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微機型繼電保(bǎo)護測試儀的研制(zhì)——微(wēi)處理器系統設計

返回打印來源：儀天成電力時間：2013/07/30 閱讀：次

       近年來随着(zhe)繼電保護的數字化進程，繼電保護(hù)測試裝置趨向具備數字化、高效的數據處理能力、裝置模塊化(huà)、小型化(huà)方向發展，國内的主要幾家測試儀生産研制廠家(jiā)不斷地推出電壓與電流等級更高、信号純度更好、每周期内點數更(gèng)多、系統軟件功能更加強大的繼電保護測試儀器系統。這些測試儀功能性能略有(yǒu)差異(yì)，但是都有如下特點：
１．硬件電路上采用一體化模塊設計；
２．多采用高速處理器，精度高，速度快。具有故障轉換，故障再現功能；
３．擁有ＧＰｓ全(quán)球定位系(xì)統(tǒng)，可進行同步測試；
４．寬帶(dài)功率放(fàng)大器高(gāo)效率(lǜ)、高可靠，高精度、大功率輸出，具有良好的線性特性；
５．基于ｗｉｎｄｏｗｓ的測試軟件，圖形用戶界面友好。
1.繼電保(bǎo)護測試内容
       微機(jī)型繼電(diàn)保護測試系統，測試對象主要是２２０Ｋｖ及以(yǐ)下高壓輸電線路的繼電保護及安全自動裝置。系統通過模拟電(diàn)力系統的(de)各種故障：輸出(chū)三相電壓、電(diàn)流或直流試驗電壓，采用電(diàn)壓、電流由正常運行值突變到故(gù)障值等，同(tóng)時測試繼電保護(hù)裝置(zhì)對故障的響應狀态和響應速度。除了對各種(zhǒng)電壓、電流、負序(xù)、阻抗(kàng)、方向、差動(dòng)、重合閘等各類保護裝(zhuāng)置進行校驗外，還能模拟單(dān)相(xiàng)接地、兩(liǎng)相短路、三(sān)相短路等各種故障的發生與切除過程，模拟故障(zhàng)過程中電流電(diàn)壓的變化，從而檢驗被檢保(bǎo)護裝置的整體動作性能。
       微機型繼電(diàn)保(bǎo)護測試裝置主(zhǔ)要組成(chéng)部分包括：信号控制(zhì)單(dān)元、電流電壓放大器和(hé)開關量輸入通道。信号控制單(dān)元是一個(gè)微機(jī)控制的可編程的信(xìn)号發生器，可模拟電力系統各種常态和故障态的電氣量，輸出的弱信号，經功放放大成具有一定功率的電流、電壓激勵信号，開關量輸(shū)入通道檢測被測試繼電保護裝置的保(bǎo)護動作信(xìn)号。當前的繼電保護微機型測試裝置具有以下功能：
1信号發生和(hé)開關量單元：要求能夠獨(dú)立産生各種輸出電(diàn)壓、電流信号．通過采用高性能(néng)數模轉換電路，提供高質(zhì)量的(de)放大器輸入端信号；輸出直流至所需各種頻率的交流電壓、電流信号，可以(yǐ)為(wéi)正(zhèng)弦，方波、三角波等各種波(bō)形和電力系統(tǒng)任(rèn)意混成波形；提供(gòng)八路開關量輸入和輸出；
2故障模拟(nǐ)：用(yòng)于電路中接地(dì)短路等運行故障同時還提供模拟故障轉換及測試保護裝置的動作時間等功能；
3仿真(zhēn)功能：可以進行各(gè)種不同類(lèi)型等仿真實驗(yàn)如将故障記錄數據重新轉化為模拟量再現(xiàn)電網當時的故障(zhàng)情況；
4阻抗搜索：用(yòng)于測試和(hé)搜索阻(zǔ)抗繼電器動作時間和阻抗的關系用數字方法合成試驗波(bō)形，如正弦波或疊加直流分量(liàng)和高次(cì)諧波，可(kě)測試保護繼電器的穩态特性或暫态特性。
2.測(cè)試儀研發的技術關鍵
１．良好的(de)系統架構
       為了提高測試儀的總體性(xìng)能，測試儀(yí)的許多功能(néng)的實(shí)現都依賴于硬(yìng)件電路如系統控制(zhì)電路、任意信号發生器，譯碼及讀寫控制電路、總線驅動的控制(zhì)、Ｉ，ｏ接口等(děng)，所(suǒ)以測試儀的硬件電路非常複雜。可能引起可靠性、電磁兼容性、功耗(hào)，設計風險，設計周期、設計費用等方面的問題。
２．ＵＳＢ通訊協議
       通訊(xùn)協議制定的好壞關(guān)系到系統測試的準确性和有效性。制定的協議必須保證數據的正确性的同時盡量減少數據(jù)的通(tōng)訊量。ＲＴ型測試儀采用的(de)串口通信方式在大量(liàng)數據實時傳輸時，速度已不能滿足要求；基于(yú)ＵｓＢ通信的方案是本文設計的重點之一。
３．高性能任意波形發生器的ＦＰＧＡ實現
       任意波形發生器的(de)實質(zhì)是通過Ｄ，Ａ轉換器産(chǎn)生模拟(nǐ)電(diàn)力系統故障狀态(tài)的三相電流和電壓信号，信号質量将直(zhí)接影響測試儀的性能(néng)指标。設計具有相位靈活可變、頻率穩定且适當(dāng)可調的任(rèn)意波形發生(shēng)器是測試儀的(de)關(guān)鍵。在任意波形發生器的設計中，主要解決的(de)問題有：a全量程範圍内實(shí)現信号(hào)輸出的高分辨率(lǜ)；b信号的高穩定度；c信号任(rèn)意波形、幅度、相位的實現；d信号的諧波疊加(jiā)等。
４．保護動作(zuò)的識别
       繼電保護裝置的動作信号有電位式、節點式(shì)等，還可能有(yǒu)正、負(fù)極性之分，測試裝置需要能(néng)夠自動(dòng)判别保護裝置輸出的常态和動作(zuò)标志。
５．電磁兼容（ＥＭＣ）的(de)保證
       在(zài)設計過程(chéng)中，需要分析産生(shēng)幹擾的原因和(hé)幹擾侵入的途徑。從而采取有效的軟(ruǎn)、硬件防範措施(shī)，一(yī)方面盡量消除電磁幹擾、将幹(gàn)擾抑制到能夠容忍的水平，提高測試的準确性，另一(yī)方面減小系統自身産生的輻(fú)射幹擾，提高系統的電磁兼容性。
3.測試儀的基本功能和技術(shù)指标
3.1.基本功能
測試儀(yí)所實現的基(jī)本功能有：
１．實現任意周期信号的輸出：根據測試的要求(qiú)，運用軟件或硬件的(de)方法，實現各信号通道波形的相位、頻率和幅值的任意設定，以及和不同頻率信号的(de)混合，構成所希望(wàng)的電流電壓信号。
２．保護動作的識别：測試儀需要能夠自動(dòng)判别保護裝置輸出的常态和動作标志。
３．軟件功(gōng)能：下位機部分測(cè)試監控軟件實現(xiàn)滿足市場上絕大多數繼電保(bǎo)護裝置(zhì)的測試要求。
４．Usb通(tōng)信的實現：Ｐｃ機和下(xià)位機之間ｕｓＢ傳輸的實現，通信(xìn)速率不低于１ＭＢ．
3.2.技術指标
根(gēn)據國家電力(lì)總公司頒布的國家電(diàn)力行業标準‘繼電(diàn)保護微機測試裝置技術條件》，繼電保護微(wēi)機測試裝置必須滿足如下的技術規範和要求。
●模拟故障的(de)輸出通道；
能夠獨立(lì)地輸出三相電壓ｕＡ’ｕＢ、ｕｃ，三相電流Ｉ＾、ＩＢ、ｌｃ，中線電(diàn)壓３ｕｏ；
能(néng)夠通過一路直流電(diàn)壓輸出Ｕｄ
●開關量輸出接口(kǒu)的要求：
裝置需配備８對開關量輸出接口；
開關量的遮斷容量不低于250Ｖｍ．３Ａ（Ｄｃ）；
各對開關量輸(shū)出通道在電氣上完全隔(gé)離。
●開關量輸入接(jiē)口的要求(qiú)：
裝置需配備８對開關量輸入接口；
開關量輸(shū)入接口的(de)輸入阻(zǔ)抗不(bú)低于10Ｋ；
電壓型或接點型開關量可(kě)以自動識别；
開關量輸(shū)入電壓不低于250ｖ（Ｄｃ）：
各開關量輸入通道在電氣上(shàng)完全隔離。
●交流電(diàn)流源(yuán)的要求：
電流(liú)幅值範圍為：0-30Ａ
電流幅值的分辨力為(wéi)：0.00ｌＡ
電流(liú)頻率變化範圍(wéi)為：0-1000Ｈｚ
電流頻率變(biàn)化分辨力為：0.001Ｈｚ
●交流(liú)電壓源的要(yào)求：
電壓幅值範圍為：0-75ｖ
電(diàn)壓幅值分辨力為(wéi)：0.001ｖ
電壓頻率變化範圍為：0-1Ｈｚ
電壓頻率變(biàn)化分辨力(lì)為：0.001Ｈｚ
●電流與電壓(yā)的同步性(xìng)；
不同(tóng)步時間小于(yú)100

主題詞：繼電(diàn)保護裝置微處理器

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