继电保护装置自动化检测系统的研究及应用
国网新疆电力科学研究院的研究人员杨帅、王开科、南东亮、魏伟、张路，在2020年第4期《电气技术》杂志上撰文，针对现场继电保护自动化检测方面现场作业提出了一套自动化检测系统，该系统运用分层结构和模块化思想，通过软件系统实现闭环自动检测；采用开放式结构，本系统在检测之前，可对继电保护自动化检测模板和检测方案、规约进行修改，从而使系统能够匹配不同厂家生产的设备，且在做不同检测时能够灵活切换。
在检测过程中，不断将检测结果填写到标准报告里，从而自动生成标准报告。因此，该自动化检测系统能够大幅度提高现场人员的工作效率，并且使得检测报告标准化、规范化。本检测系统通过新疆某变电站的实际检测，达到了预期的效果。
当前，保护装置定检及验收主要过程是根据装置检测要求，通过人工手动方式来对继电保护检测仪检测，然后根据检测结果逐项填写检测报告。而在现场实际检测过程中，由于继电保护标准检测报告中的检测项目种类繁多，检测结束后需要手动填写大量数据，因而增加了出错的风险。
另外，继电保护检测仪很少能够做到自动校验、自动生成标准报告，需要我们根据定值和设备的类型进行大量人工操作，包括检测项目的选择，试验参数的修改等，过多的人工操作会给最终保护装置的检测结果埋下了隐患，也给现场作业带来了一定的安全风险。
同时，由于检测人员理论水平、实际操作水平各不相同，而且每个人所采用的检验方法与作业流程也各不相同，因此所需的检测时间差别较大，通常现场检测所需时间较长，有时甚至可能超出预定工期，而且后续的检验数据、报告的整理输入等工作也占用了检测人员相当长的一部分时间和精力。
本文研究目的在于为继电保护装置现场检验提供一个规范化、标准化和高效率化的解决方案，通过对软件系统的更新改进，使得自动检测系统能够对保护的规约、保护的检测过程进行编辑，满足现场面临不同厂家的各类设备的需求。
本系统为博电新开发的继电保护自动检测系统，不仅可以针对保护规约进行修改编辑，还能实现继电保护检测过程中整个流程的标准化、自动化，而且可以大大降低人为出错的风险，能够应对不同的保护装置、缩短继电保护校验时间、提升工作效率、减轻检测人员的负担，具有广泛的实用性和显著的直接经济和社会效益。
1 继电保护自动化检测系统系统研发过程中的难点
1）难点1：系统的兼容性和可扩展性
系统要考虑能够支持不同型号的继电保护装置的检测，还要能够接入不同厂家的标准源。
2）难点2：闭环自动检测
自动检测时，需要自动化检测系统与被测保护装置保持通信联系，实现被测保护装置的各种参数、信息等能够被实时掌握，便于自动化检测系统发送控制命令。因此，装置检测过程中要能够实时的编辑这些通信命令，检测过程中能够实现通信命令的执行。
3）难点3：快速生成检测方案
继电保护装置的生产厂家众多，生产出来的各种型号的继电保护装置的检测方法也各不相同，如何能够快速、高效地编辑检测方案，这是自动化检测系统面临的难题。
4）难点4：检测标准化和高效率化
现场检测过程中，如何保证自动检测系统能够严格按照规程进行检测，如何让现场检测人员在繁琐的操作检测界面和保护操作界面中减少实际操作，让操作过程标准化，不易出错，数据的记录、检测报告的编写、整理，减轻一线人员的负担，从而能够投入更多的精力关注检测本身，这也是自动化检测系统需要考虑和解决的问题。
2 自动化检测系统设计思路
自动化检测需要满足的条件有：检测过程标准化、自动化，在检测结束时能够生成统一的标准模板，系统能够根据不同的检测任务进行添加或修改。通过对硬件结构和软件结构的调整和规划，使得检测系统满足需求。
硬件结构要体现自动化检测系统的整体布局，实现检测控制端与电子设备（继电保护装置自动化检测系统与继电保护装置）的有效隔离；软件结构系统的设计是整个检测系统的核心，运用分层结构和模块化的方法，实现自动独立多回路的闭环检测。
2.1 自动化检测系统的硬件结构
自动化检测系统应该具有操作便捷、信息收集全面的特点。通过操作检测系统（PC），能够将检测过程中信息的采集、测量、控制、保护和检测等命令进行调节，在检测结束之后，将需要收集的数据进行处理，并生成一份标准报告，实现检测、检测报告“一键式”完成。
硬件结构如图1所示，检测端一般为个人PC，检测端、检测仪、被测装置通过网线连接交换机实现互联，检测仪和被测装置通过检测线进行连接。
图1 自动化检测系统的硬件结构
2.2 自动化检测系统软件结构框架
自动化检测系统软件的结构框架如图2所示。
图2 自动化检测系统软件结构
自动化检测系统软件安装在检测端（个人PC）上，在层次上划分为两层，分别为二次开发系统层和自动检测层。二次开发系统层包括装置检测方案开发系统、装置检测方案。装置检测方案开发系统可以根据现场需要对装置检测规范和标准进行编辑并输出检测方案。
自动检测层包括通信规约引擎程序、检测仪接口程序、自动检测仪主程序和标准报告。自动检测层在检测开始时起到沟通模板和试验数据的作用，通过继电保护测试仪和自身的信号线对保护设备进行数据的采集和发送，从而控制保护设备的动作与否。
2.3 应对开发难点的解决方案的思路
1）系统在结构上把检测所需的各功能模块化，不同模块之间能够根据需要进行数据交互，从而对试验进行控制。系统建立基于XML标准装置检测方案规范，能够根据不同继电保护装置的检测特点进行各种检测。
系统建立了继电保护装置标准源独立多回路的驱动模块规范，自动检测仪主程序根据此规范来控制标准源实现功能检测，标准源控制软件实现此规范就能够接入自动检测仪主程序，实现自动检测；本系统研究的系统能够兼容各种标准源。
2）系统的MMS规范通信模块，能够与被测继电保护装置进行通信，从而实现闭环自动检测。
3）系统的装置检测方案二次编辑模块，能够根据不同继电保护装置的检测需求，编辑装置检测方案，能够基于现有的装置检测方案和新装置的设备数据模型，智能生成新的装置检测方案。
4）通过系统的硬件以及软件系统的结合，能够解决人工检测的弊端，使得检测自动化，检测结果也随着检测的进行自动生成标准报告模板。
3 自动化检测系统检测原理
3.1 二次开发系统层
不同的被测装置往往有着不同的检测方法，检测方案也不同，检测方案的编辑和规约模板的编辑对于结果有着决定性的影响。装置检测系统开发层如图3所示。
图3 装置检测系统开发层结构框图
各部分的功能如下：
1）装置检测方案的设计
装置的检测方案包括两个文件：被测继电保护装置的标准检测文件和报告模板文件。
标准检测模板文件基于XML语言，使用面向对象的结构化的信息描述方式，用来描述被测继电保护装置的规范化数据模型和各种检测项目；规范化数据模型，用来描述继电保护装置各种数据集的详细信息，通过MMS规范通信模块从继电保护装置现场枚举得到。
报告模板文件默认为标准的Word文件，事先将模板Word文件做好，当得到检测的试验数据时，通过位置映射的方法将所需数据自动填写到Word文件中。
2）装置检测项目设计
为控制输出检测量，从被测装置读取响应检测结果，以及进行检测过程的定义，设计检测项目。主要包括检测项目的通用项目、电气量项目、检测仪控制和保护装置控制，具体如下：
（1）检测通用项目。包括分组、提示信息、安全措施、统计项目等，该类项目的主要特征和任何外部设备无关。
（2）电气量项目。保护的逻辑检测项目的主要特征是是控制检测仪输出检测量给被测保护装置，并通过与被测保护装置的通信获取保护的相关动作事件。
（3）检测仪控制。检测仪的相关配置项目的主要特征是只需要检测仪通信，下达相关配置信息。
（4）保护装置控制。保护装置的相关通信命令项目的主要特征是执行保护的通信命令，如读定值、写定值、投切压板、读取保护的动作信息等。
3）装置检测方案开发系统设计
检测方案编辑模块分为检测模板的编辑和报告模板的编辑。检测模板的编辑就是将继电保护装置所需检测项目进行编辑，包括检测前准备，项目的运行和检测后的复归。报告模板的编辑就是将检测模板中所得到的数据与报告文档（Word文档）的位置进行关联，报告模板编辑程序启动时自动打开Word程序，与普通Word相同，还可以在报告生成后进行修改。
设计检测方案智能编辑模块，基于现有的装置检测方案和新的装置设备数据模型文件，智能、快速生成新的装置检测方案。
4）装置规约开发系统
装置规约的开发系统如图4所示。
图4 装置规约开发系统结构框图
通过保护规约开发系统编辑各种装置的规约，从而形成规约模板，再加载到通信规约引擎程序，实现与被测装置的通信。
3.2 自动检测层
自动检测层包括检测仪接口程序、自动检测仪主程序和通信规约引擎程序。
1）检测仪接口程序
检测仪的接口程序为开放的COM接口模块，供自动检测主程序调用，根据自动检测主程序发送的输出控制命令，控制输出检测量，实现继电保护装置的各种检测功能。
2）自动检测仪主程序
自动检测仪主程序提供了一个继电保护自动装置检测的软件环境，把人工操作和机器操作结合起来，通过加载所需的检测方案、调节我们所需要用到的参数、控制输出量来进行自动检测，检测结束后还会将检测结果生成到标准报告模板中。
3）通信规约引擎程序
通信规约引擎程序的作用是加载我们所需的规约模板，实现检测仪与被测量装置的通信。规约模板分为传统规约模板和MMS规约模板，通过开放相同的接口程序，供自动检测系统调用。
使用自动检测仪主程序打开所需的检测方案，逐项执行方案中的项目，具体流程如下：
（1）自动检测仪主程序根据检测方案计算公式和参数值，调用检测仪接口程序，通过检测仪接口程序开始输出检测量。
（2）自动检测仪主程序通过通信规约引擎程序与继电保护装置进行通信，当继电保护装置收到通信命令和通信数据后，执行命令；每一项执行完毕之后，都会将结果发送给自动检测仪主程序让其进行判断。
（3）自动检测仪主程序接收到结果之后将所关联的数据填写到报告中，并对数据进行判断，判断的结果也将自动填入报告中。
（4）自动检测仪主程序中的报告为Word标准报告，在检测过程中根据程序的关联自动形成标准报告。
4 自动化检测系统的检测方法设计
自动化检测系统的检测方法主要包括以下两个步骤：装置检测方案编辑和自动检测。装置检测方案开发系统要根据检测规范和标准编辑装置检测方案（检测模板和报告模板）；自动检测仪主程序加载已写好的检测方案进行自动检测，检测结束后生成检测报告，流程如下：
1）启动装置检测方案开发系统，建立装置检测方案。具体包括以下：
（1）使用装置检测方案开发系统，新建检测模板，为检测模板制定规范化数据模型。
（2）根据继电保护装置的功能检测要求，根据不同厂家及其设备编辑各种检测项目，定制检测项目的检测方法和检测流程，且一次编辑之后，再遇到相同设备只需加载即可；根据报告格式要求，编辑报告模板。
（3）编译检测模板和报告模板，形成装置检测方案。
2）自动检测仪主程序根据装置检测方案进行自动检测。具体流程如下：
（1）自动检测仪主程序加载装置检测方案，根据装置检测方案形成初始检测记录文件和报告文件。
（2）开始检测，自动检测仪主程序根据装置检测方案定义的检测项目，依次完成各检测项目的检测，自动记录检测结果、自动进行结果判断、自动填写报告。
（3）检测完成，自动生成标准的报告模板并保存。
5 自动化检测系统的应用
目前，本套自动化检测系统在新疆某变电站检测成功，现场检测如图3所示。检测过程中规约模板的编辑、检测模板的编辑以及测试的过程界面、结果界面的一部分如图5—图9所示。
通过本次检测系统的测试，经过对不同厂家的不同设备进行试验验证，证明了本系统在面对不同厂家的不同设备时的有效性，提高了一线检测人员的工作效率，减少了人工检测过程中可能出现的错误，系统自动生成了标准化报告，减轻相关人员的工作负担。
图5 现场检测示例
图6 规约模板的编辑部分图
图7 检测模板编辑部分图
图8 检测过程部分图
图9 检测结果部分图
6 结论
本文针对继电保护装置自动化检测领域的问题，提出了一套继电保护装置自动化检测系统的结构和实现方法，在设计上采用分层结构和模块化思想，将现场检测中的重复性工作交给检测系统，不仅有效的减轻了现场工作人员的压力，并且提高了效率和准确性，使试验更加简易化，报告标准化。
本系统由于是被测设备、检测仪器和计算机之间的连接，不需要网络设备，所以不会有网络安全风险。并且相对于传统继电保护自动化检测方面，在面对不同保护生产厂家和不同设备时，本检测系统可以通过可编辑的规约系统来对应不同规约类型的设备，可编辑的二次开发系统平台能够编辑不同的试验，编辑好的标准化流程可以避免漏检、错检，并且一键启动之后，程序自动进行测试，自动生成标准模板。
本自动化检测系统如果能在全新疆推广应用，不仅能使得新疆的继电保护检测方面得到便利，更使得继电保护装置检测领域的技术水平产生质的飞越。