０ 引 言
繼電保護裝置是電力系統變電站的主要設備，繼電保護裝置的性能直接影響到電力系統運行，裝置要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性，裝置功能類型多且計算邏輯復雜，在對繼電保護產品的生產過程中，繼電保護產品板卡的硬件性能測試是一項重要內容，直接關系到裝置運行的安全性和可靠性，因此針對繼電保護裝置硬件的測試要**、可靠，高效。
目前針對繼電保護裝置硬件測試，市場上大部分的做法是通過人工方式對裝置進行逐個測試，每測試一個裝置，需要手工搭建回路一次，手工連接功放箱一次，這種傳統的手工測試具有以下不足：１）每測試一塊板卡都要重新接線，重新連接功放箱一次，操作繁瑣，容易出錯；２）邏輯功能測試時每測試一次都要重新編輯測試內容，操作重復性高；３）每做完一個測試項目都需要人工查看結果，人力成本較高；４）對測試人員的電氣知識技能水平也有一定要求。另外對于智能繼電保護裝置的功能測試較為復雜化，很多功能無法手工測試，給繼電保護裝置測試帶來了很大挑戰。總而言之，傳統的裝置板卡測試效率低下，可靠性不高。因此迫切需要一種新的方法來改善繼電保護裝置板卡測試的問題。
本文針對目前市場上繼電保護裝置單板硬件手工測試效率不高的現象，提供了一種繼電保護裝置單板自動測試系統，并對該系統中通信、軟硬件等關鍵技術進行了研究。
１ 系統架構
目前繼電保護裝置板卡硬件測試項目包括有：開入、開出、直流／交流 ＡＤ、光口、電口、以太網、光電 Ｂ碼、光纖通道、液晶、鍵盤、ＮＯＲＦＬＡＳＨ、ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ、ＲＴＣ實時時鐘、測溫、２４Ｖ 對時開入、ＩＯ 總 線、擴 展 總 線、ＳＤ ＭＭＣ卡、ＩＩＣ擴展總線等３０多種項目，測試項目種類多，范圍廣。
單板自動測試系統能夠針對繼電保護裝置的不同類型單板實現全部硬件性能的一鍵自動測試，有效提高了測試效率。
如圖１所示，繼電保護裝置單板自動測試系統包括 ＰＣ工控機、單板測試儀、被測機箱，其中被測機箱設置專用卡槽，方便連接被測單板和輔助測試板卡。ＰＣ安裝的測試軟件工具用于板卡測試用例的編輯、測試命令下發及測試信息管理。輔助測試板卡包括有 ＦＰＧＡ 輔助板、ＣＰＵ 輔助板以及單板轉接卡，可用于連接被測單板，對被測單板發送命令及接收單板回復信息，測試時被測板卡直接插入輔助測試機箱卡槽即可，卡槽與輔助機箱內部連接，方便進行后續的開出、交直流等測試。單板測試儀設置有與測試機箱背板形狀相適應的電連接器，測試儀的一側通過網口與 ＰＣ相連，另一側通過電連接器與測試機箱進行連接，能夠將 ＰＣ工控機發出來的報文和命令進行接收并分類處理，并且將被測裝置回復的信息進行判斷和計算，將結果回復給上位機。
繼電保護裝置單板自動測試系統如圖１所示，測試步驟如下：
１）ＰＣ工控機首先進行用戶登錄驗證，編輯生成測試配置文件，被測裝置類型匹配后，發送測試配置命令給單板測試儀；
２）單板測試儀端接收到 ＰＣ發送過來的信息后進行解析處理，對測試對象進行歸類處理，測試對象按照有測試數據報文類型、無測試數據報文類型分別進行相關處理，當信息不屬于處理機制范圍內，向 ＰＣ機發送報警信號；
３）被測機箱輔助板接收到測試儀發送的命令后進一步處理，并根據測試用例類型分別操作，例如光纖通信功能，輔助板循環輸出光纖通道數據幀信號，被測板卡接收到測試指令，讀取光纖通道數據幀信息，并通過光纖通道反回到測試儀。測試儀判斷測試結果，并將測試信息反饋給測試儀，測試儀根據反饋的信息進行結果判斷，并將數據返回給ＰＣ機。
４）ＰＣ機接收到測試結果后通過上位機軟件將結果保存下來，依次再進行下一個功能測試，重復步驟２）、３），直到測試完畢，*終的測試結果根據生成ＰＤＦ報告文件保存起來。
２ 系統軟件設計
２．１ 系統通信設計
單板自動測試系統中，自動測試軟件通過測試儀及輔助測試板卡對被測單板進行控制。為了滿足單板自動測試系統中單板測試種類多，接口復雜、范圍廣的需求，必須解決自動測試軟件、單板測試儀、輔助測試板卡和被測板卡的通信接口問題。
單板測試儀以嵌入式平臺作為底層驅動，ＰＣ工控機與單板測試儀之間的通信、單板測試儀與被測裝置之間的通信全部采 用 ＵＤＰ 通 信，命 令 交 互 與 通 訊 狀 態 測 試 互 不影響。
測試儀ＩＯ 插件采用擴展總線交換數據方式進行讀寫。被測單板與 ＦＰＧＡ 輔助板之間用命令數據交換接口，命令和數據格式一樣。以開入測試為例，首 先 ＰＣ 下 發 控 制 命令進入開入測試模式，測試儀將此命令轉發給被測板。ＰＣ將測試案例整合后隨即發出，測試儀接收到測試案例后由輔助測試板輸出測試電信號，同時向測試板轉發開入測試指令，測試板開始按照要求進行依次測試。
２．２ 系統軟件設計
如圖２所示，整個測試過程中 ＰＣ 工控機進行通信命令和測試任務下發，單板測試儀在獲取通信服務后進行數據解析，從報文中獲取測試類型、測試方法要求，測試參數等，并根據測試類型進行分類處理，不同類型的測試使用不同邏輯及接口分別于被測機箱進行通信交互。
對于繼電保護板卡的硬件性能，需要測試的項目種類較多，單一的軟件處理流程無法滿足所有的硬件測試。根據測試項目分為以下兩種測試方式：
１）如果是開入、開出、Ｂ碼等測試項目時系統判定測試儀為主動測試模式。主動測試模式里還細分為有數據報文類型和無數據報文類型兩種。
當測試信息屬于有數據報文類型時 ，進 入 報 文 處理 ，將結果輸入到被測裝置機箱輔助板中 ，當 判 定 信 息屬 于 無 數 據 報 文 類 型 時 ，直接向被測裝置機箱輔 助 板轉 發 ，當 信 息 不 屬 于 處 理 機 制 范 圍 內 ，向 ＰＣ 機 發 送 報警 信 號 。
無數據報文長度是固定的，系統按照自定義標識進行測試類型判別，例如：通 信 連 接（‘ｌｎｋ’）、全 面 測 試（‘ｆｌｔ’）、通信 壓 力 測 試 （‘ｃｐｔ’）、通 道 測 試 （‘ｍｆｔ’）、停 止 測 試（‘ｓｔｐ’）、測試結束（‘ｅｎｄ’）等，報文中包含測試項目名稱、測試方法、測試模式、測試等待時間、測試發送報文、測試發送端口、測試次數等內容。
有數據數據報文訪數據報文長度不固定，數據組幀如表１所示，報文中開始和結束為固定字符，ｉｄｘ保留未用，長度不夠的使用＃補齊。輔助測試板處理３種命令，分別是裝置連接確認命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｌｎｋ＃０００ｄｅ）、測試結束命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｅｎｄ＃０００ｄｅ）、開始 ｄｅｖ項目測試命令（ｄｓｄｅｖ＃＃ｓｔａ＃０００ｄｅ）。Ｄｅｖ內 容 不 固 定，可 依 次 選 取 ｅｔｈ（以 太網）、ｄｔｔ（測溫芯片）、ｄｉｎ（開入）、ｄｏｕｔ（開出）等測試項。
如圖３所示，以開入測試為例，測試儀向待測板卡轉發“進入開入測試模式”命令的同時驅動開出插件進入“開出指定通道”命令；待測板卡自檢開入前端子的狀態，向測試儀上送“開入狀態應答”報文；測試儀將“開入狀態應答”報文轉發給上位機，上位機進行測試并且上送結果從而完成本路開入通道的測試。
２）如果測試項目為光口、電口時，測試儀處于被動測試模式。以光口測試為例，當測試儀收到上位機發出的“光口測試模式”命令后直接將此命令報文發送給待測板卡中，待測板卡對報 文 進 行 解 析，先 自 檢 本 光 口 情 況，通 過 ＦＰＧＡ輔助測試板，自動完成光口測試，并將測試結果反饋給測試
儀，測試儀直接將“開出結果反饋”報文轉發給上位機。
３ 系統工裝設計
單板測試儀內設置與被測板卡接口形狀相適應的電連接器，其一側的連接端子通過網口接線連接 ＰＣ工控機，另一側的插針航插和待測板卡背板接線端子對應插配連接。輔助測試機箱內部設有滑軌，滑軌上設有滑動平臺，滑動平臺上設有用于安裝被測板卡的卡槽，滑動平臺配備有一個驅動滑動平臺沿滑軌移動的滾珠絲杠驅動裝置。為了滿足被測板卡的種類多且接口多樣化的要求，輔助測試機箱的插針航插使用插接方法固定，測試時可根據需要選擇適用
插針。單板自動測試系統工裝能夠滿足多種類型板卡的硬件測試需求。
４ 測試界面設計
位于 ＰＣ機中的自動測試工具主要實現自動測試用例庫選擇、測試項目管理、測試用例和測試方案的讀取，測試過程監視，測試結果分析和處理，測試報告生成及保存等功能。不同類型板卡的不同測試可通過項目勾選的方式通過加載獨立的 ＸＭＬ配置文件進行選擇。每次測試的項目及參數可保存在測試用例庫中，下次測試時打開即可，測試結果也會自動上傳到測試系統，方便分析硬件缺陷。此方法能夠大大提高測試效率。軟件功能模塊結構如圖４所示，
主要包括以下功能模塊：
１）用戶管理：包括用戶登錄驗證、用戶注銷、密碼設置；
２）通道測試：向被測板發送通道測試命令；
３）通信壓力測試：向被測板發送通信壓力測試命令；
４）**測試：向被測板發送**測試命令；
５）測試報告生成：將測試結果信息按規定格式保存為ＰＤＦ文件；
６）測試報告展示：根據二維碼找到本地保存的對應的報告文件并按規定格式展示
７）系統參數設置：根據設置的參數進行系統設置，并將參數保存到配置文件中。
５ 自動測試系統案例
以線 路 保 護 裝 置 ＮＰＵ８１０３ 板卡為例進行硬件自 動測試。
首先從測試用例庫中選擇 ＮＰＵ８１０３用到的配套ＸＭＬ文件，自動測試工具自動生成測試用例項，如圖５所示。
開始測試時 ＰＣ測試工具按照測試用例集依次向測試儀發送約定好的控制命令及參數，測試儀端根據信息進行解析處理，通過電連接器與被測機箱輔助板對板卡進行各項測試。測試完畢后測試儀判斷測試結果，并將測試信息反饋給測試儀，測試儀根據反饋的信息進行結果判斷，并將數據返回給 ＰＣ機，生成測試報告如圖６所示。
６ 結 論
單板硬件自動測試系統已經的公司的板卡生產車間的檢測部門得到應用，板卡的測試效率得到明顯提高，原 來需要１５個人組成的硬件測試流水線團隊完成１ｈ的板卡測試數量，現在只需要一個人３ｍｉｎ即可完成，而且幾乎沒有測試遺漏現象。
繼電保護單板自動測試系統用于對繼電保護裝置的單板硬件自動測試，測試對象范圍廣泛，包括單板開入、開出、直流／交流 ＡＤ等，測試完成后能夠顯示測試結果信息。單板自動測試系統包括 ＰＣ工控機、單板測試儀、輔助測試機箱和被測單板。ＰＣ工控機用于測試用例的編輯、測試命令下發及測試信息管理；單板測試儀用于測試解析測試命令、測試報文轉發及與被測裝置的連接；輔助測試機箱用于連接被測單板，對被測單板發送命令及接收單板回復信息。本文系統還提供了 ＰＣ工控機與單板測試儀連接通信的方法，命令交互與通訊狀態測試互不影 響，可 使 用 同 一 ＵＤＰ實現。系統可根據兩種不同類型的報文數據格式進行分別處理，有效提高了測試效率。