1 概述
基于DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式繼電保護(hù)測試儀的開發(fā)與應(yīng)用對(duì)提高繼電保護(hù)測試水平，防止繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展及新技術(shù)的應(yīng)用，智能變電站成為未來變電站的發(fā)展趨勢，并成為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中的重要組成部分，同時(shí)，對(duì)新型繼電保護(hù)裝置和IED的測試提出了新的要求。針對(duì)該類問題，文章介紹了一種智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)。
2 變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
一種變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，包括上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊，所述的下位機(jī)系統(tǒng)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(jī)通過通訊單元與上位機(jī)進(jìn)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(jī)系統(tǒng)包括狀態(tài)序列模塊、光數(shù)字測試模塊、整組試驗(yàn)?zāi)K、遞變滑差模塊、諧波試驗(yàn)?zāi)K、時(shí)間特性模塊、阻抗邊界模塊、線路保護(hù)模塊、差動(dòng)試驗(yàn)?zāi)K、并列同期模塊、故障再現(xiàn)模塊、低周低壓減載模塊、振蕩試驗(yàn)?zāi)K。所述光數(shù)字測試模塊用于收發(fā)采樣值報(bào)文、GOOSE報(bào)文，并能進(jìn)行GOOSE傳輸延時(shí)測試。所述差動(dòng)試驗(yàn)?zāi)K用于比率制動(dòng)邊界搜索、比率制動(dòng)定點(diǎn)測試和諧波制動(dòng)邊界搜索。所述狀態(tài)序列模塊可設(shè)置50個(gè)狀態(tài)，引起狀態(tài)切換可通過時(shí)間觸發(fā)、開入量觸發(fā)、手動(dòng)觸發(fā)或GPS觸發(fā)。所述遞變滑差模塊模擬一個(gè)按步長變化或者按滑差變化的過程，用于測試保護(hù)裝置的動(dòng)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(dòng)作值，電壓、頻率的閉鎖值，導(dǎo)前角和導(dǎo)前時(shí)間，電氣零點(diǎn)，完成電壓、頻率脈寬測試。所述的接口電路包括光纖以太網(wǎng)收發(fā)接口、光串口收發(fā)接口、信號(hào)模擬量接口、硬接點(diǎn)開關(guān)量接口、對(duì)時(shí)信號(hào)接口。所述對(duì)時(shí)接口提供IRIG-B/PPS光串口輸入。所述光纖以太網(wǎng)收發(fā)接口具有八個(gè)。
3 變電站繼電保護(hù)測試效果
可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)文的發(fā)送和接收解析可發(fā)送IEC60044-8（FT3）、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2 和 GOOSE 報(bào)文，同時(shí)具備接收解析上述各種格式報(bào)文的能力，并將數(shù)據(jù)以圖表的形式顯示出來，并能解析IEC60044-8（FT3）格式報(bào)文。本裝置具有IEC60044-8（FT3）報(bào)文接收端口，可以解析IEC60044-8（FT3）報(bào)文，并統(tǒng)計(jì)其中的信息，以數(shù)據(jù)和圖表的方式顯示在上位機(jī)界面上，使得捕捉IEC60044-8（FT3）報(bào)文數(shù)據(jù)更加直觀；具有網(wǎng)絡(luò)及報(bào)文異常仿真通過軟件仿真，可進(jìn)行丟幀、錯(cuò)序、失步、網(wǎng)絡(luò)阻塞、假數(shù)據(jù)、置品質(zhì)位無效、置同步位失步等多種網(wǎng)絡(luò)及報(bào)文模擬測試，評(píng)判保護(hù)裝置在各種異常情況下動(dòng)作性能，校驗(yàn)保護(hù)動(dòng)作行為是否與其設(shè)計(jì)原理一致，避免在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生上述情況時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。具有豐富的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，提供波形圖、時(shí)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(shí)時(shí)跟蹤試驗(yàn)進(jìn)度，隨時(shí)掌控試驗(yàn)信息，直觀簡潔。
提供多達(dá)8個(gè)光網(wǎng)口，對(duì)于一個(gè)具有4個(gè)分支的變壓器的保護(hù)裝置，可以實(shí)現(xiàn)一次接線、一次配置即完成變壓器差動(dòng)特性測試，測試過程中不用更改連線和保護(hù)裝置的定值，試驗(yàn)過程自動(dòng)進(jìn)行，只需一次操作即可完成，極大的提高了變壓器多側(cè)差動(dòng)測試的效率。實(shí)現(xiàn)了符合61850通信規(guī)約的數(shù)據(jù)集、定值組服務(wù)、報(bào)告服務(wù)、控制服務(wù)、文件服務(wù)?？赏ㄟ^MMS報(bào)文實(shí)時(shí)獲取保護(hù)裝置的定值信息和投退保護(hù)裝置的軟壓板，在保護(hù)裝置與測試儀位置較遠(yuǎn)時(shí)，提高了試驗(yàn)配置和試驗(yàn)過程的時(shí)間。光數(shù)字報(bào)文的發(fā)送不再是基于傳統(tǒng)的定時(shí)器機(jī)制，而是基于**時(shí)標(biāo)機(jī)制。測試儀發(fā)送的每一個(gè)采樣點(diǎn)都帶有兩個(gè)**時(shí)標(biāo)，分別指明該采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻和發(fā)送時(shí)刻，其中，采樣時(shí)刻用于指示何時(shí)計(jì)算采樣值，發(fā)送時(shí)刻用于指明該采樣點(diǎn)何時(shí)發(fā)送。采樣點(diǎn)的發(fā)送由FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，該采樣點(diǎn)先緩存到FPGA的緩存區(qū)中，F(xiàn)PGA每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)比較緩沖區(qū)內(nèi)采樣點(diǎn)的發(fā)送時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻的值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)送時(shí)刻大于等于當(dāng)前時(shí)刻時(shí)，將該采樣點(diǎn)發(fā)送出去。采用這種**時(shí)標(biāo)的同步原理，其*大的優(yōu)點(diǎn)就是采樣時(shí)刻和發(fā)送時(shí)刻可以按照需要隨意調(diào)整，能有效的模擬多個(gè)MU的采樣頻率抖動(dòng)和延時(shí)抖動(dòng)，極大的擴(kuò)展了繼電保護(hù)測試儀的功能。采用XML作為內(nèi)部通信、數(shù)據(jù)交換的載體。
4 具體實(shí)施方式介紹
智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)兩部分組成，提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)配置、試驗(yàn)流程控制、試驗(yàn)進(jìn)度及狀態(tài)顯示、試驗(yàn)結(jié)果分析及生成試驗(yàn)報(bào)告；下位機(jī)系統(tǒng)由PowerPC+FPGA+VxWorks 嵌入式系統(tǒng)和多個(gè)外圍接口電路組成，完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算和輸入輸出；所述的接口電路包括光纖以太網(wǎng)收發(fā)接口、光串口收發(fā)接口、開關(guān)量硬接點(diǎn)接口、小信號(hào)模擬量接口、各種對(duì)時(shí)信號(hào)接口。上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)接口通信或WiFi通信。CPU與上位機(jī)系統(tǒng)通信之間的通信方式有兩種，分別是10/100M電以太網(wǎng)通信和WiFi通信，從而可以支持移動(dòng)設(shè)備，如筆記本和平板電腦等。同時(shí)，下位機(jī)系統(tǒng)還提供一個(gè)10/100M電以太網(wǎng)，可以通過MMS報(bào)文和被測裝置交換信息，擴(kuò)展了繼電保護(hù)測試儀的功能。所述的下位機(jī)系統(tǒng)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，F(xiàn)PGA與CPU之間通過PCIE 總線交換數(shù)據(jù)，帶寬高達(dá)4Gbits/s，非常適用于智能變電站繼
電保護(hù)測試儀這種需要傳遞大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合，所述的FPGA主要完成各種接口電路與CPU之間的數(shù)據(jù)交換、硬件時(shí)標(biāo)處理、數(shù)字報(bào)文發(fā)送時(shí)間控制。所述的CPU上運(yùn)行嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks，主要完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算、各種數(shù)據(jù)及報(bào)文生成與收發(fā)、試驗(yàn)流程控制、對(duì)時(shí)和計(jì)時(shí)、與上位機(jī)系統(tǒng)通信、與被測裝置通信作用。所述的上位機(jī)系統(tǒng)提供了13個(gè)測試模塊，每個(gè)試驗(yàn)?zāi)K都可打開動(dòng)態(tài)錄波示波功能。各個(gè)測試模塊分別完成一種或幾種同類試驗(yàn)，可以在工程中插入任意種類和數(shù)量的試驗(yàn)?zāi)K。
5 結(jié)束語
文章介紹涉及一種變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，屬于電力控制自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊，所述的下位機(jī)系統(tǒng)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(jī)通過通訊單元與上位機(jī)進(jìn)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(shí)刻和發(fā)送時(shí)刻可以按照需要隨意調(diào)整，能有效的模擬多個(gè)MU的采樣頻率抖動(dòng)和延時(shí)抖動(dòng)，極大的擴(kuò)展了繼電保護(hù)測試儀的功能，防止繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作，提高了繼電保護(hù)測試水平。
