CN201654154U - 多功能继电保护测试仿真装置 - Google Patents

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沈鼎申
张振军
孙军
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Abstract

本实用新型公开了一种多功能继电保护测试仿真装置，包括工控机，信号转接板、信号输出板1、信号输出板2、M侧功率放大器、N侧功率放大器、开关量输出板、M侧模拟断路器、N侧模拟断路器，还包括DSP处理***，其中，工控机与DSP处理***相连接，DSP处理***与信号转接板和开关量输出板相连接，信号输出板包括信号输出板1和信号输出板2，信号输出板1与M侧功率放大器相连接、信号输出板2与N侧功率放大器相连接；开关量输出板连接到M侧模拟断路器和N侧模拟断路器。本实用新型具备良好的暂态特性、幅频特性和相频特性，在对继电保护装置进行试验时能够准确观察出故障暂态的真实情况。

Description

多功能继电保护测试仿真装置
技术领域
本实用新型涉及一种测试装置，尤其是涉及一种多功能继电保护测试仿真装置。
背景技术
随着电力***规模的不断扩大，继电保护装置动作的可靠性也日趋重要。如何有效和完整地测试保护装置的功能特性是继电保护工程师在现场必然会遇到的问题，经过大量的实践人们逐渐认识到数字仿真技术是解决这一问题的良好手段。IEEE电力***继电保护专委会的一个工作组发表的一份专业报告阐述了继电保护测试的数字仿真性能要求，强调了继电保护测试将从常规的稳态测试过渡到实时数字仿真测试的重要性。实时数字仿真技术用于继电保护装置全面、完整、真正闭环的测试将是一种发展趋势，越来越得到众多继电保护工程师的认同。
电力***实时仿真是一门综合电力***、计算机、数字仿真和自动控制的高新技术。数字仿真利用计算机技术研究原型的各个参数变化对过程的影响，可以很方便地设置参数，改变程序中的数据可以很方便地改变仿真的电力***模型，不同的电力***故障可以通过程序加载到仿真装置，开发不同模型的软件就可以提供不同的测试环境。与以真实物理原型如发电机、线路、负荷为研究对象的物理模拟相比，数字仿真投资小，功耗低，占用的场地小，试验重复性好，自动化程度高，有较强的灵活性和可扩充性。实践证明，由于其优越的性价比，实时数字仿真装置不失为建立继电保护闭环试验环境的有效工具。
现有仿真装置能完成对不同功能的各种类型的继电器(如电流继电器、电压继电器、频率继电器、时间继电器、功率方向继电器、差动继电器等)及单相接地、相间短路等故障的模拟试验。装置对500kV以下电压等级的机电型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型保护均适用。仿真装置可真实模拟各种故障类型及进行整组试验，输出电压、电流可叠加多次谐波(最大50次，4种波形)，开关量输入可测量时间间隔，具备手动试验和自动试验功能，装置能够进行反时限继电器的模拟保护试验，可精确测量出继电器的电流，以及在该电流下的动作时间。
现有仿真装置内部采用先进的原理构成任意波形信号发生器，产生的波形失真小，对平滑滤波器的要求很低，可以避免一系列问题(如同类产品的操作不一致性、暂态特性、幅频特性、相频特性等)；输出幅值可缓慢变化亦可突变；电流和电压放大器均采用直接放大方式，可以真实地仿真***故障时的暂态过程；正弦波信号频率的分辨率为0.0003Hz，可以对频率继电器进行精确调试，特别是能进行df/t、du/dt、di/dt等试验。
现有仿真装置具有令人满意的仿真精度、使用方便的用户界面及实用的测试功能。但这样的仿真装置体积较大，一套仿真装置有三个标准柜(含有4套电压电流放大器)，因此尽管仿真装置为继电保护厂家提供了较强的闭环试验功能，可是由于体积的原因限制了它的使用范围。同时装置内部硬件结构采用多块控制电路板，结构复杂，稳定性不高，维修十分不便。
现有的仿真装置由于较少的每周波输出点数需要加上滤波处理因而影响整个试验装置的暂态特性、幅频特性和相频特性，不能正确反映出故障暂态的真实情况，现有装置内部硬件结构采用多块控制电路板，结构复杂，维修不便，现有装置配套使用的电压和电流功率放大器的输出精度不高，直流放大功能的频带窄，在现场试验时有时候带载能力也不能满足现场要求。
发明内容
本实用新型的目的是通过增加每周波输出点数来改善装置的整体暂态性能。在硬件结构上使用高速DSP处理***代替以前复杂繁琐的控制电路，优化结构的同时大大提升装置的运行速度和精度。通过改变放大器的输出方式提供更高的性能指标。将数字仿真的概念引入到电力***仿真测试中，与以前分别对电力***保护装置进行单项或开环测试不同，它运用数字仿真技术实时模拟整个电力***动态特性，可以使试验装置的测试更贴近实际环境，能够大大提高电力***技术人员的测试水平和工作效率。
为了实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
多功能继电保护测试仿真装置，包括工控机，信号转接板、信号输出板1、信号输出板2、M侧功率放大器、N侧功率放大器、开关量输出板、M侧模拟断路器、N侧模拟断路器，还包括DSP处理***，其中，工控机与DSP处理***相连接，DSP处理***与信号转接板和开关量输出板相连接，信号输出板包括信号输出板1和信号输出板2，信号输出板1与M侧功率放大器相连接、信号输出板2与N侧功率放大器相连接；开关量输出板连接到M侧模拟断路器和N侧模拟断路器。
本实用新型的有益效果在于本实用新型采用的DSP板内部运算部分每周波输出点数有4096点，以前装置仅有1024点，因此输出不再需要复杂的滤波处理电路便能得到良好的暂态特性、幅频特性和相频特性，在对继电保护装置进行试验时能够准确观察出故障暂态的真实情况。应用本实用新型使电力***工作人员及时了解电力***继电保护设备运行特性，确保电力***的安全稳定运行，而且本产品的市场需求量大，有很强的市场竞争力，同时可以创造更多的就业机会和创造良好的经济效益。将数字实时仿真技术、计算机技术、自动控制技术、虚拟智能技术和电力***融合在一起，形成电力***实时数字仿真测试***，它有着较高的技术性能，如实时性、准确性、易操作性以及多功能集成等。
附图说明
图1是本实用新型结构图示意图。
具体实施方式
工控机
考虑到DSP占用的资源，选用具有PCI总线的工控机型，以这样配置的微机作仿真装置的主机，便于编制人机接口和图形软件，能进行离线潮流计算及显示结果波形，为使用人员提供一个良好的使用环境，同时在做故障录波试验时，恢复现场的压缩数据会生成容量较大的数据文件。
TMS320VC33卡插在工控机箱内的扩展槽上，该DSP卡具有高速的浮点运算能力。仿真运行时，DSP实时解算***模型，接口板送出和接受所有的数据和控制信号。
工控机主机箱有模拟/数字量控制部分，内部安放有一块母板，所有的功能板都可插在该母板上，母板上各功能板的位置从左至右依次为信号输出板1、信号输出板2、开关量输出板、信号转接板、DSP板。控制部分插件板由信号输出板1、信号输出板2、开关量输出板和信号转接板组成，各板的功能如下：
信号输出板1
提供7路模拟量信号输出，输出范围为±10V，即最大有效值输出为±7V。提供6路开入，该功能板只要有有效的开关量信号输入，仿真试验时，如主机上的双端仿真实验的跳或合信号长期存在该指示灯会一直点亮，表明被测保护装置的工作处于异常状态。
信号输出板2
该板的结构和功能完全等同于信号输出板1，两者能互换。
开关量输出板
产生跳合控制信号Ta、Tb、Tc、Ha、Hb和Hc，这些信号一方面提供给模拟断路器控制电子开关的跳开和合上的动作，另一方面提供这些信号的空接点输出作为断路器的状态提供给保护装置。
输出的开关量信号可通过相应的回路返回给TMS320VC33，从而可判别数字开关量输出回路的正确性。
模拟断路器
模拟断路器装置采用大规模现场可编程门阵列、带保护的功率电子器件等原理制造，跳闸线圈按独立的双回路设计，可以模拟6-500KV电压等级的三相及分相操作、单跳闸线圈或双跳闸线圈断路器的动作行为。
模拟断路器部分插件板由直流电源保护板、电子开关板、电阻板组成，各板的功能如下：
直流电源保护板
当保护信号长期存在时(大于6秒钟)，该板的直流电源保护电路起作用，切断接在固态继电器两侧的110V或220V直流电源，这样一方面继续保持被测保护装置本身的跳合信号指示，另一方面避免了由于大电流的长期存在而损坏被测保护装置的后果。保护信号消失后，直流电源的连接就会自动恢复到正常状态。
电子开关板
该板上有三个电子开关，每一个电子开关有一对互锁的断开和闭合的接点组成，从而构成了Ta、Tb、Tc、Ha、Hb、Hc六个回路，软件可通过发出各自跳或合的控制信号(TQD，HQD)来决定该相(A相、B相、C相)电子开关的状态。
电阻板
分为跳电阻板和合电阻板，跳电阻板有一系列电阻组成，考虑到流过这些电阻的电流较大，因此选用功率较大的电阻，通过电阻之间的切换向被测保护装置的跳操作回路提供所需要的操作电流。
合电阻板的功能同跳电阻板，区别在于该板通过电阻之间的切换向被测保护装置的合操作回路提供所需要的操作电流。
功率放大器
仿真装置提供一套功率放大器，有四路电压，以及三路电流。电压放大器的4路电压中其中的3路为三相电压，1路为线电压，每相输出的最大有效值为120V，出线端的电压相序从左至右依次为Ua、Ub、Uc、Ud，电流每相输出的最大电流有效值为30A，出线端的电流相序从左至右依次为Ia、Ib、Ic，最大输出功率为300VA，因此完全可用于各种类型整屏保护装置的闭环试验。

Claims (2)

1.多功能继电保护测试仿真装置，包括工控机，信号转接板、信号输出板1、信号输出板2、M侧功率放大器、N侧功率放大器、开关量输出板、M侧模拟断路器、N侧模拟断路器，其特征在于：
还包括DSP处理***，其中，工控机与DSP处理***相连接，DSP处理***与信号转接板和开关量输出板相连接，信号输出板包括信号输出板1和信号输出板2，信号输出板1与M侧功率放大器相连接、信号输出板2与N侧功率放大器相连接；开关量输出板连接到M侧模拟断路器和N侧模拟断路器。
2.根据权利要求1所述的多功能继电保护测试仿真装置，其特征在于，所述模拟断路器包括直流电源保护板、电子开关板、电阻板。
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