输入输出模块均通过通讯方式与主板模块相连；
数字模块的外部光口通过环网协议及9-2\Goose协议分别与被测的装置相连；开关量输入输出模块的外部端口为跳闸接点信号点，通过信号线分别与被测的装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统，其特征在于，所述电流检测模块和电压检测模块的外部端口通过航空插头连接被测装置的电流或电压信号接点。
3.根据权利要求1所述的一种基于就地化保护工厂化调试的测试系统，其特征在于，所述控制主机平台是就地化工厂化调试系统的软件载体，测试软件系统在计算机中运行，控制输出组件按照测试逻辑输出模拟量或数字量报文，同时也与被测就地化装置进行MMS通信。
4.一种基于就地化保护工厂化调试的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过扫描二维码信息从测试模版库自动加载装置型号检测模版；
步骤2：导入备份文件，读取装置备份文件并比对；
步骤3：如果比对一致，则导入SCD文件，进行测试；测试分为单体装置测试和多装置整组联调测试，单体测试分为线路保护测试、主变保护测试和母线保护测试；多装置整组联调测试包括互联闭锁逻辑测试和多装置同步性测试；单体装置测试中包括遥信测试、遥测测试和保护逻辑测试；
步骤4：自动生成测试报告；
1）文件比对方法，通过哈希表法，将备份文件的关键码值映射到表中的一个位置来访问记录，以加快查找的速度；利用哈希表法原理将备份文件1中GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在数组中，同时将备份文件2文件中与备份文件1一致的GOOSE发布、GOOSE订阅、SV发布、SV订阅和CRC元素的标志位分别存储在另一个数组中；分别依次比对两个文件中对应标志位数组中对应元素，从而判断备份文件是否一致；
2）保护逻辑测试方法，元件保护需要模拟量与环网协议/专用协议同步输出进行逻辑测试，模拟量与数字量同步输出，实现参数控制的主板模块同时下发参数给模拟量办和数字量办，模拟量板与数字量板都有独立的FGPA程序，独立进行正玄波计算，模拟量输出板FPGA与数字量输出板FPGA引用同一个时钟源，FGPA控制模拟量相位、数字量相位输出，每接收一个秒脉冲信息，将模拟量与数字量初相位复位，模拟量输出板与数字量输出板的硬件固有延时通过硬件进行补偿，保证模拟量输出与数字量输出相位同步；模拟量输出初相位为a1，数字量输出初相位b1，环网协议延时为c1 us；a1= b1-(c1/20000)x360；
3）网络异常模拟方法
增加了环网协议输出，按照SV/GOOSE异常模拟机制实现环网协议异常模拟输出，对报文组包时进行序号控制实现环网报文丢帧错序异常模拟，对发送时序控制实现环网报文发送间隔测试，通过改变延时参数和相关联的相位值，模拟环网延时异常。
5.根据权利要求4所述的一种基于就地化保护工厂化调试的测试方法，其特征在于，
1）主板模块包含FPGA与ARM组成主板系统，ARM通过以太网通信协议与计算机进行通信，获取计算机下发的指令及数据信息，ARM把接收到的指令下达给主板FPGA，并将接收到的数据信息经过逻辑计算下发给主板FPGA，由主板FPGA进行数据处理分配及光口数据配置命令操作，并通过主板FPGA下发给各个模块的FPGA；
2）同时主板模块具备对时接收电路，接收外部对时信号，并将对时信号通过FPGA下发给其他各模块的FPGA，保证各模块引用同一个时钟源，各模块FPGA接收主板FPGA提供的数据信息及时钟信息，将数据信息转变为采样率2000点-8000点-正弦波输出或开关量输出；
3）同理，各模块FGPA将接收到的9-2、Goose、环网协议、开关量输入信息标注时间戳，解析并提取，将信息上送至主板FPGA，由主板FGPA提供给ARM进行逻辑处理，并形成闭环测试，记录保护装置动作时间，将实时数据或测量结果反馈到计算机；
主板FPGA下发指令操作：
9-2发送及光口、组数配置；
9-2接收及光口、组数配置；
Goose发送及光口、组数配置；
Goose接收及光口、组数配置；
环网协议发送及光口配置；
9-2和Goose同时方式；
对开关量的操作；
对模拟量的操作；
模拟量与数字量同时方式；数字量包含：9-2、Goose、环网协议；
多台硬件平台同步整组测试。
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