操作继电器装置整机自动测试开发与应用

南京南瑞继保电气有限公司 黄 辉

在电力系统运行过程中，独立操作箱主要运行在220kV 及以上电压等级的输电线路中，用于执行继电保护设备对断路器的操作指令，同时发出各种信号。以CZX-12G-H2操作箱为例，主要具有手动或远方操作断路器、重合闸、三相跳闸、分相跳合闸、跳合闸回路监视、防跳功能、断路器压力监视及闭锁、直流电源监视和切换、交流电压切换等功能。可见，操作箱装置的功能是否正常，关系到电力系统能否安全可靠运行[1]。

由于继电器操作箱装置的特性，不同于常规的继电保护装置，没有太多的逻辑测试，其性能主要受装置硬件性能及接线准确性的影响，测试内容主要为继电器节点动作的准确性。以CZX-12G-H2操作箱为例，装置共有38个开入节点及164个开出节点，而由其产生的背板引线较多，在实际生产制造环节，会出现焊错、虚焊、粘连抑或继电器及节点损坏的情况。

为了可靠确认每个继电器的正确动作，需要在整机生产后对每个继电器进行分合测试，由于节点较多，往往一个开入的动作（例如“手跳”“手合”）会引发多个开出节点动作，且动作特性会受到各其他节点状态的影响，靠人力逐一去测试验证会是一个较大的工作量，且容易产生遗漏，因此研制一套全自动测试系统很有意义，将会提升测试工作效率及可靠性[2-3]。

1 自动测试平台

以CZX-12G-H2操作箱为例，通过去分析所有硬件节点类型，可以把节点分为开入节点、开出节点、操作回路节点、电源节点四类，所有的开出节点都能通过投入开入节点触发动作，因此自动测试的方法是通过依次投退各个开入节点，触发开出动作，检查相应每个开出节点的动作情况，从而验证开入开出回路、继电器节点及接线的正确性。由此建立的测试平台硬件结构如图1所示。

图1 测试平台硬件结构图

图2 测试线连接图

测试平台基于CAN 总线通信的分布式模块化设计，硬件上主要包括人机界面、主控CPU 板卡、开关量输出板卡、开关量输入板卡以及模拟断路器板卡，除CPU 板卡外，其余板卡可重复配置，从而能够满足不同数量的测试节点的需求。

主控板CPU 的主要功能为解析测试脚本、控制整个测试流程并进行测试结果的判断，以及测试步骤的进入、退出，测试的开始退出及测试进程结果的显示通过人机界面操作、展示。

开关量输出板卡用于向被测装置提供开入电压，每个板卡支持多路开出通道，测试过程中，主控CPU 板控制各板卡各个开出通道的开断，继电器节点的闭合导通外部供电回路，从而向被测装置开入节点施加电压。由于操作箱开入回路流入的为实际电流，导通回路中电流值较大，测试平台开关量输出板卡采用DSP2A-DC5V，AG2029功率继电器，触点负载5A/250VAC，5A/30VDC，可以适用装置各电压等级、各回路开入导通的需求。

开关量输入板卡采用24V 弱电作为公共端，接入外部的空节点，外部空节点闭合导通回路，使开入节点带电产生变位，用以检测被测装置开出节点的动作情况。

通过设计测试线，将测试平台板卡与操作箱各板卡进行关联[4]。以装置直流运行电压220V 为例，测试连接线的关系如2图所示。

操作箱的开入节点与测试平台的开出节点相连，测试平台开出节点的公共节点与操作箱电压等级一致，电源由外部独立直流源提供。在操作时，通过控制开出节点继电器的通断，实现投退操作箱的开入；操作箱的开出节点与测试平台的开入节点相连，所有开出节点的负端并接，连到外部弱电（24V，由操作平台电源插件产生）的一端，外部弱电的另一端连接到测试平台开入节点的公共节点，操作箱的开出动作时，空节点的闭合导通测试回路，触发测试平台的开入动作，产生变位信号，通过板间CAN 通讯上送到CPU 主控板，作为判断测试结果的依据。

测试平台的模断板卡中含有一个合圈、两个跳圈，能够同时满足单合单跳及单合双跳的场景需求，在操作箱跳闸/合闸开入收到正电时，相关继电器动作，操作箱跳合闸回路导通，改变模断的跳合位状态，继而改变操作箱的合位/跳位监视[5]；模断板卡上配置有常闭开出，串接入操作箱的直流电源回路，由此通过控制开出节点的分合，可以实现控制直流电源的通断，用于测试装置的直流断线功能。

2 测试脚本

自动测试的测试过程通过加载测试脚本进行，测试脚本里体现了每个测试的输入与输出及判定依据。对于操作箱装置而言，自动测试的方式是通过施加一定的开入量，检查各开出节点的动作情况，去判断每个继电器的好坏及接线的正确性，由此测试脚本的输入是与待测开入相关联的测试平台开出板卡的节点及变位持续时长，输出内容为待测开入节点触发的各开出点号及分合状态，例如第一组保护跳闸A 相测试的脚本部分内容如下所示。

输出条目为本次测试的开入项，条目内容依次为序号、开出板卡号、开出点号、条目名称、开出持续时间、开出变位状态（合），测试结果为本次需要检测的测试平台收到的变位报告，亦即装置的开出动作，条目内容依次为序号、开入板卡号、开入点号、条目名称、等待变位持续时间、开入值（合/分）。

主控程序在加载脚本时，是按照从上到下的顺序依次保存测试用例，测试时按照顺序固定执行，由于操作箱中存在保持节点，为确保测试结果的一致性，测试顺序需要符合一定要求。如进行“A 相跳闸输入”测试，相应开入得到正电，除了A 相跳闸出口变位外，A 相位置信号也应同步变化，并作为测试成功与否判断的依据。

但是若在此之前的测试为TJQ 开入测试，由于TJQ 也会引发A 相跳闸改变A 相位置，出口继电器能够返回，而A 相位置一直保持在分位，此时进行的A 相跳闸输入测试将检测不到A 相位置信号的变化，可见装置的初始状态会影响到测试的进行及结果判断，因此对于顺序执行的测试脚本，在每项测试进行前应先进行复归操作，确保待测信号处在正确位置，以免造成误判，如测试顺序为：设置装置初始位置→A 相跳闸→A 相合闸→B 相跳闸→B 相合闸→C 相跳闸→C 相合闸→手跳→手合→TJQ/TJR/TJF →重合。

3 测试案例

为验证测试的可行性，模拟由于粘连或插针短接等情况使得第一组保护A 相跳闸开入始终带电，进行测试，测试结果如图3所示。

图3 测试结果

图4 问题排查流程

从测试结果中可以看出，由于A 相跳闸开入始终带电，位置继电器TWJa 与跳闸信号继电器TXJa 始终保持在动作状态，在进行此项测试时，测试平台未能收到相关变位报文，使得“第一组保护A 相跳闸”测试失败，直观表现为各开出节点动作失败；另一方面，由于操作继电器装置中存在一些非独立的开出节点，如断路器位置不一致、控制回路断线等是由多个继电器的节点组合而成，在其他开入项的测试中这些开出节点的动作情况也会受到影响，从而在B 相跳闸与C 相跳闸测试中，这些节点的测试结果也是失败。

在上述的测试中测试结果能够发现问题，提醒测试人员需对装置进行返修检查，将装置硬件方面的问题控制在生产环节解决；但由于将所有开入项的测试失败的开出节点列出，测试失败的原因不明确。进一步地，为了能将失败的原因进行细化精确定位，减少问题排查，在所有测试结束后，通过以下流程对测试结果为失败的开入节点进行深入分析。

通过遍历当前开入的所有开出节点，分类处理，对非独立节点进行反向开入关联遍历，进一步明确当前测试失败的原因，确认失败类型是开入异常抑或是某个开出异常，为返修提供初步意见，减小问题排查范围。

本文针对操作继电器装置，设计了一套整机自动测试系统，从实际使用角度验证装置所有开入、开出、操作节点，确认装置硬件器件及接线等的正确性。通过实际应用，一台装置的测试时间仅需在2～3min，有效提高装置生产环节可靠性测试的效率，避免装置硬件及接线方面的问题遗漏到后续流程。