继电保护装置测试系统硬件设计与实现李键

继电保护装置测试系统硬件设计与实现李键

李键

（重庆新世纪电气有限公司重庆400000）

摘要：随着智能电网的建设，要想提高电网运行的安全性、稳定性，必须对继电保护装置进行改造，优化自动测试技术。本文首先分析了该系统的应用原理和价值，然后阐述了测试系统硬件的设计和实现，以供参考。

关键词：继电保护装置；测试系统；硬件设计；实现

在现有的变电站中，仍有一些采用传统技术，在继电保护装置上存在诸多缺陷，例如动作报告分散、清单形式不统一、通信条件受制约等。在此背景下，不仅影响了装置的自动测试功能，也降低了电力供应的安全性。在智能变电站的发展要求下，应该对测试系统进行改造。以下探讨了测试系统的硬件设计方法。

1．继电保护装置测试系统的概述

1.1测试原理

传统的继电保护装置中，测试系统采用上位机控制测试仪，模拟测试是通过测试仪、保护装置之间的互动实现的。分析其缺点，在于无法自动工作，测试结果和故障报告无法及时传递到PC机上。对此，在PC机和保护设备之间增加数据通信，可以实现信号复归、定制整定，及时获得故障报告和扰动数据，最终形成测试报告[1]。如下图1所示，该系统实现了数据共享、闭环测试，能根据测试需要自动生成完整的测试报告，针对各项测试内容作出结论。

图1：新型测试系统的运行拓扑图

1.2应用价值

在继电保护装置系统中，应用自动测试技术的价值如下：第一，提高工作效率。在自动测试技术和手段下，数据的获取、运算、处理、存储更加便捷，实现了标准化、共享化，因此测试工作效率提高。第二，避免应用损失。该系统在实际应用过程中，具有较强的判断能力、综合分析能力，可以看作是智能专家系统，因此测试工作的可靠性提升。第三，功能多样化。自动测试平台的各个组成模块，彼此独立又相互关联，自动测试仅是其中一项功能，此外还包括违约分析、自动填表、通信监视、仿真模拟等功能。

1.3自动测试技术

第一，外部接口技术。依据标准规范，我国变电站电压等级在35KV、66KV以下时，继电保护装置一般采用模拟量数据，获取互感器的微小信息；电压等级达到110KV，就会采用数字信号模拟数据，通信标准采用IEC61850标准，单播通信遵循MMS协议。另外，变电站的性能逻辑节点、数据细化规定均以IEC61850标准为依据，能完整叙述数据描述对象，提供安全服务。

第二，故障模拟技术。为了提高继电保护装置的运行安全性，必须使用自动测试系统中的故障模拟技术，能及时发现装置问题并解决问题。应用期间，要求故障模拟系统、继电保护装置之间的外部接口规格相符，利用直接信号采样进行SV采样，将间隔离散值控制在10μs以内[2]。实践证实，当前智能变电站中的继电保护装置，均可以利用故障模拟技术解决应用问题。

2．测试系统硬件的设计与实现

2.1系统结构设计

第一，测试PC。主要用于自动测试软件的运行，和测试设备、待测装置之间，实现通讯、远动控制等功能。按照通讯方式的不同，分别LAN、USB、RS485三种，接口功能如下[3]：①LAN1：连接测试设备，实现网络驱动；②LAN2：连接测试装置，实现网络功能；③USB：连接测试装置，实现串口功能；④RS485：连接测试装置，实现通讯功能。第二，测试夹具。用于待测装置的固定，将装置上的电气信号和测试机柜相连接。第三，测试机柜。用来安装自动测试的仪器仪表，是整个测试系统的核心。

2.2具体设计流程

第一，硬件选型。对于自动测试硬件的要求如下：①满足硬件测试需求，例如模拟量的发生测量、开关量的触发检测、功率要求等；②编程接口成熟稳定，为PC控制提供方便；③方便测试系统的升级；④方便安装和接线[4]。基于以上要求，本系统的主控制器选择Agilent34980A，再加上电源、电流切换矩阵、信号发生器等，组成基本测试平台。

第二，硬件设备。本系统的硬件设备采用LAN接口，分配静态IP地址面具有接线简单、运行速度快、稳定性强的特点。Agilent34980A主机箱在应用时，可以选用不同的板卡，具备系统升级功能。生产商家也要提供相应的编程接口，为PC控制提供有利条件。

第三，驱动控制。基于LAN接口，测试PC利用编程仪器命令，可以对测试设备进行驱动和控制。SCPI命令属于ASCII字符串，利用物理传输层传递给仪器，除了关键字以外，还可能需要参数。举例来说：*IDN？代表获取设备ID信息；ROUNT:CLOS(@3010)代表关闭系统插槽第3模块上的第10通道。

2.3系统功能实现

应用该系统，能对大多硬件回路进行检测，包括①电源供电回路；②通讯模块；③LED、LCD、键盘；④电压电流通的幅值、相位；⑤开关量输入输出；⑥直流输入输出；⑦保护逻辑功能[5]。在每个测试模块上，待测装置、测试设备的信号通过电气连接，以0-20mA直流模拟量输出回路为例，具体测试方法如下：

第一，开关量输入回路。利用Agilent34937板卡的继电器常开节点，AgilentN5751A开入电源，然后引入待测装置，利用USB的通讯报文了解待测装置的开入量状态，做出准确判断。第二，直流模拟量输出回路。通过USB的通讯报文，待测装置会输出直流信号，驱动Agilent34937板卡的继电器常开节点，将直流信号引入Agilent34921的测试回路，然后介入Agilent34980的内部测量模块，最终获得测量值，做出准确判断。

3．测试系统的应用实例分析

3.1工程概况

以某智能变电站为例，介绍自动测试系统在继电保护装置中的应用，主要如下：第一步，确定测试方案。要明确测试项目和要求，系统研发期间，制定线路保护测试方案，将线路保护分为四个模块，分别是零序保护模块、距离保护模块、差动保护模块、重合闸功能模块。在保护模块的测试上，功能包括两点：一是性能测试，获得动作时间、定值精度两个指标；二是保护逻辑测试，测试对象包括永久性故障、瞬时性故障等。第二步，构建测试用例库。依据测试方案细化各个测试项目，编制测试用例并验证它的有效性。只有验证结果满足标准要求时，才能将测试用例传输至用例库。第三步，测试工作开展时，首先从用例库中提取测试用例，经加载后即可自动测试。

3.2应用成果

该自动测试系统的应用成果如下：第一，变电站继电保护装置的测试流程得以优化，提高了自动测试效率；第二，该系统可以对继电保护装置进行重复测试，并暴露出测试中的问题和不足，从而进一步完善系统功能。第三，该系统的应用避免了人工测试的误差问题，保证了测试的一致性，测试结果更为准确。

结语：

综上所述，将自动测试技术应用在继电保护装置中，能提高工作效率，避免应用损失，实现多样化功能。在测试系统硬件的设计上，总体架构包括测试PC、测试夹具、测试机柜等，并从硬件选型、硬件设备、驱动控制三个方面，介绍了具体设计流程。文中以某智能变电站为例，证实自动测试系统的应用具有较高价值，值得推广。

参考文献：

[1]宋杰,靳希,鲍伟等.基于IEC61850的智能继电保护装置协同测试系统的研究[J].电力系统保护与控制,2012,40(5):59-63,68.

[2]胡红兵,李丽君,韩民畴等.继电保护装置自动化测试系统的设计与实现[J].江苏电机工程,2013,32(2):54-56.

[3]何旭峰.继电保护装置的智能自动化测试系统的探究[J].大科技,2016,(22):110-111.

[4]陆秋艳.电力系统自动化继电保护装置测试研究分析[J].电子制作,2013,(21):27-27.

[5]尹柳,郑雷涛,李煜亮等.智能变电站继电保护装置自动测试系统的研究[J].低碳世界,2017,(12):38.

收稿日期：2017年9月27