技術天地
多功能微機保護實驗系統的新型繼電保護測試裝置研究
發布日期：2021-04-19 點擊：3834次
摘要： 隨著電力工業的迅速發展，電力系統的規模不斷擴大，系統的運行方式也越來越復雜，對自動化程度提出了越來越高的要求，從而促進了電力系統自動化技術的不斷發展。微機保護、故障錄波器、計算機監控系統、計算機調度自動化等都已成功運用到電力系統中。與自動化程度相適應，對電力系統繼電保護裝置的要求也隨之提高。微機保護的迅速發展尤其是高度智能化、數字化的微機保護裝置在電力系統的廣泛應用，使傳統的測試手段很難擔當得起對微機保護裝置進行全面測試的重任，對繼電保護測試技術提出了更高的要求，并正在逐漸形成有別于一般電氣測量的專門技術領域一繼電保護測試技術。國內外的科研單位、電力系統及其相關產品的生產廠家紛紛投入大批的科研力量，相繼研制出多種新型的繼電保護測試裝置，使得繼電保護測試技術經歷了一個由模擬測試系統向數字式測試系統發展的飛躍。采用計算機實現故障再現、實時仿真、自動測試等先進技術的數字式繼電保護測試裝置已經成為電力系統的生產、調試、運行以及科研行部門不可缺少的專用設備。
近年來，計算機技術的飛速發展使得我們可以組建更高速、更小型化的基于DSP的系統硬件平臺，進而研制靈活、簡單、易用、高精度、適用于該硬件平臺的繼電保護測試裝置。繼電保護測試裝置的發展趨勢要求具備數字化、高效的數據處理能力、完善的測試和自檢功能、裝置模塊化、小型化、人機界面友好等特點，特別是由微機型繼電保護測試裝置與被測裝置所構成的繼電保護閉環自動測試系統CCARTS(Closed Loop and Automatic Relay Test System)將是今后一段時期內繼電保護測試技術發展的主流。另外，隨著高電壓電力網絡的不斷發展，電流測量系統和繼電保護、故障診斷系統的要求也在不斷提高，傳統電磁式互感器暴露出越來越多的缺點。新型電子式電流/電壓互感器成為了高壓互感器研究發展的新方向。它通過在高壓端的Rogowski線圈或阻容分壓器采樣出與大電流和高電壓相對應的測量電壓信號，其中測量通道輸出的模擬小信號應滿足IEC標準對0.2級準確度的要求。測試裝置提供高精度、高穩定性模擬量小信號可以有效滿足新型電子式互感器合并單元研制的需要。同時，新型繼電保護裝置能夠模擬合并單元的功能，輸出滿足IEC61850-9-1協議的全數字測試信號，從而對網絡化數字繼電保護裝置各項功能進行測試。
針對國內多數高校繼電保護實驗室配置相對落后的現狀，為適應微機型繼電保護教學實驗的特點，湖南大學研制成功了國內首創“多功能微機保護與變電站綜合自動化實驗培訓裝置”，該裝置采用通用性硬件平臺，通過從上位機下載保護程序軟件，可完成電流、電壓、功率方向等多種繼電保護實驗以及自動重合閘、低頻減載、振蕩閉鎖、故障錄波和故障測距等多種功能。軟件采用模塊化設計，不但可以完成單個繼電器的特性試驗，還可系統集成為微機線路保護綜合實驗和主設備的微機保護綜合實驗，內容幾乎涵蓋了所有110kV及以下電壓等級的微機保護，系統還具有變電站綜合自動化實驗和培訓功能。新型繼電保護測試裝置是在研制成功的“TQWX微機型繼電保護測試儀”基礎上，針對該測試儀輸出小信號精度不高、缺少人機交互以及自檢保護功能所存在的不足之處加以改進，同時還新增了全自動閉環測試和全數字保護測試兩個功能，并結合國內外微機型繼電保護測試裝置在整機性能、帶載能力、精度、電磁兼容、工作穩定性及可靠性等方面所提出的新要求研制而成。與國內外現有的主流微機型保護測試裝置相比較，本裝置利用DSP＋CPLD構成的數字信號處理系統，使測試裝置在小信號輸出精度和輸出波形方面有了極大的提高和改善，新增的監控DSP系統賦予了整機人機交互和保護自檢功能，尤其與“多功能微機保護實驗裝置”相結合，構成一套完整的培訓系統，可以根據實驗需要靈活配置，通過上位機下載不同實驗程序來靈活輸出各種模擬量電流、電壓信號以及由以太網接口輸出符合IEC61850標準的12路數字量電流、電壓信號，完成大部分微機保護實驗和變電站綜合自動化實驗，同時還能單獨作為獨立產品滿足電力系統繼電保護裝置生產驗收以及現場年檢測試的需要。
我國60年代，現場常采用臨時接線的方法，手動短地或者斷開被測試保護裝置的觸點或回路來模擬電力系統的故障，以檢查整套保護裝置的邏輯功能和動作行為。為了改善現場試驗的工作條件，縮短檢修時間，適應新型保護的要求和提高測試質量，自70年代末，我國開始大規模地研制、生產和使用繼電保護試驗裝置。80年代初，研究部門研制出物理模擬式測試裝置，主要采用移相器、自藕變壓器等模擬設備來調整三相電壓和三相電流的幅值和相位，調試過程需要較精密的電壓表、電流表、相位表、頻率計等配合才能完成測試，這種方法功能少、體積大、精度低，而且容易接錯線，勞動強度大、調試時間長，現場使用極不方便，現基本被淘汰。80年代后期，我國出現了內置CPU、無后臺計算機控制的第一代智能型繼電保護測試裝置。這一代繼電保護測試裝置是以單片機作為智能控制器為特征的，由于單片機的計算速度較慢，該裝置人機界面不夠友好；數學模型簡化，故障數據產生方式簡單；輸出精度不高；輸出信號頻率帶不寬，現很少在實際工程中使用了。
