继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试.pdf

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继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试1 继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试2 继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试3 继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试4 继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试5
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第39卷第16期2011年8月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVlol,39No.16Aug.16,201l继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试李国杰,姬希娜,匡海燕,邓清闯(许继电气有限公司,河南许昌461000)摘要:针对某微机线路保护装置在某变电站运行一段时间后出现的遥信误报现象进行了分析,定4,——5- ̄现问题的保护元件展宽元件对问题展宽元件和修改后的展宽元件的程序逻辑进行了详细分析,找出问题发生的原因。介绍了windows平台下模拟保护模块功能测试的测试模型。在基于此模型开发的测试平台上,针对展宽元件进行软件测试。测试时用判定表法设计测试用例和运用对比测试法对问题进行验证。最后总结了保护模块测试方面的一些思路。关键词:展宽元件;VLD;软件测试;测试用例;判定表;对比测试Analysisofmisoperationofremotesignalinginarelayprotectionequipmentandthesoftwaretestofrelativeelement—LIGuo-jie,JIXina,KUANGHal-yah,DENGQing-chuang(XJElectricCo.Ltd,Xuchang461000,China)Abstract:Thispaperanalysesthemisoperationofremotesignalinginacertainmicroprocessor-basedlineprotectionequipmentafterrunningaperiodoftimeinonetransformersubstation,andlocatestheproblematicelement-extensionelement.Thispaperanalyzestheprogramlogicoftheproblematicelementandthemodifiedelementindetail,andfindsthecauseoftheproblem.Italsointroducesthemodeloffunctiontestofprotectionmoduleinwindows.OnthetestplatformwhichiSdevelopedaccordingtothemode1above,weconductsoftwaretestontheextensionelement.Inthetestingphase,weusethedecisiontablemethodtodesignthetestcaseandusethecontrasttestingmethodtoverifyiftheproblemissolved.Intheend,someideasforprotectionmodulestestingissummarized.Keywords:extensionelement;、D;softwaretest:testcase;decisiontable;contrasttest中图分类号:TM77文献标识码:A—文章编号:16743415(2011)16-0142.050引言某微机线路保护装置在某变电站运行一段时“间后,装置发送纵联加速动作、收信输入长期存在、沟通三跳、跳闸失败、闭锁重合闸、收信输入”长期存在返回等报文,这些报文发送时,运行线路并没有故障,确定此现象属于遥信误报。此保护装置是基于可视化逻辑设计VLD(VisualLogicDesign)开发的新型继电保护产品。利用可视化编程环境进行电力系统的保护设计,不仅使程序界面美观和友好,而且省时、省力、扩充性强【1J。可视化编程体现了透明化设计思想,使用户容易理解和维护;使软件开发的效率大大提高,可视化编程使出错率降到最低,且组态灵活,适合于用户的多样性LZJ。这里用到的可视化编程实现方法为:在专用VISIO软件上,各种保护元件以图标形式存于模板库里,供设计者调用。用户只需按照保护装置所采用的原理,在VISIO上进行相应的逻辑连线即可pJ。问题发生后,首先检查该保护装置的VLD逻辑图,没有发现保护逻辑问题,通过进一步排查,——问题初步定位在一个VLD基本元件展宽元件上,对该问题元件的程序逻辑进行了软件白盒测试,得出了问题产生的原因,并对修改后的展宽元件程序运用判定表分析法和对比测试法等软件测试方法进行了验证测试。1问题元件初步定位通过分析VLD逻辑图,没有发现保护逻辑方面的问题,但发现上面列出的所有误发的报告均是“”“经展宽元件输出后才出口的。沟通三跳、跳闸失”“”败和纵联距离加速动作的VLD逻辑图如图1和图2所示。李国杰,等继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试图1沟通三跳、跳闸失败动作逻辑图Fig.1Logicdiagramforoutletofthreephasetrippreparationandtrippingfailure图2纵联距离加速动作逻辑图Fig.2LogicdiagramforpilotprotectionusingdistanceaccelerationrelayVLD逻辑图中展宽元件的目的是当输入状态量由1变0时,继续输出状态量为1,直到展宽延时过后才输出状态量为0。保护中的出口保持功能即可通过展宽元件来实现。初步定位问题出现在展宽元件上。下面是对展宽元件的具体分析。2展宽元件分析2.1功能描述展宽元件功能描述:主要完成对输入信号负跃变的延时响应,延时由定值控制。正跃变瞬时响应。展宽元件的输入输出如下所示输入:1.输入信号2.负跃变延时(定值)输出:1.输出值图3直观形象地描述了展宽元件的功能。输出时间图3展宽元件功能描述Fig.3Descriptionofthefunctionofextensionelement≈2.2展宽元件程序逻辑分析2.2.1展宽元件程序逻辑展宽元件的程序流程图如图4所示。2.2.2展宽元件预期输出行为当展宽元件的输出已经为0并且当前输入一直为0的情况下,根据展宽元件的目的,预期它的输出应该一直也为0。如图5所示。图4展宽元件程序流程图Fig.4Flowchartofextensionelement::—输入:一l——输出:j1i;时间:l;;.tofl图5展宽元件预期输出Fig.5Anticipantoutputofextensionelement从图5中可以看到,to时刻元件输入发生负跃变,此时展宽元件应继续保持输出1,直到负跃变延时过后(负跃变延时是一个定值,这里假定其值为,广to),即到,l时刻,展宽元件才输出0。元件输出O以后,假如此后展宽元件的输入一直为0,则预期它的输出也应一直为0。.2.2.3展宽元件实际输出行为根据图4中展宽元件的程序逻辑图,当输出已“经为0并且当前输入一直为0的情况卞判断延”时是否到这个条件来决定输出0还是输出J延时未到,元件输出继续保持为1;延时到元件输“”出0。延时是否到这个条件在程序中的表达是:≥系统时钟.记忆时钟负跃变延时定值。这种处理方式有一个缺陷:就是当系统时钟计时到最大值OxFFFFFFFF后会翻转为0,然后再计数到该记忆时钟时,展宽元件会误输出l,并且持续一个展宽延时后又输出0。具体情况如图6所示。输入:厂.]_●输出时间记忆时钟FFFFFFFF点图6展宽元件实际输出Fig.6Actualoutputofextensionelement.144.电力系统保护与控制2.2.4分析修改后的展宽元件修改后的展宽元件的程序逻辑如图7所示。j否初始化记忆时钟垂苎>与{三l否—;忆输出为蛆输入>更钟≥”‘忆输出为。且输入二疋驯l否>l否烹输出If图7修改后展宽元件的程序流程图Fig.7Flowchartofmodifiedextensionelement将修改后展宽元件和旧展宽元件进行对比,分析出新展宽元件做了以下修改。当记忆输出为0并且当前输入也为0时,更新记忆时钟点,输出0,直接返回。在这种情况下无需根据当前时钟和记忆时钟点的差值与(输入)负跃变延时定值的大小关系决定输出1或0,也就是说输出不会受时钟翻转的影响。于是解决了遥信误报问题。3展宽元件软件测试下面介绍windows平台下保护模块功能测试模型以及针对展宽模块的测试用例设计方法。3.1保护模块功能测试模型介绍在windows平台下模拟保护模块(元件)功能测试的实现方法:首先编写驱动模块和桩模块,设计被测模块的测试用例(测试用例的主要内容有:被测模块的输入参数,输出参数,预期输出,预期返回值),测试运行时,驱动模块调用被测模块并自动读入测试用例,一次执行所有的测试用例,然后根据预期结果和实际结果判断用例是否通过,并把测试结果自动填写到一个初步的测试报告上,从而实现对保护模块功能的半自动测试(半自动是因为测试的核心内容测试用例仍需要也必须依靠人来完成)。测试模型如图8所示。目前基于此模型开发的软件单元测试平台已经成功地测试了上百个保护模块,本文提及的展宽元件就是其中一个被测模块,完成该模块的测试执行时间不到1秒,大大节省了时间,提高了测试效率,也可以让测试人员腾出时间来设计测试用例,从而提高了测试的完整性。图8保护模块功能测试模型Fig.8Modeloffunctiontestofprotectionmodule3.2用判定表法设计测试用例在某些数据处理问题中,其数据流图的加工需要依赖于多个逻辑条件的取值,在这些取值的组合构成的多种条件下,执行不同的动作。这种情况最适于用判定表作工具来表达【4]。展宽元件属于这种情况,故用判定表法设计展宽模块的测试用例,步骤如下:1)列出规则的个数影响本模块输出的条件共有4个:记忆输入、记忆输出、本次输入和延时到,每个条件有2个取值,故应有2×2×2×2=16种规则。2)列出条件桩和动作桩3)填入条件项,得到判定表1表1判定表Tab.1Decisiontable123456789l011l2l314l516记忆1l1l1lll000O0O00输入记忆11l100O0l1110OO0条输出件本次11O011OO110Ol100输入延时1OlO1O1O1O1O1O1O到动本次作输出对于本模块,有些条件与条件之间的组合不可能出现,如:如果记忆输入1,则记忆输出必定为l。记忆输入为1、记忆输出为0的情况不存在。将这些不存在的条件组合去掉。得到表2。李国杰,等继电保护装置误报分析及相关元件的软件测试一145一表2修正判定表1T,lb.2Modifieddecisiontablel1234567891Ol11213141516记忆输入llllll1l00000O00记忆1l11000O1111OO00条输出件本次输入llOOllOO1lOO1l00延时'lOlOl01O101010lO到动本次llIlllOlllOO作输出现在对条件项的某些规则进行合并,如规则1和规则2,它们的前3个条件项相同,第4个条件项无论取何值时,动作项是一样的。即要执行的动“…”作与条件4无关,于是可合并。用表示无关。合并后,得到表3。表3修正判定表2Tab.3Modifieddecisiontable21234567记忆输入l1O000O记忆输出1l1110O条件本次输入l0100l0延时到lO’动作本次输出ll1O1lO4)设计测试用例,测试用例应覆盖判定表3中的每一列,测试用例表如表4所示。表4测试用例表Tab.4"restcasetable输入输入预期预期返用例序号参数1参数2输出1回值0101O10000OlQ20100OOOlO3l1OO11Ol041100110105OlOO110l061100l10l07l10011Ol0801001IO109O1O011Ol1OOl00OO测试用例之间延时(ms):100,100,100,100,50,100,100,50,703.3设计对比测试用例一上面设计的测试用例看似很全面,但是如果你在旧模块(有问题的模块)和新模块上均运行一下这组测试用例,发现这组测试用例在新模块上运行能全部通过,在旧模块上也能全部通过。这说明这组测试用例还够不全面,原因在于没有结合模块运行所在的装置环境来考虑(比如系统时钟的工作方式)。必须补充这样一个测试用例,这个测试用例能模拟这样情况:记忆输出一直为0并且当前输入一直为0并且这种状态要持续一个翻转周期。补充测试用例如表5所示。表5补充测试用例Tab.5Complernentarytestcase用例输入输入预期预期序号参数1参数2输出1返回值Ol11Olo0O0在获取系统时钟桩函数中设置时钟翻转范围为10000ms,0110测试用例与0111测试用例之间的延时应在(10000.100)~10000ms之间。这样的测试用例既能暴露旧模块的缺陷,又能验证新模块的正确性。4总结1)关于判定表分析软件测试时可以运用多种测试用例设计方法,包括等价类划分、边界值分析、错误推测法、判定表分析、因果图和功能图等【5]。在做模块测试时,应具体问题具体分析,灵活运用其中的一种或几种测试方法。2)透过现象看本质此问题表面上是时钟翻转造成的,实际是因为在记忆输出为0和本次输入为0时程序没处理好这种情况造成的。解决问题时应从程序处理逻辑着手,而不是在装置的系统ffj钟工作方式上打主意。3)用联系的观点看待测试在测试保护模块时,要站在系统的角度看待此模块,弄清楚本模块在VLD逻辑图中位置,即与其他模块之间的联系。弄清楚本模块的输入管脚来源(是定值、是其他模块的输出管脚还是开入量)、输入管脚的含义和输出管脚的作用(输出管脚的值是否用于判断是否报告和保护动作出口)。还应联系到装置软硬件环境,如装置的系统时钟是怎样的工作方式,在本例中,装置系统时钟计数值存在一个寄存器中,每隔1ms,计数值增1,累计到0xFFFFFFFF后会发生翻转,重新从0开始计数。4)用运动的观点看待测试测试不要静止在一个点上,测试用例的组织要.146.电力系统保护与控制模拟各个运动状态,特别是当被测模块牵涉到采样计算、记忆数据和延时控制时。有时两个测试用例貌似相同,其实代表了两个不同的执行过程,因为“环境变化了。正如一句名言所说:人不能两次踏入”同一条河流,说明事物处于永恒变化之中。对于某个模块来说,每次执行时所处的环境也是不断变换的,在测试时要模拟这些环境。5)不要刻意追求覆盖率,覆盖率不是目标而是一种手段测试的目标是尽可能地去发现错误,去寻找被测对象与既定的规格不一致的地方。此在进行测试用例设计的时候,首先应当从对需求和设计的了解,使用已有的经验去挖掘测试用例,包括正常的用例和异常的用例。在这个基础上,再使用需要的覆盖率准则来衡量已有的测试设计并补充相应的用例来达到需要的覆盖率准则。如果仅以覆盖率目标来指导测试的话,会丢失很多重要的信息,陷入到追求覆盖率数字的极端中去。6)关于对比测试设计测试用例,应模拟旧模块发生问题时所处的环境(当记忆输入为0并且当前输入也为0,由“”于时钟翻转,判时间条件重新不满足)。模拟问“题发生环境并不需要OxFFFFFFFF秒,只需改动获”取系统时钟桩函数:减小翻转范围(如每隔10000ms翻转)即可,再针对新模块和旧模块运行此测试用例,如果旧模块有问题,新模块没问题,说明新模块解决了此问题。参考文献[1]邓秋娥.可视化编程在微机保护中的实现[J].继电器,2008,36(3):1.4.[2][3][4][5]—DENGQiue.Implementofvisualprogramminginmicrocomputer-basedprotection[J].Relay,2008,36(3):1-4.易永辉,赵志华.一种新型的继电保护软硬件平台lJ】.继电器,2002,30(6):26.28.——YIYonghui,ZHAOZhihua.Anewsoftwareandh ̄dwareflameofrelayprotection[J].Relay,2002,30(6)26.28.易永辉,程时杰.一种基于图形化编程技术的馈线保护装置的研制[J].继电器,2003,31(11):52.54.YIYong-hui,CHENGShi-jie.Developmentofa—protectiverelayforfeedersbasedOilgraphoriented—programmingtechnique[J].Relay,2003,31(I1):5254.郑人杰,等.实用软件工程『M】.北京:清华大学出版社,1997.ZHENGRen-jie,eta1.Practicalsoftwareengineering[J].Beijing:TsinghuaUniversityPress,1997.柳纯录,黄子河,陈渌萍.软件评测师教程『M】.北京:清华大学出版社,2005.——LIUChunlu,HUANGZihe,CHENLu-ping.Softwareevaluatortutorial[M】.Beijing:TsinghuaUniversityPress,2005.—收稿日期:201008-23;——修回日期:20101025作者简介:李国杰(1967-),男,硕士,高级工程师,从事电力系—统继电保护及自动化的研究和测试工作;Email:guojiel@xjgc.corn姬希娜(198卜),女,工程师,主要从事继电保护及自动化产品的测试技术、测试方法的研究和科研产品的测试工作:匡海燕(1978一),女,.T-程师,主要从事继电保护及自动化产品的测试技术、测试方法的研究和科研产品的测试.3--作。(上接第141页continuedfrompage141)[5]操丰梅,宋小舟,秦应力.基于数字化变电站过程层的分布式母线保护的研制[J].电力系统自动化,2008,—32(4):6972.CAOFeng-mei,SONGXiao-zhou,QrNYing-li.Researchondistributedbusbarprotectionbasedondigitalsubstationprocesslevel[J].AutomationofElectricPowerSystems,2008,32(4):69-72.[6]赵上林,胡敏强,窦晓波.基于IEEE1588的数字化变电站时钟同步技术研究[J】.电网技术,2008,32(21):97.102.ZHAOShang-lin,HUMin-qiang,DOUXiao-bo.ResearchoftimesynchronizationindigitalsubstationbasedonIEEE158801.PowerSystemTechnology,2008,32(21):97-102.[7]于鹏飞,喻强,邓辉.IEEE1588精确时间同步协议的—应用方案[J].电力系统自动化,2009,33(13):99103.—YUPengfei,YUQiang,DENGHui.TheresearchofprecisiontimeprotocolIEEE1588[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2009,33(13):99103.——收稿日期:20110331作者简介:刘伟(1974一),男,硕士,5-程师,主要从事通信的开发及销售工作;倪传坤(198O-),男,硕士,工程师,主要从事继电保护的开发工作;杨恢宏(1973-),男,硕士,工程师,主要从事继电保护及变电站自动化系统开发工作。
周大爷
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