配电网智能终端全自动校准及测试系统

黄海燕

（厦门明翰电气股份有限公司，福建 厦门 361100）

0 引言

市场上对配电网智能终端的校准及出厂检测多数停留在人工手动测试并填写测试报告的模式。人工检测可能存在因人员疏忽或专业检测人员能力参差不齐导致配电网管理终端存在如校准精度不足、功能漏检、测试报告记录不规范等问题，不良的配电网管理终端进入实际工程应用，增加了配电网的不稳定性[1]。

因此，研制一款适用于配电网智能终端单元的全自动校准及测试系统，转人工手动测试为机器自动测试校准，对提高配电终端的产品质量，降低人工成本有重要意义。

1 设计需求及关键技术分析

1.1 配电网智能终端介绍

配电网自动化终端包括馈线终端(FTU)、三遥站所终端（DTU）、配变终端（TTU），用于电力系统中压配电网中的开闭所，柱上分段开关、环网柜以及配电变压器的监视与控制，与配网自动化主站通信，提供配电网运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配网设备进行调节控制的指令[2]。三遥站所终端DTU 安装在配电网馈线回路的开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处，具有遥信、遥测、遥控、故障隔离与录波等功能。

1.2 生产线上遇到的问题

1.2.1 DTU 生产线上校准测试效率低下

DTU 生产线上工艺流程：原料检验→电路板高温老化→主板、外壳装配→电路板、后盖板装配→整机组装→外观检查→装置镜像烧写→装置校准→整机功能检测→耐压绝缘检测→带电老化→出厂检测→包装入库。

三相程控标准源作为模拟电压电流信号输入的设备，每个工序原则上只设置1 台设备，只能提供1 个间隔单元三相电压和三相电流输入。而单个DTU 终端最大支持16个间隔单元的信号采集，每个控制单元回路都需要单独测试三相电流、功率等，以工序8 校准一台8 间隔单元DTU为例，为了防止电流分流，校准装置时，需要将程控电源电流输出线连接到DTU终端的第1个间隔单元的电流端子上，然后打开程控源输出，采用手动计算的方法，做好校准工作。校准后，必须关闭程控电源输出，之后将DTU 终端上第1 间隔单元的接线拆下接到第2 间隔单元，进行第2 间隔单元校准测试。以此类推，进行8 个间隔单元的参数校准。以校准1 个间隔回路需要2min 时间为例，完整校准一台8 间隔单元DTU 需要时间16min。另外，工序9整机功能检测和工序12 出厂检测，需要进行繁多的接线端子拔插操作，高频率启停程控标准源，才能达到完整的测试目的。整个测试过程效率低下，测试人员工作疲劳，严重影响DTU 终端整机设备的生产。

1.2.2 程控标准源切换次数过多，寿命降低

三相程控电源寿命有限，过多的启停、开关，都会缩短使用寿命，导致按键不灵、输出不准等种种问题，从而增加了三相程控电源的维护和使用成本。

1.2.3 手动填写测试报告，容易出错

出厂测试报告采用测试过程手动记录测试值，进行模拟量精度等的人工判断，效率低下，计算过程容易出错，测试报告纸质形式，不易保存。

1.3 关键技术分析

将手动测试改为自动测试，在测试DTU 终端多间隔电参量时，需要解决所存在的电流切换问题。切换电流电路通过继电器控制可以实现，但切换过程应确保电流不开路，也不能产生分流现象。电压测试时，2 路交流电压并联测试，在测试过程中，如果指标不符合标准，应自动退出测试，并发出语音报警提醒测试人员将不达标的测试值记录下来。完成测试之后，测试报告需自动生成到指定的目录中供查询。

2 设计原理及时序图

配电网智能终端单元的全自动校准及测试系统硬件部分主要由后台主机、标准功率源、直流信号源、通信模块、多功能I/O 模块、配电网管理终端六大部分组成。通信接口包括RS232、RS485 以及以太网接口，接线方式如图1 所示。

图1 系统接线原理框图

后台主机：指安装有全自动校准及测试系统的电脑主机。

标准功率源：提供交流电压电流信号输出的三相程控标准源。

直流信号源：具备直流电流电压信号输出的标准源。

多功能I/O 模块：指带有多路的开关量输入输出功能并具有通信功能的模块。

通信模块：后台主机跟多功能I/O 模块进行对话的桥梁，一方面接收后台主机的控制命令给多功能I/O 模块，控制其继电器闭合与断开；另一方面，采集多功能I/O 模块的开关量及继电器状态信号，转发给后台主机做判断。

配电网管理终端：整个系统的测试对象，可以是配电网终端DTU/FTU/TTU 单元。

2.1 设计要点一：终端自动校准

后台主机根据预设的参数传输命令，控制标准电源和直流信号源输出指定大小的交流电压、交流电流、直流电压、直流电流等信号至测试DTU 终端，后台终端自动校准及测试系统读取并分析测试终端DTU 单元的上送数据，将DTU 上送的测试数据与标准源数据进行比较，系统自动将校准值计算出来之后，通过后台主机发送写命令，将校准值写入测试DTU 终端的校准寄存器中，完成一个参数值的校准，由此系统自动投切完成下一参数的校准，直至完成所有的电参量校准，控制过程如图2 自动校准时序图所示。

图2 自动校准时序图

2.2 设计要点二：模拟量采集功能测试

后台主机通过运行通信模块发出控制命令，关闭多功能I/O 模块中控制电路1 的电流继电器组和电压继电器组，然后主机同步发出控制命令至标准程控电源，输出指定大小的三相交流电流和电压信号，通过多功能I/O 模块，输入至测试DTU 终端单元；后台主机根据测试逻辑，通过通信模块发出控制指令，以控制多功能I/O 模块继电器的开关，依次控制模拟电流、电压信号的输入输出至测试DTU终端的指定间隔单元，DTU 单元将采集到的相应间隔回路的模拟量值转发给后台主机，系统对比采集到测量值与标准源输出值，自动计算精度，并自动切换下一间隔单元测试，完成测试DTU 终端多个间隔回路的模拟量循环测试。时序控制过程与校准相似。

2.3 设计要点三：开入开出量功能测试

DTU 配电终端根据配电网需求，须具备多路的开入开出量接入功能。开入量功能测试主要是验证终端的遥信能否被及时、准确地接收。开出量测试，是验证终端执行后台系统遥控命令的准确性。后台系统通过控制多功能I/O模块，模拟工程相关的开入开出信号输入至测试终端DTU单元，DTU 通过标准电力通信协议再将模拟信号传输至后台系统，后台进行综合逻辑判断信号及遥控执行的准确性。开入量测试时序图如图3 所示，测试过程一旦出现异常，系统则自动终止测试，并输出报警信号，等待处理。

图3 开入量测试时序图

3 硬件平台

3.1 标准功率源

三相标准功率源主要提供测试用的交流电压电流信号，输出失真度满足0.05%（典型值）的纯净弦功率信号，输出频率可在40Hz～65Hz 进行调整，分辨率至少0.002Hz，精度至少0.004Hz，具有开放的通信协议，提供二次开发API 接口。

3.2 多功能I/O 模块

指含有多个开关量输入和继电器输出，并带有通信功能的一个或者多个采集模块组成的整体。可选用具备遥信采集功能和遥控采集功能的模块组合使用。

遥信采集模块，具有32 路无源开关量输入，带RS485通信接口，支持MODBUS 通信规约。

遥控采集模块，具有16 路继电器输出，带RS485 通信接口，支持MODBUS 通信规约。

3.3 通信模块

通信模块采用成熟的VxWorks 微内核多任务操作系统[3]，具有以太网、串行接口（RS232、RS485、RS422）等多种高速可靠的通信接口，负责将后台主机跟多功能采集模块对接，处理好通信数据采集转发及控制执行任务，支持多种通信规约，同时满足自定义规约需求。

4 软件平台

软件测试平台采用Java 语言开发，开发时使用多任务机制[4]。软件开发的困难在于异步通信[4]存在时效差异，尤其是在多回路模拟循环切换试验中，为了保证电流源不是处于开路状态，后台系统运行的过程中需要先接收到电流测试控制电路的电流继电器组的闭合信号，然后才能开始将前控制电路的电流继电器组断开。在每个测试任务的处理过程中，都需要满足每个步骤的条件，当信号到达后台软件系统之后才能被允许测试。

配电网智能终端单元的全自动校准及测试系统的测试流程，分为以下步骤：启动标准功率源，并设置远程控制模式→启动直流电源，并设置远程控制模式→初始化系统配置→后台系统与测试 DTU 终端进行通信→进行终端的按键测试→自动进行终端的校准测试→终端装置自动进行零漂测试→开入量自动采集测试→开出量自动输出测试→模拟量功能自动测试→出厂定值自动写入→自动生产出厂报告→自动关闭交流标准源→自动关闭直流标准源→语音提示自动测试完成。

从初始化系统配置至步语音提示自动测试完成，系统均根据逻辑自动完成终端检测并生成测试报告，无须人员干预，若测试过程出现异常，系统会马上跳出自动测试模式，语音提示自动测试异常并提示异常原因，等待测试人员解决。

5 结语

经过生产线上验证测试，使用配电网全自动校准及测试系统后，生产效率大幅提高，生产线上原工序8 装置校准和工序9 整机功能检测两道工序，合并为装置全自动校准及功能检测 1 道工序，而且生产人员可以在装配终端的同时，兼顾检测工序，无须额外增加检测人员，极大地减少了生产人员投入。同时，通过自动检测校准系统，单台8 间隔单元DTU 的精度校准耗时从原来16 min 缩短至2min，功能测试耗时从原来的2h，缩短至0.5h，极大地提高了生产效率，解决了原DTU 生产线上校准测试效率低下的困扰。

单台终端的测试过程无须启停标准功率源，无须人工拔插接线端子，不仅大大提高了生产效率，避免了原产线上检测设备因开合切换次数过多，寿命降低的问题，还能自动生成检测报告，并且存储于指定目录，便于管理，避免因手工填写纸质报告造成的各种管理问题。不仅提高了终端的生产合格率，保证了产品质量，也为企业带来了实实在在的经济效益。