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微（wēi）机型继电保护测试仪的研制——微处理器系（xì）统设计

返回打印来源：仪天成电（diàn）力时间（jiān）：2013/07/30 阅读：次

       近年来随着继电保护的数（shù）字化进程，继电保护测试装置趋向具备数字化、高效的数据处理能（néng）力、装置模块化、小型化（huà）方向发展，国（guó）内（nèi）的主要几家测试（shì）仪生产研制厂家不断地（dì）推出电压与电流等级更高、信号纯度更好、每周期内点数更多、系统软件功能更加强大的继电保护测试仪器系统。这些测试仪功能性能略有差异，但（dàn）是都有如下特点：
１．硬件电路（lù）上采用一体化模块设计；
２．多（duō）采用高速处理器，精度高，速度快。具有故障转换，故障再现功能；
３．拥有ＧＰｓ全球定位系统（tǒng），可进行同步（bù）测（cè）试；
４．宽带功率放大（dà）器高效（xiào）率、高可靠，高精度、大功率输出，具有良好的线性特性；
５．基于ｗｉｎｄｏｗｓ的测试软件，图形用户界面（miàn）友好。
1.继电保护（hù）测（cè）试内（nèi）容
       微机型（xíng）继电保护测（cè）试系统，测试对象主要是２２０Ｋｖ及以下高压输电线路的继电保（bǎo）护及安全自动装置。系统通过（guò）模拟电（diàn）力系统的各种故障（zhàng）：输出三相（xiàng）电压、电流或直流试验电（diàn）压，采用电压、电流（liú）由正常运行值突变到故障值（zhí）等（děng），同时测试继电保护装置对故障的响应状态和响应速度。除了对各种电压、电流、负序、阻（zǔ）抗、方向、差动、重（chóng）合闸等（děng）各类保护装置进行校验外，还能模拟单相接地、两相短路、三相短路等各种故障（zhàng）的发生与切除过程，模拟故障过程中电流电压的变（biàn）化，从而检验被检保护装置（zhì）的整体动作性能。
       微机型继（jì）电保护测试装置主要组（zǔ）成部（bù）分包括：信号控制（zhì）单元（yuán）、电流电压放（fàng）大（dà）器（qì）和开关量输（shū）入通（tōng）道。信号控制单元是一个微机控制的可编程的信号发生器，可模拟电力系统各种常态（tài）和故障态的电气（qì）量，输出的弱信号，经功放放大成（chéng）具有一定功率的电（diàn）流、电压激（jī）励信（xìn）号，开关量输入通道检测被测试（shì）继（jì）电保护装置（zhì）的保护动作信号。当前的继电保护微机型（xíng）测试装置（zhì）具有以下功能：
1信号发生和开关量（liàng）单元：要（yào）求能够独立产生各种输（shū）出（chū）电压、电流信（xìn）号．通过采用高性（xìng）能数模转换电路，提供高质量的放大器输入（rù）端信号；输出直流至所需各种频率的交流电压、电（diàn）流信号，可以为正弦，方波、三角波等各（gè）种波形和电力系（xì）统任意混成波（bō）形；提供八路开关量输入和输出；
2故障模拟：用于电路（lù）中接地（dì）短路等运行故（gù）障同时还提供模拟（nǐ）故障转换及测（cè）试保护装置的动作时间等功能；
3仿真（zhēn）功能：可以进行各种不同类型等仿真实验如（rú）将故障记录数（shù）据重新转化为模拟量再现电（diàn）网当时的（de）故障情况；
4阻抗搜索：用于测试和（hé）搜索阻抗继电器动作（zuò）时间和阻抗的关系用数字方（fāng）法合成试验波形（xíng），如正弦波或叠加直流分量和高（gāo）次谐波，可测试（shì）保护继电器的稳态特性或暂态特性。
2.测试仪研发的技术关键
１．良（liáng）好的系统架构
       为了提高测试仪的总体性能，测试仪（yí）的许多功（gōng）能的（de）实现都依赖于硬（yìng）件电路如系统控制电路（lù）、任（rèn）意（yì）信号发生器，译码及读写控制（zhì）电路、总线驱动的控制、Ｉ，ｏ接口等，所（suǒ）以测试仪的硬件电路非（fēi）常（cháng）复杂。可能引起可靠性、电磁兼（jiān）容性（xìng）、功耗，设计风险，设计周期、设计费用等方面的问题。
２．ＵＳＢ通讯协议
       通讯协议制定的好坏关系到系统测试的准确（què）性（xìng）和有效性。制定的协议（yì）必须保（bǎo）证数据的正确性（xìng）的同时尽量减少数据的（de）通讯（xùn）量。ＲＴ型测试仪采用的串口通信方式在大量数据实（shí）时（shí）传输时（shí），速度已不（bú）能满足要求；基（jī）于ＵｓＢ通信的方案是（shì）本文设（shè）计的重点（diǎn）之一。
３．高性能任意波形发生器的ＦＰＧＡ实现
       任意波形发生器的实质是通过Ｄ，Ａ转换器产生模拟电力系统故（gù）障（zhàng）状态的三相电流和电压信号（hào），信号质量（liàng）将直接影响测试（shì）仪的性能指标。设计具有相位灵活（huó）可变、频率稳（wěn）定且适当可调的任意波形发生器是测试仪的关键。在任意波形发生器（qì）的设（shè）计中，主要解决的问题有：a全量程范围（wéi）内（nèi）实现信号（hào）输出的高分辨率；b信（xìn）号的高稳定度；c信（xìn）号任意波形、幅度、相（xiàng）位的实现；d信号的谐波叠加等。
４．保护动作的识别
       继电保护装置（zhì）的动作信号有电位式、节点式等，还可能有正、负极性之分，测试装（zhuāng）置需要能够自动判别保护装置输出的常态和动作标志。
５．电磁兼容（ＥＭＣ）的保证
       在设计过程中，需要分析产生干扰的原因和干扰侵（qīn）入（rù）的途径。从而采取有效的软、硬件防范（fàn）措施，一方面尽量消除电磁干扰、将（jiāng）干扰抑制到（dào）能够（gòu）容忍（rěn）的水平，提高测试的准确性（xìng），另一方面减小（xiǎo）系（xì）统自身产生的辐射干扰，提高系统的电（diàn）磁兼容性。
3.测试仪的基本功能和技术指标
3.1.基（jī）本功能
测试仪所（suǒ）实（shí）现的基本功能有：
１．实现任意周期信号的输出：根据测试的要求，运用软（ruǎn）件或硬件的方法，实（shí）现各信号通道波形的（de）相位、频率和幅值（zhí）的任意设定，以及和不同频率信号的混合，构成所希（xī）望的（de）电流（liú）电压信号。
２．保护动作的识别：测试仪需要能够自动判别保护装置输出（chū）的常态和动作标志。
３．软件功能：下位机部分测（cè）试（shì）监控软件实现满足市场上绝大多（duō）数继电保护装置的测试要求。
４．Usb通信（xìn）的实现：Ｐｃ机和下（xià）位机之间ｕｓＢ传输的实现，通（tōng）信速率不低于１ＭＢ．
3.2.技术指标
根据国家（jiā）电力总（zǒng）公司颁布的国家电力行业标准‘继电保护微机测试装置（zhì）技术（shù）条件》，继电保护微机测试（shì）装置必须满足（zú）如下的技术规范和要求。
●模拟故障（zhàng）的输出通道；
能够独立地输出三相（xiàng）电压ｕＡ’ｕＢ、ｕｃ，三相电流Ｉ＾、ＩＢ、ｌｃ，中（zhōng）线电（diàn）压３ｕｏ；
能够通过一路直流电压（yā）输（shū）出（chū）Ｕｄ
●开关量（liàng）输出接口的要求：
装置需配备８对开关量输出接口；
开关量的遮断容量不低（dī）于250Ｖｍ．３Ａ（Ｄｃ）；
各对开关量（liàng）输出通道在电气上完全隔离。
●开关量输入接口的要求：
装置（zhì）需（xū）配备８对开关量输入接口；
开关量输入接口的（de）输（shū）入阻抗不（bú）低于10Ｋ；
电压型或接点（diǎn）型开（kāi）关（guān）量可以自动识别；
开关量输入电压（yā）不（bú）低于250ｖ（Ｄｃ）：
各开（kāi）关量输入通道在电气上完全隔离。
●交流电流源的要求：
电流幅值范（fàn）围为：0-30Ａ
电流幅（fú）值的分辨力为：0.00ｌＡ
电流频率变化范围为：0-1000Ｈｚ
电流频率变化分辨力（lì）为：0.001Ｈｚ
●交流电（diàn）压源的要求：
电压幅值范围为：0-75ｖ
电压幅值分辨力（lì）为：0.001ｖ
电压频率变化范（fàn）围为：0-1Ｈｚ
电压频率变化分辨力为：0.001Ｈｚ
●电流与电压的同步性；
不（bú）同步时间小于（yú）100

主题词：继电保护装置微处理（lǐ）器

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