繼電保護裝置測試系統硬件設計與實現

王 浩，汪玉雯，牛韓勇

(西門子電力自動化有限公司，南京 211100)

1 引言

數字化繼電保護裝置用于電力系統的監控與保護，對于保護邏輯計算以及保護出口動作的準確性，及時性具有很高要求，最基本的要求是保護裝置不拒動，不誤動。保護裝置的測試系統，必須包括:

(1)所有的IO板卡硬件測試:CPU板卡，開關量輸入板卡，開關量輸出板卡，電壓電流互感器板卡，通訊板卡等。

(2)電壓電流互感器系數校正。

(3)保護功能邏輯驗證。

傳統的人工調試繼電保護裝置，測試效率低并且人為誤差大，可能會誤測或者漏測某些重要的測試，一旦這樣的裝置投入現場應用，會有很大的安全隱患。介紹了一種基于 Agilent34980A，Agilent電源，Agilent信號發生器，Omicron以及電流切換矩陣等設備組成的自動化測試硬件平臺。該硬件平臺已經實現并投入到生產應用，經實際驗證，提高了保護裝置功能測試的效率，節省了裝置從組裝到出廠的周期，且平臺穩定可靠度高。

2 測試系統平臺系統結構

本測試系統涉及到測試PC，測試夾具，測試機柜，其整體結構如圖1所示。

·測試PC

用于運行自動化測試軟件，與待測裝置，測試設備進行通訊以及遠動命令控制等。其通訊方式有LAN，USB以及RS485三種方式，相應接口及功能如表1所示。

表1 測試PC通訊接口

·測試夾具

用于固定待測裝置，并將待測裝置的電氣信號連接至測試機柜上的Test Adapter(電氣信號適配單元)。

·測試機柜

安裝各種自動化測試所需要的儀器儀表等，是整套自動化測試硬件平臺的核心。

圖1 測試系統整體結構圖

3 測試系統功能介紹

3.1 測試硬件選型

測試機柜作為本測試系統的核心，硬件選型非常重要，必須具備如下條件:

(1)滿足待測保護裝置的所有硬件測試需求。包括模擬量的發生和測量，開關量的觸發和檢測，以及功率要求等。

(2)具有成熟與穩定的編程接口，便于測試PC控制。

(3)便于測試系統升級。

(4)便于安裝和接線。

鑒于以上標準，本系統選擇了基于 Agilent34980A為主控制器，再配以電源，信號發生器，電流切換矩陣等，作為基本的測試平臺。測試系統功能結構如圖2所示。

圖2 測試系統功能結構圖

3.2 測試硬件設備

本系統的測試設備，均采用LAN接口，分配靜態IP地址。較GPIB，串口等方式相比，接線簡單，速度提升，穩定性也加強。Agilent 34980A作為主機箱，可以根據需求配置不同的板卡，目前配置了5個板卡，還有3個插槽可以用于將來系統升級。并且所有設備，廠家提供相應的編程接口，方便測試PC的控制。

3.3 測試設備驅動控制

測試PC通過LAN接口，利用可編程儀器標準命令集SCPI，驅動和控制測試設備。SCPI命令是ASCII字符串，通過物理傳輸層傳入儀器。命令由一連串的關鍵字構成，有的還需要包括參數。通常儀器對于 SCPI查詢命令的反饋也為 ASCII碼。SCPI命令舉例:

*IDN? 獲取設備ID信息。

ROUT:CLOS(@3010)關閉Agilent34980A插槽3模塊上的通道10

MEAS:CURR:DC?(@1043)獲取Agilent34980A內部DMM在1043通道上的測量值

表2 測試設備介紹

3.4 測試系統功能實現

本系統可以檢測大部分重要的硬件回路，如下:

·電源供電回路測試;

·LED，LCD，鍵盤測試;

·通訊模塊測試;

·電壓電流通道的幅值與相位測試;

·開關量輸入輸出測試;

·0－20mA直流輸入輸出測試;

·保護邏輯功能測試;

每一個測試模塊，都會涉及到待測裝置與測試設備之間信號的電氣連接，本文以開關量輸入回路和0－20mA直流模擬量輸出回路為例，介紹其硬件電路的測試方法。

3.4.1 開關量輸入回路

如圖3所示，測試PC控制軟件，通過驅動Agilent34937板卡相應的繼電器常開節點，將Agilent N5751A開入電源引入左側的待測裝置，再通過USB通訊報文，獲取待測裝置當前此開入量狀態，進行比較判斷。

3.4.2 0－20mA直流模擬量輸出回路

如圖4所示，測試PC控制軟件，通過USB通訊報文，控制待測裝置輸出直流信號量，通過驅動Agilent34937板卡相應的繼電器常開節點，將此直流信號引入Agilent34921的電流信號測試回路，之后再接入到Agilent34980內部測量模塊，進行電流信號的測量，最后驅動Agilent34980內部測量模塊，獲取該測量值，進行比較判斷。

圖3 開關量輸入回路

圖4 0－20mA直流模擬量輸出回路

4 測試結果與結論

該測試系統已經成功測試300多臺繼電保護裝置，結合測試軟件，可以生成測試報告，實時報告測試結果，便于用戶在實驗完成后分析數據。驗證了基于LAN通訊接口的穩定性，Agilent控制設備的實時性和Omicron信號源的精確性。

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