多功能微机保护实验系统的新型继电保护测试装置研究

发布日期：2021-04-19　点击：3288次

摘要： 随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模不断扩大，系统的运行方式也越来越复杂，对自动化程度提出了越来越高的要求，从而促进了电力系统自动化技术的不断发展。微机保护、故障录波器、计算机监控系统、计算机调度自动化等都已成功运用到电力系统中。与自动化程度相适应，对电力系统继电保护装置的要求也随之提高。微机保护的迅速发展尤其是高度智能化、数字化的微机保护装置在电力系统的广泛应用，使传统的测试手段很难担当得起对微机保护装置进行全面测试的重任，对继电保护测试技术提出了更高的要求，并正在逐渐形成有别于一般电气测量的专门技术领域一继电保护测试技术。国内外的科研单位、电力系统及其相关产品的生产厂家纷纷投入大批的科研力量，相继研制出多种新型的继电保护测试装置，使得继电保护测试技术经历了一个由模拟测试系统向数字式测试系统发展的飞跃。采用计算机实现故障再现、实时仿真、自动测试等先进技术的数字式继电保护测试装置已经成为电力系统的生产、调试、运行以及科研行部门不可缺少的专用设备。

近年来，计算机技术的飞速发展使得我们可以组建更高速、更小型化的基于DSP的系统硬件平台，进而研制灵活、简单、易用、高精度、适用于该硬件平台的继电保护测试装置。继电保护测试装置的发展趋势要求具备数字化、高效的数据处理能力、完善的测试和自检功能、装置模块化、小型化、人机界面友好等特点，特别是由微机型继电保护测试装置与被测装置所构成的继电保护闭环自动测试系统CCARTS(Closed Loop and Automatic Relay Test System)将是今后一段时期内继电保护测试技术发展的主流。另外，随着高电压电力网络的不断发展，电流测量系统和继电保护、故障诊断系统的要求也在不断提高，传统电磁式互感器暴露出越来越多的缺点。新型电子式电流/电压互感器成为了高压互感器研究发展的新方向。它通过在高压端的Rogowski线圈或阻容分压器采样出与大电流和高电压相对应的测量电压信号，其中测量通道输出的模拟小信号应满足IEC标准对0.2级准确度的要求。测试装置提供高精度、高稳定性模拟量小信号可以有效满足新型电子式互感器合并单元研制的需要。同时，新型继电保护装置能够模拟合并单元的功能，输出满足IEC61850-9-1协议的全数字测试信号，从而对网络化数字继电保护装置各项功能进行测试。

针对国内多数高校继电保护实验室配置相对落后的现状，为适应微机型继电保护教学实验的特点，湖南大学研制成功了国内首创“多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训装置”，该装置采用通用性硬件平台，通过从上位机下载保护程序软件，可完成电流、电压、功率方向等多种继电保护实验以及自动重合闸、低频减载、振荡闭锁、故障录波和故障测距等多种功能。软件采用模块化设计，不但可以完成单个继电器的特性试验，还可系统集成为微机线路保护综合实验和主设备的微机保护综合实验，内容几乎涵盖了所有110kV及以下电压等级的微机保护，系统还具有变电站综合自动化实验和培训功能。新型继电保护测试装置是在研制成功的“TQWX微机型继电保护测试仪”基础上，针对该测试仪输出小信号精度不高、缺少人机交互以及自检保护功能所存在的不足之处加以改进，同时还新增了全自动闭环测试和全数字保护测试两个功能，并结合国内外微机型继电保护测试装置在整机性能、带载能力、精度、电磁兼容、工作稳定性及可靠性等方面所提出的新要求研制而成。与国内外现有的主流微机型保护测试装置相比较，本装置利用DSP＋CPLD构成的数字信号处理系统，使测试装置在小信号输出精度和输出波形方面有了极大的提高和改善，新增的监控DSP系统赋予了整机人机交互和保护自检功能，尤其与“多功能微机保护实验装置”相结合，构成一套完整的培训系统，可以根据实验需要灵活配置，通过上位机下载不同实验程序来灵活输出各种模拟量电流、电压信号以及由以太网接口输出符合IEC61850标准的12路数字量电流、电压信号，完成大部分微机保护实验和变电站综合自动化实验，同时还能单独作为独立产品满足电力系统继电保护装置生产验收以及现场年检测试的需要。

我国60年代，现场常采用临时接线的方法，手动短地或者断开被测试保护装置的触点或回路来模拟电力系统的故障，以检查整套保护装置的逻辑功能和动作行为。为了改善现场试验的工作条件，缩短检修时间，适应新型保护的要求和提高测试质量，自70年代末，我国开始大规模地研制、生产和使用继电保护试验装置。80年代初，研究部门研制出物理模拟式测试装置，主要采用移相器、自藕变压器等模拟设备来调整三相电压和三相电流的幅值和相位，调试过程需要较精密的电压表、电流表、相位表、频率计等配合才能完成测试，这种方法功能少、体积大、精度低，而且容易接错线，劳动强度大、调试时间长，现场使用极不方便，现基本被淘汰。80年代后期，我国出现了内置CPU、无后台计算机控制的第一代智能型继电保护测试装置。这一代继电保护测试装置是以单片机作为智能控制器为特征的，由于单片机的计算速度较慢，该装置人机界面不够友好；数学模型简化，故障数据产生方式简单；输出精度不高；输出信号频率带不宽，现很少在实际工程中使用了。