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微機型繼電保護測試儀的研製——微處理器係（xì）統設計

返回打印來源：儀天成電力時間：2013/07/30 閱讀：次

       近年來隨（suí）著繼電（diàn）保護的數字化進程（chéng），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（zhuāng）置模塊化、小型化方向（xiàng）發（fā）展，國內的主要幾家測試儀生（shēng）產研製（zhì）廠家不斷地推出電壓與電流等級更高、信號純度更好、每周期內點數更多（duō）、係統軟件功能更加強大的繼（jì）電保護測試儀器係統。這些測（cè）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（tǐ）化模塊設計；
２．多采用高速處理器，精度高，速度快。具有故（gù）障轉換，故障再（zài）現功能；
３．擁有ＧＰｓ全球定位係統，可進行同步（bù）測試（shì）；
４．寬帶功（gōng）率放大器高效率、高可靠，高精度、大功率輸出，具有良好的（de）線（xiàn）性特性；
５．基於ｗｉｎｄｏｗｓ的測試軟件，圖形（xíng）用戶界麵（miàn）友好。
1.繼電保護測試內容（róng）
       微機型（xíng）繼電保護測試（shì）係統，測試對象主要是（shì）２２０Ｋｖ及以下高壓輸電線路的繼電保護及安（ān）全自動裝（zhuāng）置。係統通過模擬電力係統的各種故障：輸出三相電壓、電流或直（zhí）流試驗電壓，采用電壓、電（diàn）流由正常運行值突變（biàn）到故障值等，同時測試繼電保護裝置對故障的響應（yīng）狀態和（hé）響（xiǎng）應速度。除了對各（gè）種電壓、電流、負序、阻（zǔ）抗、方向、差動、重（chóng）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（děng）各種故障的發生與切除過程，模擬故障過程中電流電壓的變（biàn）化，從而檢驗被檢（jiǎn）保護裝（zhuāng）置的整體動作性能。
       微機型繼電保護測試裝置主要組成部（bù）分包括：信號控製單元、電（diàn）流電壓放大器和開關量輸入（rù）通道。信號控製單元是一個微機控製（zhì）的可（kě）編程的信號發生器，可模（mó）擬電（diàn）力係統各（gè）種常態和故障態的電氣量，輸出的弱信號，經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（de）繼電保護微機型測（cè）試裝置具有（yǒu）以下（xià）功能（néng）：
1信號發生（shēng）和開關量單元：要求能夠獨立產生（shēng）各種輸出（chū）電壓、電流信號．通過采用高性能數模轉換電路（lù），提供（gòng）高質量的放大器輸入端信號；輸出直流至所需各種頻（pín）率的交流電壓、電（diàn）流信號，可以為正弦，方波、三角波等各種波形和電（diàn）力係統任意混成波形；提供八路開關量輸入（rù）和輸出；
2故障（zhàng）模擬：用於電路中接地短路等運行故障同時還提供模擬故障轉換及測試保護裝置（zhì）的動作時間等功能；
3仿真功能：可以進行各（gè）種不同類（lèi）型等仿（fǎng）真（zhēn）實驗如將故障記錄數據重新（xīn）轉化為模擬量再現電網當時的（de）故障情況；
4阻抗搜索：用於測試和搜索阻抗繼（jì）電器動作時間和阻抗的關（guān）係用數（shù）字方（fāng）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態特性或暫態特性。
2.測試儀研發的技術關（guān）鍵
１．良好的係統架（jià）構
       為了提高測試儀的總體性能，測試儀的許多功能的實（shí）現都依賴於硬件電路如係統控製電路、任意（yì）信號發生器，譯（yì）碼及讀寫控製電路、總線驅動的控製、Ｉ，ｏ接口等，所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，設計（jì）風險，設計周期、設計（jì）費用等（děng）方麵的問題。
２．ＵＳＢ通訊（xùn）協議
       通（tōng）訊協議製定的好（hǎo）壞（huài）關係到係統測（cè）試的（de）準確性和有效性。製定的協議必須保證數據的正確性的（de）同（tóng）時盡（jìn）量減少數據的（de）通訊量。ＲＴ型測試儀采用的串口通（tōng）信方式在大量數據實時傳輸時，速（sù）度已不能滿足要求；基（jī）於ＵｓＢ通信的（de）方案是本文設計的重點之一。
３．高性能（néng）任意波形發生器的ＦＰＧＡ實現（xiàn）
       任意波形發生器的（de）實質是通過Ｄ，Ａ轉（zhuǎn）換器產生模擬電力係統故障狀態的三相電流和電（diàn）壓信號，信號（hào）質量將直接（jiē）影響測試儀的性能指標。設計具有相位靈活可變、頻率穩（wěn）定且適當可調的任意波形發生器是（shì）測試儀的關鍵。在任意波形發生器的設計中，主要解決的問題有：a全量程範圍內實現信號輸出的（de）高分辨率；b信號的高穩定度；c信號任意（yì）波形、幅度、相位的實現；d信號的諧波疊加等。
４．保護動作的識別
       繼電保護裝置（zhì）的（de）動作信號有電位式、節點式等，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和動作標誌。
５．電磁兼容（ＥＭＣ）的保證
       在設計過程中，需要分析產生幹擾的原（yuán）因和幹擾侵入的途徑。從而（ér）采取有效的軟、硬件防範措施，一方麵（miàn）盡量消除電磁幹擾、將幹擾抑製到能夠容忍的水平，提高（gāo）測試的準確性，另一方麵減小係統自身產生的輻射幹擾，提高（gāo）係統的電（diàn）磁兼容（róng）性。
3.測試儀的基本功能和技（jì）術指標
3.1.基本功能
測試儀所實現的基（jī）本功（gōng）能有：
１．實現任意周期信號的輸出：根據測試的要求，運用軟件或硬件的方法，實（shí）現各信號通道波形的（de）相位、頻（pín）率和幅值的任（rèn）意設（shè）定（dìng），以及和不同頻率（lǜ）信號的混合（hé），構成所希望的電流電壓信號。
２．保護動（dòng）作的識別：測（cè）試儀需（xū）要能夠自動判別保護裝置輸出（chū）的常態（tài）和動作標誌（zhì）。
３．軟件功（gōng）能：下位機部分測（cè）試監控軟件實（shí）現滿足（zú）市場上絕大多數繼電保護裝置的測試要求。
４．Usb通信的實現：Ｐｃ機和下位機之間ｕｓＢ傳輸的實現，通信速率不低於１ＭＢ．
3.2.技術指標
根據國家電力總公（gōng）司（sī）頒布的國家電力行業標準‘繼（jì）電保護微機測試裝（zhuāng）置技術條件》，繼電（diàn）保護微機測（cè）試裝置必須滿足如下（xià）的技術規範（fàn）和要求。
●模擬故障的輸出通道；
能夠獨立地輸（shū）出三相電壓ｕＡ’ｕＢ、ｕｃ，三相電流Ｉ＾、ＩＢ、ｌｃ，中線電壓３ｕｏ；
能（néng）夠（gòu）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於250Ｖｍ．３Ａ（Ｄｃ）；
各對（duì）開關量輸出通道在電氣上完全隔離。
●開關量輸入接口的（de）要求：
裝置需配備８對開關量輸入接口；
開關量輸入接口的（de）輸入阻抗不低於10Ｋ；
電壓型（xíng）或接點型開關（guān）量可（kě）以自動識別；
開關量輸入電壓（yā）不低於250ｖ（Ｄｃ）：
各開關量輸入通道在電氣上完全隔離。
●交流電流源的要求：
電（diàn）流幅值範圍為：0-30Ａ
電流幅值的分辨力為：0.00ｌＡ
電（diàn）流頻率變化範圍為：0-1000Ｈｚ
電流頻率變化分辨力（lì）為（wéi）：0.001Ｈｚ
●交流電壓源的要求：
電壓幅值範圍為：0-75ｖ
電壓幅值分辨力為：0.001ｖ
電壓頻率變化範圍為：0-1Ｈｚ
電壓頻率變（biàn）化分辨力為：0.001Ｈｚ
●電流與電壓的同步（bù）性；
不同步時間小於100

主題（tí）詞：繼電保護（hù）裝置微處理器

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