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研制微機型繼電保護測試儀——微處理器系統(tǒng)設計

閱讀:977發(fā)布時間:2013-11-7

研制微機型繼電保護測試儀——微處理器系統(tǒng)設計


微機型繼電保護測試儀的研制——微處理器系統(tǒng)設計
       近年來隨著繼電保護的數(shù)字化進程,,繼電保護測試裝置趨向具備數(shù)字化,、的數(shù)據(jù)處理能力,、裝置模塊化,、小型化方向發(fā)展,,國內(nèi)的主要幾家測試儀生產(chǎn)研制廠家不斷地推出電壓與電流等級更高,、信號純度更好,、每周期內(nèi)點數(shù)更多、系統(tǒng)軟件功能更加強大的繼電保護測試儀器系統(tǒng),。這些測試儀功能性能略有差異,,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(zhuǎn)換,,故障再現(xiàn)功能,;
3.擁有GPs定位系統(tǒng),可進行同步測試,;
4.寬帶功率放大器率,、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.繼電保護測試內(nèi)容
微機型繼電保護測試系統(tǒng),測試對象主要是220Kv及以下高壓輸電線路的繼電保護及安全自動裝置,。系統(tǒng)通過模擬電力系統(tǒng)的各種故障:輸出三相電壓,、電流或直流試驗電壓,采用電壓,、電流由正常運行值突變到故障值等,,同時測試繼電保護裝置對故障的響應狀態(tài)和響應速度。除了對各種電壓,、電流,、負序、阻抗,、方向,、差動,、重合閘等各類保護裝置進行校驗外,還能模擬單相接地,、兩相短路、三相短路等各種故障的發(fā)生與切除過程,,模擬故障過程中電流電壓的變化,,從而檢驗被檢保護裝置的整體動作性能。
微機型繼電保護測試裝置主要組成部分包括:信號控制單元,、電流電壓放大器和開關量輸入通道,。信號控制單元是一個微機控制的可編程的信號發(fā)生器,可模擬電力系統(tǒng)各種常態(tài)和故障態(tài)的電氣量,,輸出的弱信號,,經(jīng)功放放大成具有一定功率的電流、電壓激勵信號,,開關量輸入通道檢測被測試繼電保護裝置的保護動作信號,。當前的繼電保護微機型測試裝置具有以下功能:
1信號發(fā)生和開關量單元:要求能夠獨立產(chǎn)生各種輸出電壓、電流信號.通過采用高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,,提供高質(zhì)量的放大器輸入端信號,;輸出直流至所需各種頻率的交流電壓、電流信號,,可以為正弦,,方波、三角波等各種波形和電力系統(tǒng)任意混成波形,;提供八路開關量輸入和輸出,;
2故障模擬:用于電路中接地短路等運行故障同時還提供模擬故障轉(zhuǎn)換及測試保護裝置的動作時間等功能;
3仿真功能:可以進行各種不同類型等仿真實驗如將故障記錄數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)化為模擬量再現(xiàn)電網(wǎng)當時的故障情況,;
4阻抗搜索:用于測試和搜索阻抗繼電器動作時間和阻抗的關系用數(shù)字方法合成試驗波形,,如正弦波或疊加直流分量和高次諧波,可測試保護繼電器的穩(wěn)態(tài)特性或暫態(tài)特性,。
2.測試儀研發(fā)的技術關鍵
1.良好的系統(tǒng)架構(gòu)
為了提高測試儀的總體性能,,測試儀的許多功能的實現(xiàn)都依賴于硬件電路如系統(tǒng)控制電路、任意信號發(fā)生器,,譯碼及讀寫控制電路,、總線驅(qū)動的控制、I,,o接口等,,所以測試儀的硬件電路非常復雜??赡芤鹂煽啃?、電磁兼容性、功耗,設計風險,,設計周期,、設計費用等方面的問題。
2.USB通訊協(xié)議
通訊協(xié)議制定的好壞關系到系統(tǒng)測試的準確性和有效性,。制定的協(xié)議必須保證數(shù)據(jù)的正確性的同時盡量減少數(shù)據(jù)的通訊量,。RT型測試儀采用的串口通信方式在大量數(shù)據(jù)實時傳輸時,速度已不能滿足要求,;基于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(fā)生器的FPGA實現(xiàn)
任意波形發(fā)生器的實質(zhì)是通過D,A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生模擬電力系統(tǒng)故障狀態(tài)的三相電流和電壓信號,,信號質(zhì)量將直接影響測試儀的性能指標,。設計具有相位靈活可變、頻率穩(wěn)定且適當可調(diào)的任意波形發(fā)生器是測試儀的關鍵,。在任意波形發(fā)生器的設計中,,主要解決的問題有:a全量程范圍內(nèi)實現(xiàn)信號輸出的高分辨率;b信號的高穩(wěn)定度,;c信號任意波形,、幅度、相位的實現(xiàn),;d信號的諧波疊加等,。
4.保護動作的識別
繼電保護裝置的動作信號有電位式、節(jié)點式等,,還可能有正,、負極性之分,測試裝置需要能夠自動判別保護裝置輸出的常態(tài)和動作標志,。
5.電磁兼容(EMC)的保證
在設計過程中,,需要分析產(chǎn)生干擾的原因和干擾侵入的途徑。從而采取有效的軟,、硬件防范措施,,一方面盡量消除電磁干擾、將干擾抑制到能夠容忍的水平,,提高測試的準確性,,另一方面減小系統(tǒng)自身產(chǎn)生的輻射干擾,提高系統(tǒng)的電磁兼容性,。
3.測試儀的基本功能和技術指標
3.1.基本功能
測試儀所實現(xiàn)的基本功能有:
1.實現(xiàn)任意周期信號的輸出:根據(jù)測試的要求,,運用軟件或硬件的方法,實現(xiàn)各信號通道波形的相位,、頻率和幅值的任意設定,,以及和不同頻率信號的混合,,構(gòu)成所希望的電流電壓信號。
2.保護動作的識別:測試儀需要能夠自動判別保護裝置輸出的常態(tài)和動作標志,。
3.軟件功能:下位機部分測試監(jiān)控軟件實現(xiàn)滿足市場上絕大多數(shù)繼電保護裝置的測試要求,。
4.Usb通信的實現(xiàn):Pc機和下位機之間usB傳輸?shù)膶崿F(xiàn),通信速率不低于1MB.
3.2.技術指標
根據(jù)國家電力總公司頒布的國家電力行業(yè)標準‘繼電保護微機測試裝置技術條件》,,繼電保護微機測試裝置必須滿足如下的技術規(guī)范和要求,。
●模擬故障的輸出通道;
能夠獨立地輸出三相電壓uA’uB,、uc,三相電流I^,、IB,、lc,中線電壓3uo,;
能夠通過一路直流電壓輸出Ud
●開關量輸出接口的要求:
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);
各對開關量輸出通道在電氣上*隔離,。
●開關量輸入接口的要求:
裝置需配備8對開關量輸入接口,;
開關量輸入接口的輸入阻抗不低于10K;
電壓型或接點型開關量可以自動識別,;
開關量輸入電壓不低于250v(Dc):
各開關量輸入通道在電氣上*隔離,。
●交流電流源的要求:
電流幅值范圍為:0-30A
電流幅值的分辨力為:0.00lA
電流頻率變化范圍為:0-1000Hz
電流頻率變化分辨力為:0.001Hz
●交流電壓源的要求:
電壓幅值范圍為:0-75v
電壓幅值分辨力為:0.001v
電壓頻率變化范圍為:0-1Hz
電壓頻率變化分辨力為:0.001Hz
●電流與電壓的同步性;
不同步時間小于100

 

 

 


 


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