操作繼電器裝置整機自動測試開發與應用

南京南瑞繼保電氣有限公司 黃 輝

在電力系統運行過程中，獨立操作箱主要運行在220kV 及以上電壓等級的輸電線路中，用于執行繼電保護設備對斷路器的操作指令，同時發出各種信號。以CZX-12G-H2操作箱為例，主要具有手動或遠方操作斷路器、重合閘、三相跳閘、分相跳合閘、跳合閘回路監視、防跳功能、斷路器壓力監視及閉鎖、直流電源監視和切換、交流電壓切換等功能?？梢?，操作箱裝置的功能是否正常，關系到電力系統能否安全可靠運行[1]。

由于繼電器操作箱裝置的特性，不同于常規的繼電保護裝置，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確性的影響，測試內容主要為繼電器節點動作的準確性。以CZX-12G-H2操作箱為例，裝置共有38個開入節點及164個開出節點，而由其產生的背板引線較多，在實際生產制造環節，會出現焊錯、虛焊、粘連抑或繼電器及節點損壞的情況。

為了可靠確認每個繼電器的正確動作，需要在整機生產后對每個繼電器進行分合測試，由于節點較多，往往一個開入的動作（例如“手跳”“手合”）會引發多個開出節點動作，且動作特性會受到各其他節點狀態的影響，靠人力逐一去測試驗證會是一個較大的工作量，且容易產生遺漏，因此研制一套全自動測試系統很有意義，將會提升測試工作效率及可靠性[2-3]。

1 自動測試平臺

以CZX-12G-H2操作箱為例，通過去分析所有硬件節點類型，可以把節點分為開入節點、開出節點、操作回路節點、電源節點四類，所有的開出節點都能通過投入開入節點觸發動作，因此自動測試的方法是通過依次投退各個開入節點，觸發開出動作，檢查相應每個開出節點的動作情況，從而驗證開入開出回路、繼電器節點及接線的正確性。由此建立的測試平臺硬件結構如圖1所示。

圖1 測試平臺硬件結構圖

圖2 測試線連接圖

測試平臺基于CAN 總線通信的分布式模塊化設計，硬件上主要包括人機界面、主控CPU 板卡、開關量輸出板卡、開關量輸入板卡以及模擬斷路器板卡，除CPU 板卡外，其余板卡可重復配置，從而能夠滿足不同數量的測試節點的需求。

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

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

開關量輸入板卡采用24V 弱電作為公共端，接入外部的空節點，外部空節點閉合導通回路，使開入節點帶電產生變位，用以檢測被測裝置開出節點的動作情況。

通過設計測試線，將測試平臺板卡與操作箱各板卡進行關聯[4]。以裝置直流運行電壓220V 為例，測試連接線的關系如2圖所示。

操作箱的開入節點與測試平臺的開出節點相連，測試平臺開出節點的公共節點與操作箱電壓等級一致，電源由外部獨立直流源提供。在操作時，通過控制開出節點繼電器的通斷，實現投退操作箱的開入；操作箱的開出節點與測試平臺的開入節點相連，所有開出節點的負端并接，連到外部弱電（24V，由操作平臺電源插件產生）的一端，外部弱電的另一端連接到測試平臺開入節點的公共節點，操作箱的開出動作時，空節點的閉合導通測試回路，觸發測試平臺的開入動作，產生變位信號，通過板間CAN 通訊上送到CPU 主控板，作為判斷測試結果的依據。

測試平臺的模斷板卡中含有一個合圈、兩個跳圈，能夠同時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，相關繼電器動作，操作箱跳合閘回路導通，改變模斷的跳合位狀態，繼而改變操作箱的合位/跳位監視[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點的分合，可以實現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

自動測試的測試過程通過加載測試腳本進行，測試腳本里體現了每個測試的輸入與輸出及判定依據。對于操作箱裝置而言，自動測試的方式是通過施加一定的開入量，檢查各開出節點的動作情況，去判斷每個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聯的測試平臺開出板卡的節點及變位持續時長，輸出內容為待測開入節點觸發的各開出點號及分合狀態，例如第一組保護跳閘A 相測試的腳本部分內容如下所示。

輸出條目為本次測試的開入項，條目內容依次為序號、開出板卡號、開出點號、條目名稱、開出持續時間、開出變位狀態（合），測試結果為本次需要檢測的測試平臺收到的變位報告，亦即裝置的開出動作，條目內容依次為序號、開入板卡號、開入點號、條目名稱、等待變位持續時間、開入值（合/分）。

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

但是若在此之前的測試為TJQ 開入測試，由于TJQ 也會引發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，此時進行的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會影響到測試的進行及結果判斷，因此對于順序執行的測試腳本，在每項測試進行前應先進行復歸操作，確保待測信號處在正確位置，以免造成誤判，如測試順序為：設置裝置初始位置→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A 相跳閘開入始終帶電，進行測試，測試結果如圖3所示。

圖3 測試結果

圖4 問題排查流程

從測試結果中可以看出，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 始終保持在動作狀態，在進行此項測試時，測試平臺未能收到相關變位報文，使得“第一組保護A 相跳閘”測試失敗，直觀表現為各開出節點動作失??；另一方面，由于操作繼電器裝置中存在一些非獨立的開出節點，如斷路器位置不一致、控制回路斷線等是由多個繼電器的節點組合而成，在其他開入項的測試中這些開出節點的動作情況也會受到影響，從而在B 相跳閘與C 相跳閘測試中，這些節點的測試結果也是失敗。

在上述的測試中測試結果能夠發現問題，提醒測試人員需對裝置進行返修檢查，將裝置硬件方面的問題控制在生產環節解決；但由于將所有開入項的測試失敗的開出節點列出，測試失敗的原因不明確。進一步地，為了能將失敗的原因進行細化精確定位，減少問題排查，在所有測試結束后，通過以下流程對測試結果為失敗的開入節點進行深入分析。

通過遍歷當前開入的所有開出節點，分類處理，對非獨立節點進行反向開入關聯遍歷，進一步明確當前測試失敗的原因，確認失敗類型是開入異常抑或是某個開出異常，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，設計了一套整機自動測試系統，從實際使用角度驗證裝置所有開入、開出、操作節點，確認裝置硬件器件及接線等的正確性。通過實際應用，一臺裝置的測試時間僅需在2～3min，有效提高裝置生產環節可靠性測試的效率，避免裝置硬件及接線方面的問題遺漏到后續流程。