淺談變電站繼電保護測試系統

摘 要：文章介紹了變電站繼電保護測試系統，分析了背景技術和意義，介紹了變電站繼電保護測試系統的結構，及測試效果，然后對其具體實施方式進行說明。對提高繼電保護測試水平，防止不正確動作具有重要現實意義。

關鍵詞：變電站；繼電保護；測試系統

1 概述

基于DL/T 860標準的數字式繼電保護測試儀的開發與應用對提高繼電保護測試水平，防止繼電保護及安全自動裝置不正確動作，保障電網安全運行有著重要的現實意義。隨著我國電力行業的發展及新技術的應用，智能變電站成為未來變電站的發展趨勢，并成為堅強智能電網中的重要組成部分，同時，對新型繼電保護裝置和IED的測試提出了新的要求。針對該類問題，文章介紹了一種智能變電站繼電保護測試系統。

2變電站繼電保護測試系統結構

一種變電站繼電保護測試系統，包括上位機模塊和下位機模塊，所述的下位機系統包括控制單元、可編程邏輯器件、通訊單元和接口電路，所述下位機通過通訊單元與上位機進行通信，所述控制單元與可編程邏輯器件通過PCIE總線連接，所述接口電路與可編程邏輯器件連接。所述的上位機系統包括狀態序列模塊、光數字測試模塊、整組試驗模塊、遞變滑差模塊、諧波試驗模塊、時間特性模塊、阻抗邊界模塊、線路保護模塊、差動試驗模塊、并列同期模塊、故障再現模塊、低周低壓減載模塊、振蕩試驗模塊。所述光數字測試模塊用于收發采樣值報文、GOOSE報文，并能進行GOOSE傳輸延時測試。所述差動試驗模塊用于比率制動邊界搜索、比率制動定點測試和諧波制動邊界搜索。所述狀態序列模塊可設置50個狀態，引起狀態切換可通過時間觸發、開入量觸發、手動觸發或GPS觸發。所述遞變滑差模塊模擬一個按步長變化或者按滑差變化的過程，用于測試保護裝置的動作值、返回值、閉鎖值。所述并列同期模塊用于測試同期裝置的電壓、頻率、角度的動作值，電壓、頻率的閉鎖值，導前角和導前時間，電氣零點，完成電壓、頻率脈寬測試。所述的接口電路包括光纖以太網收發接口、光串口收發接口、信號模擬量接口、硬接點開關量接口、對時信號接口。所述對時接口提供IRIG-B/PPS光串口輸入。所述光纖以太網收發接口具有八個。

3 變電站繼電保護測試效果

可以實現多種報文的發送和接收解析可發送IEC60044-8（FT3）、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2和GOOSE報文，同時具備接收解析上述各種格式報文的能力，并將數據以圖表的形式顯示出來，并能解析IEC60044-8（FT3）格式報文。本裝置具有IEC60044-8（FT3）報文接收端口，可以解析IEC60044-8（FT3）報文，并統計其中的信息，以數據和圖表的方式顯示在上位機界面上，使得捕捉IEC60044-8（FT3）報文數據更加直觀；具有網絡及報文異常仿真通過軟件仿真，可進行丟幀、錯序、失步、網絡阻塞、假數據、置品質位無效、置同步位失步等多種網絡及報文模擬測試，評判保護裝置在各種異常情況下動作性能，校驗保護動作行為是否與其設計原理一致，避免在實際運行中發生上述情況時，保護裝置發生誤動或拒動。具有豐富的數據統計信息，提供波形圖、時序圖、相量圖、序量圖、諧波分析表、特性曲線、測試曲線等多種圖表，實時跟蹤試驗進度，隨時掌控試驗信息，直觀簡潔。

提供多達8個光網口，對于一個具有4個分支的變壓器的保護裝置，可以實現一次接線、一次配置即完成變壓器差動特性測試，測試過程中不用更改連線和保護裝置的定值，試驗過程自動進行，只需一次操作即可完成，極大的提高了變壓器多側差動測試的效率。實現了符合61850通信規約的數據集、定值組服務、報告服務、控制服務、文件服務。可通過MMS報文實時獲取保護裝置的定值信息和投退保護裝置的軟壓板，在保護裝置與測試儀位置較遠時，提高了試驗配置和試驗過程的時間。光數字報文的發送不再是基于傳統的定時器機制，而是基于絕對時標機制。測試儀發送的每一個采樣點都帶有兩個絕對時標，分別指明該采樣點的采樣時刻和發送時刻，其中，采樣時刻用于指示何時計算采樣值，發送時刻用于指明該采樣點何時發送。采樣點的發送由FPGA硬件實現，該采樣點先緩存到FPGA的緩存區中，FPGA每個時鐘周期都會比較緩沖區內采樣點的發送時刻與當前時刻的值，當發現發送時刻大于等于當前時刻時，將該采樣點發送出去。采用這種絕對時標的同步原理，其最大的優點就是采樣時刻和發送時刻可以按照需要隨意調整，能有效的模擬多個MU的采樣頻率抖動和延時抖動，極大的擴展了繼電保護測試儀的功能。采用XML作為內部通信、數據交換的載體。

4 具體實施方式介紹

智能變電站繼電保護測試系統，由上位機系統和下位機系統兩部分組成，提供人機界面，實現試驗配置、試驗流程控制、試驗進度及狀態顯示、試驗結果分析及生成試驗報告；下位機系統由PowerPC+FPGA+VxWorks嵌入式系統和多個外圍接口電路組成，完成試驗數據的實時計算和輸入輸出；所述的接口電路包括光纖以太網收發接口、光串口收發接口、開關量硬接點接口、小信號模擬量接口、各種對時信號接口。上位機系統與下位機系統之間通過以太網接口通信或WiFi通信。CPU與上位機系統通信之間的通信方式有兩種，分別是10/100M電以太網通信和WiFi通信，從而可以支持移動設備，如筆記本和平板電腦等。同時，下位機系統還提供一個10/100M電以太網，可以通過MMS報文和被測裝置交換信息，擴展了繼電保護測試儀的功能。所述的下位機系統由CPU、可編程邏輯器件FPGA、各種接口電路及其它外圍芯片組成，FPGA與CPU之間通過PCIE總線交換數據，帶寬高達4Gbits/s，非常適用于智能變電站繼電保護測試儀這種需要傳遞大量數據的應用場合，所述的FPGA主要完成各種接口電路與CPU之間的數據交換、硬件時標處理、數字報文發送時間控制。所述的CPU上運行嵌入式實時操作系統VxWorks，主要完成試驗數據實時計算、各種數據及報文生成與收發、試驗流程控制、對時和計時、與上位機系統通信、與被測裝置通信作用。所述的上位機系統提供了13個測試模塊，每個試驗模塊都可打開動態錄波示波功能。各個測試模塊分別完成一種或幾種同類試驗，可以在工程中插入任意種類和數量的試驗模塊。

5 結束語

文章介紹涉及一種變電站繼電保護測試系統，屬于電力控制自動化技術領域，該系統包括上位機模塊和下位機模塊，所述的下位機系統包括控制單元、可編程邏輯器件、通訊單元和接口電路，所述下位機通過通訊單元與上位機進行通信，所述控制單元與可編程邏輯器件通過PCIE總線連接，所述接口電路與可編程邏輯器件連接。采樣時刻和發送時刻可以按照需要隨意調整，能有效的模擬多個MU的采樣頻率抖動和延時抖動，極大的擴展了繼電保護測試儀的功能，防止繼電保護及安全自動裝置不正確動作，提高了繼電保護測試水平。

參考文獻

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