CN116930851A - 继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力***继电保护电磁兼容试验技术领域，提供一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***和方法，其中***包括：继电保护装置、继电保护测试仪、工频磁场测试仪、交换机和PC机，继电保护装置设置在工频磁场测试仪的磁场线圈中，继电保护测试仪和交换机设置在磁场线圈外，PC机通过以太网双绞线经交换机与继电保护装置互连，PC机接收继电保护装置的采样数据并对采样数据进行计算分析。本发明利用继电保护装置和PC机搭建自动测试‑分析环境，继电保护装置通过网口将采样数值逐点送出，PC机利用网口接收采样值，二者配合实现了数据采集和分析的自动化，克服了人工界面读数信息不完整问题，比起录波文件判读方法提高了分析的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力***继电保护电磁兼容试验技术领域，尤其涉及一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***和方法。
背景技术
安装于工业设施、发电厂、中高压变电所中的继电保护装置，负责在电力***故障时快速切除故障，继电保护装置的可靠性直接影响电力***的稳定运行。继电保护装置面临工频磁场干扰而误动的危险，为确保装置在这些环境中能正常工作，DL/T-478《继电保护和安全自动装置通用技术条件》规定需要对其进行工频磁场(Power Frequency MagneticField)抗扰度试验。
测试采用浸入法，将继电保护装置放置在1×1m的正方形线圈中心，加测试电流1000A持续3秒，测试中装置动作值变化不得大于5％。继电保护装置的磁敏感元件包括交流插件和机箱母板，它们在工频骚扰磁场的影响下有可能感应出1～25mv(正弦有效值)的骚扰信号，导致装置感受的模拟量在幅值和相位出现变化，严重时会使动作门槛偏移5％以上。
工频磁场骚扰持续的时间较长，保护算法无法通过延时躲避；骚扰信号与工作信号频率相同，无法用滤波手段消除，改进手段主要定位磁敏感元件并对其整改。目前的测试手段主要是人工从装置界面读数和取录波数据分析两种，但人工读取难免存在信息不完整问题，取录波分析的效率偏低。如果没有简单的方法可快速定位装置中的磁场敏感元件，就会导致装置的设计改进方向不明确。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***和方法。
为实现上述目的，本发明提供一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，包括：继电保护装置、继电保护测试仪、工频磁场测试仪、交换机和PC机，所述继电保护装置设置在所述工频磁场测试仪的磁场线圈中，所述继电保护测试仪和所述交换机设置在所述工频磁场测试仪的磁场线圈外，所述PC机通过以太网双绞线经交换机与所述继电保护装置互连，所述PC机接收所述继电保护装置的采样数据并对采样数据进行计算分析。
根据本发明的一个方面，所述继电保护装置，包括：
A/D变换模块，用于对互感器输出的正弦电压信号进行采样；
网口发送模块，用于将采样数据组包以第二层以太网包的格式对外发送。
根据本发明的一个方面，所述PC机，包括：
数据分析逻辑单元，对采样数据的自动接收与计算；
评判与显示逻辑单元，对采样数据进行门限评判、数据显示和保存。
根据本发明的一个方面，所述数据分析逻辑单元，包括：
网口接收模块，用于接收所述继电保护装置发出的第二层以太网报文，通过MAC地址过滤第二层以太网报文，过滤后的报文被解析为各通道采样数据；
队列缓存模块，用于缓存采样数据，队列深度缓存5秒钟数据；
快速傅里叶变换模块，计算所有通道正弦波的幅值与相位，每250毫秒执行一次。
根据本发明的一个方面，所述评判与显示逻辑单元，包括：
扰动门限比对模块，计算采样数据的变化比例，并与标准中规定的上下限进行比对，如果超出范围则在界面上显示告警信息；
图形趋势显示模块，显示所有通道正弦波的幅值与相位，图形控件最多缓存15分钟的计算结果，显示工频磁场对继电保护装置模拟量采样数据的扰动过程；
数据离线保存模块，将缓存的采样数据和计算结果，保存在电子表格文件中。
根据本发明的一个方面，所述继电保护装置的采样频率在1.2kHz-2.4kHz之间调节，采样通道数最大为96路；
在每个采样间隔内，所述继电保护装置将A/D转换的结果组成第二层以太网报文，通过网口对外发送。
为实现上述目的，本发明还提供一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，包括：
通过工频磁场测试仪对无交流插件的继电保护装置施加工频磁场骚扰，获取继电保护装置在工频磁场下的感应底噪，确认继电保护装置内除交流插件外无其它工频磁场敏感元件；
将交流插件***继电保护装置，在继电保护测试仪不加量的情况下，施加工频磁场骚扰，通过PC机分析交流插件的骚扰输出，评价金工件的磁屏蔽效果，以及互感器选型、交流板布线是否合理；
用继电保护测试仪向继电保护装置施加额定电流电压，施加工频磁场骚扰，通过PC机分析继电保护装置的输出扰动，评价继电保护装置对磁场骚扰的抑制能力，并观察潜在的保护拒动、误动。
根据本发明的一个方面，调换所述继电保护装置和工频磁场的相对位置，在所述继电保护装置的三个方向轴上找到敏感方向。
根据本发明的一个方面，所述工频磁场测试仪输出1000A电流3次，每次维持3秒。
根据本发明的一个方面，所述PC机每250ms从所述继电保护装置的网卡中读取采样数据报文并保存采样数据备用。
根据本发明的方案，本发明利用继电保护装置和PC机搭建自动测试-分析环境，继电保护装置通过网口将采样数值逐点送出，PC机利用网口接收采样值，二者配合实现了数据采集和分析的自动化，克服了人工界面读数信息不完整问题，比起录波文件判读方法提高了分析的效率。
在本发明中，PC机上的分析程序执行快速傅里叶变换计算出正弦波采样值的幅值与相位，程序可以根据国标规定的允许波动范围，在线评判装置的抗扰能力是否合格。程序还能将采样数据保存在PC机中用于离线分析。程序具备图形化显示功能，可清晰的展示装置受扰过程，对测试数据分析具备精准性。
本发明能够实现三种测试场景，将继电保护装置整机工频磁场问题解耦，降低了分析的难度。通过分别测试不含交流插件的机箱、含交流插件的机箱(不加量状态)和含交流插件且加量状态下的整机，可精准定位继电保护装置中的磁场敏感元件，从而为继电保护装置抗骚扰能力的改进提供明确的方向。
本发明还可用于继电保护装置的互感器选型，机箱磁屏蔽评估，以及交流板印制线路板(PCB)的设计评估。
本发明的检测方法具有可扩展性，可以用于多台设备的并行测试，不仅提高了测试的效率，而且通过增加测试样本数量，可以使得测试结果可信度更高。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***的结构布置框图；
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***的功能模块布置图；
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***的结构布置框图。如图1所示，在本实施方式中，继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，包括：继电保护装置1、继电保护测试仪2、工频磁场测试仪3、交换机4和PC机5，继电保护装置1设置在工频磁场测试仪3的磁场线圈中，继电保护测试仪2和交换机4设置在工频磁场测试仪3的磁场线圈外，PC机5通过以太网双绞线经交换机4与继电保护装置1互连，PC机5接收继电保护装置1的采样数据并对采样数据进行计算分析。
根据上述设置，本发明利用继电保护装置和PC机搭建自动测试-分析环境。继电保护装置通过网口将采样数值逐点送出，PC机利用网口接收采样值。二者配合实现了数据采集和分析的自动化，克服了人工界面读数信息不完整问题，比起录波文件判读方法提高了分析的效率。
在本实施方式中，PC机运行分析程序，首先通过网口获得继电保护装置的实时采样数据，然后用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform)计算出正弦波采样值的幅值与相位，并图形化显示。分析程序可以根据国标规定的允许波动范围，在线评判继电保护装置的抗扰能力是否合格，还能将采样数据保存在PC机中用于离线分析。
进一步地，图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***的功能模块布置图。如图2所示，在本实施方式中，继电保护装置1，包括：
互感器6；
A/D变换模块7，用于对互感器6输出的正弦电压信号进行采样；
网口发送模块8，用于将采样数据组包以第二层以太网包的格式对外发送。
如图2所示，在本实施方式中，PC机5，包括：
数据分析逻辑单元9，对采样数据的自动接收与计算；
评判与显示逻辑单元10，对采样数据进行门限评判、数据显示和保存。
其中，数据分析逻辑单元9，包括：
网口接收模块11，用于接收继电保护装置1发出的第二层以太网报文，通过MAC地址过滤第二层以太网报文，过滤后的报文被解析为各通道采样数据；
队列缓存模块12，用于缓存采样数据，队列深度缓存5秒钟数据；
快速傅里叶变换模块13，计算所有通道正弦波的幅值与相位，每250毫秒执行一次。
进一步地，评判与显示逻辑单元10，包括：
扰动门限比对模块14，计算采样数据的变化比例，并与标准中规定的上下限进行比对，如果超出范围则在界面上显示告警信息；
图形趋势显示模块15，显示所有通道正弦波的幅值与相位，图形控件最多缓存15分钟的计算结果，显示工频磁场对继电保护装置1模拟量采样数据的扰动过程；
数据离线保存模块16，将缓存的采样数据和计算结果，保存在电子表格文件中。
进一步地，在本实施方式中，继电保护装置1的采样频率在1.2kHz-2.4kHz之间调节，采样通道数最大为96路；在每个采样间隔内，继电保护装置1将A/D转换的结果组成第二层以太网报文，通过网口对外发送。
根据本发明的上述方案，PC机上的分析程序执行快速傅里叶变换计算出正弦波采样值的幅值与相位，程序可以根据国标规定的允许波动范围，在线评判继电保护装置的抗扰能力是否合格。程序还能将采样数据保存在PC机中用于离线分析。程序具备图形化显示功能，可清晰的展示装置受扰过程，对测试数据分析具备精准性。
为实现上述目的，本发明还提供一种继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，包括：
通过工频磁场测试仪对无交流插件的继电保护装置施加工频磁场骚扰，获取继电保护装置在工频磁场下的感应底噪，确认继电保护装置内除交流插件外无其它工频磁场敏感元件；
将交流插件***继电保护装置，在继电保护测试仪不加量的情况下，施加工频磁场骚扰，观察交流插件的骚扰输出，评价金工件的磁屏蔽效果，以及互感器选型、交流板布线是否合理；
用继电保护测试仪向继电保护装置施加额定电流电压，施加工频磁场骚扰观察继电保护装置的输出扰动，评价继电保护装置对磁场骚扰的抑制能力，并观察潜在的保护拒动、误动。
具体地，图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法的流程图。如图3所示，在本实施方式中，***首先在没有工频磁场的情况下完成后接线后的全部功能验证。控制继电保护测试仪向装置施加额定电流电压量，确认PC机程序能正确获取装置的采样数据，并能正确显示正弦量幅值、相位的计算结果，以及数据离线保存。
测试时，首先对不含交流插件的机箱(继电保护装置机箱)施加工频磁场骚扰，获取其在工频磁场下的感应底噪，找出继电保护装置机箱母板和各插件上是否存在工频磁场敏感元件。因为在不同入射方向上，磁敏感元件有不同的投影面积，受骚扰磁场影响的程度有差异，所以试验中应调换继电保护装置和磁场方向的相对位置，在继电保护装置的三个方向轴(即X、Y和Z轴)上找到敏感方向。
然后，将交流插件***继电保护装置机箱，在继电保护测试仪不加量的情况下，施加工频磁场骚扰，通过PC机分析观察交流插件的骚扰输出，评价交流插件金工件的屏蔽效果，以及互感器选型、交流板布线是否存在不合理之处。
最后，用继电保护测试仪向完整的待测装置施加额定电流电压，接着施加工频磁场骚扰，通过PC机分析观察继电保护装置输出的扰动，评价继电保护装置对骚扰的抑制能力，并观察潜在的保护拒动、误动。
在本实施方式中，工频磁场测试仪输出1000A电流3次，每次维持3秒。
PC机每250ms从继电保护装置的网卡中读取采样数据报文并保存采样数据备用。
根据本发明的上述方案，本发明利用继电保护装置和PC机搭建自动测试-分析环境，继电保护装置通过网口将采样数值逐点送出，PC机利用网口接收采样值，二者配合实现了数据采集和分析的自动化，克服了人工界面读数信息不完整问题，比起录波文件判读方法提高了分析的效率。
在本发明中，PC机上的分析程序执行快速傅里叶变换计算出正弦波采样值的幅值与相位，程序可以根据国标规定的允许波动范围，在线评判装置的抗扰能力是否合格。程序还能将采样数据保存在PC机中用于离线分析。程序具备图形化显示功能，可清晰的展示装置受扰过程，对测试数据分析具备精准性。
本发明能够实现三种测试场景，将继电保护装置整机工频磁场问题解耦，降低了分析的难度。通过分别测试不含交流插件的机箱、含交流插件的机箱(不加量状态)和含交流插件且加量状态下的整机，可精准定位继电保护装置中的磁场敏感元件，从而为继电保护装置抗骚扰能力的改进提供明确的方向。
本发明还可用于继电保护装置的互感器选型，机箱磁屏蔽评估，以及交流板印制线路板(PCB)的设计评估。
本发明的检测方法具有可扩展性，可以用于多台设备的并行测试，不仅提高了测试的效率，而且通过增加测试样本数量，可以使得测试结果可信度更高。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，包括：继电保护装置、继电保护测试仪、工频磁场测试仪、交换机和PC机，所述继电保护装置设置在所述工频磁场测试仪的磁场线圈中，所述继电保护测试仪和所述交换机设置在所述工频磁场测试仪的磁场线圈外，所述PC机通过以太网双绞线经交换机与所述继电保护装置互连，所述PC机接收所述继电保护装置的采样数据并对采样数据进行计算分析。
2.根据权利要求1所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，所述继电保护装置，包括：
A/D变换模块，用于对互感器输出的正弦电压信号进行采样；
网口发送模块，用于将采样数据组包以第二层以太网包的格式对外发送。
3.根据权利要求1所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，所述PC机，包括：
数据分析逻辑单元，对采样数据的自动接收与计算；
评判与显示逻辑单元，对采样数据进行门限评判、数据显示和保存。
4.根据权利要求3所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，所述数据分析逻辑单元，包括：
网口接收模块，用于接收所述继电保护装置发出的第二层以太网报文，通过MAC地址过滤第二层以太网报文，过滤后的报文被解析为各通道采样数据；
队列缓存模块，用于缓存采样数据，队列深度缓存5秒钟数据；
快速傅里叶变换模块，计算所有通道正弦波的幅值与相位，每250毫秒执行一次。
5.根据权利要求3所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，所述评判与显示逻辑单元，包括：
扰动门限比对模块，计算采样数据的变化比例，并与标准中规定的上下限进行比对，如果超出范围则在界面上显示告警信息；
图形趋势显示模块，显示所有通道正弦波的幅值与相位，图形控件最多缓存15分钟的计算结果，显示工频磁场对继电保护装置模拟量采样数据的扰动过程；
数据离线保存模块，将缓存的采样数据和计算结果，保存在电子表格文件中。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测***，其特征在于，所述继电保护装置的采样频率在1.2kHz-2.4kHz之间调节，采样通道数最大为96路；
在每个采样间隔内，所述继电保护装置将A/D转换的结果组成第二层以太网报文，通过网口对外发送。
7.继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，其特征在于，包括：
通过工频磁场测试仪对无交流插件的继电保护装置施加工频磁场骚扰，获取继电保护装置在工频磁场下的感应底噪，确认继电保护装置内除交流插件外无其它工频磁场敏感元件；
将交流插件***继电保护装置，在继电保护测试仪不加量的情况下，施加工频磁场骚扰，通过PC机分析交流插件的骚扰输出，评价金工件的磁屏蔽效果，以及互感器选型、交流板布线是否合理；
用继电保护测试仪向继电保护装置施加额定电流电压，施加工频磁场骚扰，通过PC机分析分析继电保护装置的输出扰动，评价继电保护装置对磁场骚扰的抑制能力，并观察潜在的保护拒动、误动。
8.根据权利要求7所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，其特征在于，调换所述继电保护装置和工频磁场的相对位置，在所述继电保护装置的三个方向轴上找到敏感方向。
9.根据权利要求7所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，其特征在于，所述工频磁场测试仪输出1000A电流3次，每次维持3秒。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的继电保护装置的工频磁场抗扰度能力检测方法，其特征在于，所述PC机每250ms从所述继电保护装置的网卡中读取采样数据报文并保存采样数据备用。
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