继电保护系统自动测试技术探讨

曾亚恒

（南京国电南自软件工程有限公司，江苏 南京 211106）

0 引 言

继电保护系统是电力系统中的关键部分，负责实时监测电力系统的运行状况，当检测到异常情况时，通过切断故障电路，防止故障扩大，以保障电力系统的安全稳定运行[1]。为了提高继电保护系统的性能和可靠性，自动测试技术在其调试、运行和维护阶段具有重要意义。

1 自动测试技术的关键要素

1.1 测试仪器的选择与配置

测试仪器的选择和配置直接影响测试结果的准确性与可靠性，因此在实施自动测试时，需充分考虑测试仪器的性能和适用性[2]。常用的测试仪器包括电流互感器、电压互感器、继电器测试仪等，这些设备在继电保护系统测试过程中发挥着关键作用。选择合适的测试仪器并进行正确配置是实现高效自动测试的基础[3-5]。在测试仪器选型过程中，应充分考虑仪器的精度、稳定性、可靠性，以满足继电保护系统自动测试的需求，为电力系统的安全稳定运行提供有力支持。

1.2 测试方法与技术

1.2.1 参数自动化校验

参数自动化校验是对继电保护系统各项参数进行自动检测与校验的过程，包括设备参数、保护参数、通信参数等。通过利用自动化技术进行参数校验，可以大幅提高校验速度和准确性，减少人为因素的影响，从而提高继电保护系统的性能和可靠性。在实际应用中，参数自动化校验需要与测试设备和仪器紧密配合，实现快速、准确的参数检测与调整。

1.2.2 保护设备功能自动化测试

保护设备功能自动化测试是指通过自动化技术对继电保护设备的各项功能进行全面、系统地检测与验证，包括保护动作特性、跳闸逻辑、通信功能等。通过实施保护设备功能自动化测试，在短时间内全面评估设备性能和可靠性，发现潜在问题并及时进行调整与修复，有助于确保继电保护系统的有效运行，降低故障率，提高电力系统的安全性和稳定性。在实际应用中，保护设备功能自动化测试需要与先进的测试设备、仪器及相应的软件系统相结合，实现快速、准确的功能测试和分析，为维护电力系统的安全稳定运行提供有力支持。

1.3 测试数据管理与分析

1.3.1 数据采集与存储

测试数据的采集通常涉及到各种类型的继电保护设备，如断路器、变压器等，需要采集的数据包括设备的运行状态、故障信息、参数设定等。表1 中是一些主要的继电保护设备和对应需要采集的数据类型、采集频率以及正常运行状态下的数据范围。

表1 不同类型继电保护设备正常运营状态数值

假设断路器开合状态是二进制值，0 表示开，1表示合，变压器的温度范围为0 ～100 ℃，压力范围为0 ～300 kPa。所有数据都需要通过数据采集设备进行自动化采集，并实时传输到数据存储系统中。数据存储则需要考虑数据的可用性和安全性。为了保证数据的可用性，需要将数据存储在可以随时访问的数据库中，同时需要定期进行备份，以防数据丢失。为了保证数据的安全性，需要对数据进行加密处理，并且限制对数据的访问权限。

1.3.2 数据分析与处理

数据分析在继电保护系统自动测试中是至关重要的一环，不仅可以更好地理解设备的运行状态，还可以发现其中的故障并及时进行处理。在数据分析过程中，需要先对数据进行清洗，去除无效或者错误的数据，然后通过统计分析和可视化工具对数据进行深入分析。例如，通过计算各种设备运行状态的平均值、标准差、最大值以及最小值等，以了解设备的正常运行范围。同时，可以借助故障信息找出故障发生的时间、频率、原因，以使更好地改进继电保护系统的设计和运行。数据分析结果示例如表2 所示。

表2 数据分析结果示例

由表2 可知，断路器开合状态的平均值为0.05，这意味着大部分时间断路器都处于关闭状态。同时，变压器的平均温度为45 ℃，平均压力为150 kPa，均在正常的运行范围内。对于故障信息的分析，需要创建一个故障发生的时间序列图，以了解故障发生的模式。例如，在某些特定的时间段或者在某些特定的设备参数设置下，故障发生的频率更高。这些信息可以有效预防未来的故障，从而提高继电保护系统的稳定性和可靠性。

2 自动测试技术的实施流程

2.1 测试计划与设计

实施自动测试技术的首要步骤是制定详细的测试计划和设计，清楚地定义测试目标，确定测试范围和深度、具体的测试方法和工具。测试目标通常包括验证继电保护系统的性能，检查系统的稳定性和可靠性、发现问题和故障。测试的范围和深度需要根据实际的系统复杂度和测试资源确定。例如，对于大型的继电保护系统，需要进行全面的系统测试；对于小型的系统，只需要进行部分的功能测试。在确定了测试目标和范围后，需要设计具体的测试方法和工具，在此过程中，需要考虑测试的效率和准确性、测试数据的管理和分析。一般来说，自动化的测试方法和工具具有更高的效率和准确性，而且可以方便管理和分析测试数据。测试计划示例如表3 所示。

表3 测试计划示例

根据表3 可知，验证性能的测试需要全系统的自动化测试，预计需要2 周的时间；检查稳定性的测试则需要对关键部分进行长时间运行测试，预计需要1 周的时间；发现问题和故障的测试同样需要全系统的自动化测试，预计只需要1 周的时间。

2.2 测试执行与监控

在测试计划与设计阶段的基础上，测试团队开始执行具体的测试工作。首先，根据测试计划搭建适当的测试环境，配置所需的测试设备与仪器，确保测试过程中硬件与软件的兼容性。其次，按照预定的测试方案，测试人员进行自动化测试的操作，对继电保护系统的各项性能指标进行全面检验。在测试执行过程中，测试团队需要对测试进度和测试结果进行实时监控，以确保测试工作按照预定计划顺利进行。不管遇到任何问题，如测试设备故障、数据异常或测试结果不符合预期等，都应及时分析原因并采取相应措施予以解决。最后，测试团队需密切关注测试过程中的安全风险，确保测试人员遵循安全操作规程，预防意外事故的发生。

例如，在重庆市双桥电站的继电保护系统自动测试技术实施中，测试执行与监控环节被详细地安排与执行。工程师创建了一份详细的测试计划，包括预定对10 种不同类型的故障和5 种常规操作进行模拟。并设置了一个专门模拟双桥电站具体环境的测试环境，准备进行系统测试。在执行测试计划时，工程师借助专门的监控软件实时收集并记录所有数据和信息，列出了每个测试步骤的执行时间、执行结果、出现的问题或异常。测试执行完成后，工程师进行了详细的结果分析，根据这些结果改进了双桥电站的继电保护系统。某电站在测试执行与监控测试的具体流程如表4 所示。

表4 某电站在测试执行与监控测试的具体流程

2.3 测试结果评估与报告

在完成测试执行与监控阶段后，测试团队需要对所收集的实际测试结果进行详细分析，判断是否符合预期目标和设计要求。对于未通过的测试项目，需要深入探究原因，针对问题采取相应的调整和优化措施，以确保继电保护系统的性能达到预期水平。在测试结果评估的基础上，测试团队需撰写详尽的测试报告，对整个自动测试过程进行完整记录和总结。测试报告应包含测试计划与设计、测试执行与监控、测试结果评估等各个环节的详细信息及测试过程中出现的问题和采取的措施。

3 结 论

继电保护系统自动测试技术对于提高电力系统的安全性和稳定性具有重要意义。从自动测试技术的关键要素和实施流程2 个方面进行了探讨，涵盖了测试设备与仪器、测试方法与技术、测试数据管理与分析、测试计划与设计、测试执行与监控以及测试结果评估与报告等方面。实现继电保护系统自动测试技术的高效实施关键在于各环节的协同与完善，文章所研究内容能为电力行业从业者在实际工作中应用自动测试技术、提升继电保护系统性能提供有益参考。