继电保护测试(精选十篇)
继电保护测试 篇1
随着微电子、计算机技术以及通信等领域技术的发展, 数字式继电保护装置被广泛应用于电力系统。电力系统继电保护是指在电力系统发生事故或异常运行, 如电流增大、电压降低以及电流与电压之间相位角改变等现象产生的情况下, 通过检测在各种状态之下, 被保护元件所反映的参数的变化, 将其与继电保护的逻辑单元相比较, 鉴别出保护装置中所隐藏的软件及硬件错误, 验证系统工作的性能, 用于保证系统及设施设备安全运行的装置。继电保护测试系统是按照事先编制好的测试计划, 用来对各种继电器及保护装置进行调试的装置。与技术落后, 普遍通过移相器、升流器等仪器来完成电压调节、电流的幅值和相位的传统继电保护装置相比, 微机继电保护的出现大大提高了继电保护系统的性能, 能充分满足微机保护的性能测试要求, 增强了电力系统的安全性和稳定性。因此, 新型继电保护装置被广泛应用于继电保护测试领域, 极大地降低了工作强度, 有效提高了继电保护测试技术水平。微机继电保护测试仪大致经历了四个阶段的发展:1) 以单片机作为智能控制器时期;2) 以PC机作为智能控制器时期;3) 以Windows操作系统为平台时期;4) 采用高性能DSP核心控制器与嵌入式工控机时期。
一项新技术一旦产生, 必须经受一段时间的考验, 新型继电保护装置也不例外, 特别是微机保护技术对测试技术提出了更高的要求。尤其是随着电网的发展, 大量输变电设备投入运行, 继电保护装置的种类和数量剧增, 对继电保护设备的安装和定期检验大大增加了专业维护人员的工作量。虽然继电保护测试装置的开发与应用极大地提高了继电保护测试水平, 对保障电网安全运行起到了积极的作用, 但在实际的现场测试过程当中, 由于需要工作人员不停地更换接端子, 整理并分析测试数据, 填写存档报告, 一系列的手工测试和人工干预不仅影响工作效率, 而且存在较大的操作风险。如:工作人员在对系统进行定值检验之时, 无法根据现场设备的型号和定值单制定一套完整的测试方案, 在此情况下, 全自动化测试难以开展;由于在测试过程中, 保护设备所产生的数据无法全部返回到测试仪或计算机中, 如故障报告等信息仍然需要专业人员从保护屏上获取, 导致不能形成测试闭环, 影响数据的利用率和装置的工作效率;由于存在激烈的商业竞争和统一的行业技术制度, 目前尚缺乏一套统一的测试软件, 导致一套测试软件只能应用于特定某个生产商生产的测试仪, 造成资源浪费, 降低技术创新效能;尚缺乏实现远程实验所需的计算机网络技术条件;微机保护新技术及原理的发展和出现, 要求测试装置能较为真实地反映系统故障, 但是目前应用测试装置测试失步保护、差动保护时具有一定难度, 工作人员尚不熟悉测试方法和保护原理, 导致装置的某些功能未能得到有效发挥。为了颠覆传统按照功能模块单独整定, 单独试验的测试模式, 需要在自动测试领域寻求技术突破, 开发一套通行的, 可根据电力系统的特性参数自动生成测试方案, 并能自动记录和评估结果的高效智能测试系统。
2 继电保护系统自动测试研究
自动测试指按照编制的测试计划, 自动且连续完成保护装置的各种特性和整定值的测试方式。该系统客户端软件根据主管部门所指定和颁布的保护检验标准编制, 用以控制以及规范现场作业, 通过PC实现对现场工作的监控。继电保护系统由系统硬件和系统软件组成, 下面分别从硬件系统和软件系统入手, 对继电保护自动测试系统展开研究。
2.1 继电保护自动测试系统硬件组成及其工作原理
从外观上看, 测试装置多采用单机箱, 体积小, 便于携带。微机继电保护装置的硬件系统的可靠性直接关系到系统的运行效率, 尤其是随着电力系统的发展, 作为核心的微机继电保护装置主板的品质引起了产品开发商、使用者等多方关注。微机继电器保护装置主板是数据采集、开关量的输入及输出的处理单元, 主要由控制平台和测试装置组成, 前者包括PC机、开关量输入、模拟量输出卡 (D/A卡) 、多串口通讯卡、输出卡等组成;后者包括电源插件、测试机箱、辅助测试插件及被测试主板等组成。在实际操作过程中, 系统采用分布式结构, 将工作分散到上位机 (控制平台) 和下位机 (测试主板) 中, 实现信号数据的及时采集和处理, 有利于系统快速响应, 形成闭环测试。详细流程见图1:
继电保护与综合自动化系统的不断融合, 要求测试仪在硬件方面提高精度, 使其本身的发展与保护的发展紧密结合, 满足测控精度的要求。为了提高系统的安全性, 目前采用的继电保护自动测试系统配备有两套自检系统, 一套即通过纯硬件完成电压源短路、电流源开路、过热及信号失真等故障检测。
2.2 继电保护系统自动测试软件研究
一个优良的继电保护测试仪除了合理的硬件模块设计以外, 还需要具备操作简便, 功能强大的软件结构。目前的继电保护系统自动测试软件提供统一的用户Windows视窗界面, 具备数据存储、定值计算以及自动生成并输出标准试验报告的功能, 具有实时多任务、多窗口的特点, 增强了信息的吞吐量, 提高了程序的有效性。除了标准测试模式外, 还针对我国电力系统现场工作人员的习惯设计了包括自定义测试模式在内的多种测试参数模板和测试报告模板等。
继电保护自动测试系统拥有先进的硬件软件系统, 方便的用户操作界面以及较为全面的功能, 通过运用科学的方法制定试验方法、设置试验参数, 控制试验过程并对试验报告进行科学管理, 为继电保护的全面测试提供了良好的手段, 实现了常规的稳态测试向准确的动态测试和暂态测试的成功过渡, 有助于提高测试效率, 实现全新的继电保护测试流程管理和便携式设计。
摘要:本文在分析继电保护测试技术现状的基础之上, 探讨了其在实际运用过程中暴露出的缺点, 研究了结合人工测试方法, 通过硬件和软件系统的设计, 在生产领域测试中采用自动测试工具, 实现智能闭环自动测试的新型继电保护自动测试系统。
关键词:继电保护系统,自动测试,研究
参考文献
[1]廖运初.可编程序控制器应用技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2007.
[2]黄继昌.传感器工作原理及应用研究[M].北京:人民邮电出版社, 1998.
继电保护测试 篇2
在我国,继电保护的应用己有80多年的历史,但就其试验和测试来说,长期使用经典的电气测量方法和常规电工仪表。近年来,随着我国电力工业的迅速发展,新型继电保护装置特别是微机型继电保护得到广泛使用,对测试技术提出了更高的要求,正在逐渐形成有别于一般电气测量的专门技术领域——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。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试验装置已经成为电力系统的生产、调试、运行以及科研等部门不可缺少的专用设备,随着计算机、数字仿真及微电子技术的发展,数字式暂态试验系统发展迅速,它的发展方向大致可以分为两类:一类是朝着功能强大、实时仿真的方向发展。另一类是朝着轻巧便携、专用系统的方向发展。
1.1继电保护测试技术的发展动力
1.1.l继电保护的发展促进了保护测试的发展
新型继电保护装置特别是数字式保护和安全自动装置已得到广泛的推广应用。在对这些设备检验的过程中,已逐步屏弃传统试验方法而引进新的试验手段,涉及计算机自动测试、数字仿真、微电子、大功率器件等先进技术的微机型继电保护试验装置己成为继电保护测试领域必不可少的专用设备。1.1.2新技术的发展促进了保护测试技术及测试装置的发展
随着计算机芯片和电子器件技术的高速发展,高性能运放IGBT、MOSEFT等高速、全控型器件的广泛应用以及逆变电源技术的飞速发展,使一些新的测试技术以及数字仿真技术的实现成为可能。1.2.1提高工作效率
先进的测试技术和测试手段的应用,不断的使测试工作变得方便快捷,从而大大的提高了测试工作的效率。
1.2.2对产品的整体性能更全面、深入的了解
应用新的测试技术和测试设备,能够更加真实的模拟系统状况,检验继电保护装置在各种复杂情况下的运行状况和动作特性。l.2.3避免在实际应用中的损失 新技术的应用,使测试装置具有很强的综合分柝和判断能力,几乎就是一个智能专家系统,因此极大的提高了测试工作可靠性。避免在实际中由于人为的疏忽造成的损失。
1.3继电保护测试的发展历程 1.3.1模拟式继电保护测试装置
20世纪70、80年代我国使用的模拟式测试台,主要由各种模拟设备、仪表连接 而成,精度低、体积大、重量沉、操作繁琐,现场使用极不方便,现基本被淘汰。1.3.2微机型继电保护测试装置
20世纪80年代后期,出现了内置CPU、无后台PC计算机控制的测试装置。由于单片机计算能力的限制.该类装置界面不够友好:数学模型简化、故障数据产生方式简单;输出精度不高;输出信号频率带宽较窄。1.3.3基于后台计算机控制的测试装置
测试装置和后台计算机通过并口连接。采用“微机+智能控制放大电路”的整体设计方案,故障数据的产生、控制由后台计算机完成。软件方面具备手动、自动测试各种类型继电器的定值和特性,还可进行高压线路保护装置的整组试验,模拟各种类型的瞬时、永久及转换性故障的暂态过程和模拟开关跳闸及重合全过程的功能,另外还具有模拟系统振荡功能。另外,功率放大器的输出端都没有变压器,可以真实地仿真突然短路时的非周期电流,能放大各种暂态波形,可以考验保护设备在短路暂态过程中的工作性能:是目前我国的主流机型。但是由于并口传输速率的限制,测试装置的精度和暂态特性受到一定影响,并且这种设计方案只能被限制在DOS下运行。
1.3.4单CPU、有后台计算机的测试装置
特点为人机界面友好,WINDOWS界面;测试装置和后台计算机之间通过串口或网络连接,故障数据产生方式简单、模型简化;输出精度高:输出信号频率带宽指标高;开放性好、功能强。
l.3.5基于多CPU、DSP技术的实时继电保护测试系统
高性能信号处理器DSP(Digital Signal Processor)与后台计算机构成主从式计算机系统。(PC机用作人机界面,控制仿真运行及实时数据处理等,DSP进行实时解算系统模型、I/O输入输出处理等)。可以实现电力系统的实时仿真。通过保 护装置、自动重合闸、操作箱、模拟断路器的完全闭环,实现对继电保护装置的动态测试。
1.3.6基于专用硬件平台的多DSP并行系统
该结构是继电保护测试装置未来发展的方向。可以建立高精度的各种电力系统元件的数学模型,通过DSP强大的运算能力,和多DSP的相互配合,模拟复杂电力系统的运行状况,从而实现对继电保护装置的全面闭环测试。1.4继电保护测试技术及测试装置的现状
不同用户在不同场合对继电保护测试技术和测试系统的要求是不同的。先进的微机型继电保护测试装置基本上可以满足大多数用户的需要,分下面两类情况。1.4.1静态模拟试验
静态的输出故障电压、故障电流等故障信号。目前的微机型继电保护测试装置可以胜任。
1.4.2动态模拟试验
对故障暂态过程模拟的真实程度、是否引入保护的动作信号、测试保护的类型作为其性能指标,分下述情况。(1)对故障暂态过程模拟的真实程度
a.只考虑基波及较低频率分量。可以通过简化的数学模型计算得到。
b.考虑较高次频率分量、发电机和负荷动态特性、输电线路分布参数等因素时,模型比较复杂。如要考虑闭环保护动作信号,动模能够满足要求。(2)动作信号的返回
a.开环试验。模拟系统不随保护动作情况的变化而相应变化;实时性要求不高,常用故障录波或EMTP等高级离线仿真软件产生故障数据并回放。
b.闭环试验。模拟系统随保护动作情况的变化而相应变化;能够真实模拟实际电力系统的运行状况,可很好的测试继电保护装置的动作特性。(3)实时性要求较高的被测试保护的类型
a.线路保护测试。故障暂态模拟比较精确,测试手段比较完善。
b.元件保护测试(发电机、变压器内部故障测试)。参数计算比较复杂电流、频率以及电动势之间的角位移等等;电磁过程比较复杂。
大多数继电保护试验(如静态试验、只考虑基波和较低频率分量的动态模拟试验)可以由微机型继电保护测试装置来完成。对于精度要求高、保护信号闭环返回的情况,需要利用动模试验等先进的数字实时仿真器进行测试。继电保护生产和运行单位的大部分试验是简单的静模和动模试验,微机型继电保护测试装置完全可以胜任继电保护设备的生产测试以及继电保护应用部门的现场定期年检的需要,受到广泛认可和欢迎。这类设备体积小,重量轻、携带方便、使用方便且高度自动化。一套装置既可进行各种保护的测试、仪表的校准,无须携带多种设备。第二节继电保护测试装置目前需要解决的问题及解决方案 2.1测试信号的产生及处理
大部分国产数字式继电保护测试装置的电压、电流信号由计算机产生,通过并口或总线同时送到测试装置。利用计算机强大的运算功能可以完成一些复杂的数学运算。实现一些复杂的试验过程,如叠加按时间常数衰减的非周期分量、简单的暂态仿真试验等。另外,利用计算机巨大的存储空间,还可以实现长过程的故障再现及离线数学仿真。这种方式的缺点是,由于计算机计算速度有限,使得每周波的离散数据点数不能太多,一般在150点左右。由于大量的计算和输出控制任务是通过计算机来完成,使计算机忙于大量的计算和控制任务中,造成计算机处于“只讲(only talking)”状态,没有时间对测试装置输出的电压和电流进行实时临控。当电流回路开路或过载时,计算机并不清楚测试装置电流输出的异常情况而仍在运行,只有试验人员分析了最终结果后,才能发现问题。因此具备闭环的实时测试系统,对于被试保护装置的测试精度和测试装置自身的安全都是必不可少的,具有实时监视和完善的自检及异常工况报警功能,是国产继电保护测试装置近期亟待研究解决的重大课题。
假设计算机每工频周波输出的数据点为100点,用5kHz采样频率,根据采样定律,信号的低通滤波器的截止频率可以取到2.5kHz。虽然有2.5kHz信号带宽,但由于低通滤波器的幅频特性不是特别平坦.实际上对150kHz及以上的信号随着频率的升高其幅值明显降低。所以,要在有用的信号频带内保持非常好的幅频特性和相频特性,唯一的办法是增加每周波数据点数,提高低通滤波器的截止频率。在一定的采样频率下,小信号精度主要与D/A转换位数有关系。对于满量程为30A(交流有效值),如果采用12位D/A.其量化误差约为6mA:采用16位时则只有0.4mA,对于0.1A输出电流其误差分别为6%和0.4%。通过对离散信号的傅里叶分析,采用12位D/A,在0.1A的输出电流中含有一定成分的500Hz、1500Hz等谐波信号。而采用16位D/A,在0.1A电流中所包含的谐波信号在5kHz以上,这些谐波完全可通过低通滤波过滤掉。另外,小信号的精度问题也可采用信号分档的办法得到解决。例如,对于满量程为30A的测试装置,可以将其输出在6A的地方分为两档,当输出电流值小于6A时,通过软件在试验之前自动切换到低档。当输出电流值大于或等于6A时则采用高档位。采用分档的方法可以极大地提高信号分辨率、减少量化误差。2.2暂态特性
近年来,使用暂态分量作为判据的保护装置逐步增多,在试验中需要模拟和确定电流变化率(di/dt)、电压变化率(dv/dt)、频率变化率.(df/dt)和短路阻抗(z)的数值大小。所以,对测试装置所输出的突变量上升速率即测试装置的暂态特性提出了更高的要求。电压、电流上升速率过慢将使第一个周波的波形产生较大的失真,因而不能准确控制合闸角,严重时甚至直接影响到以突变量为判据的保护以及快速保护的调试。2.3电源电压自动跟踪技术
对于所带负载较大或需要较大的试验电流(如故障再现)的继电保护装置的调试,为了使测试装置输出的电流不失真,要求功放级的直流电源电压必须足够大,以保证测试装置一定的带载能力。但如果电流功放级的直流电源电压按最高要求设计,那么在小于10A的长期工作电流下,消耗在功放管上的压降将过大,功放管的散热及可靠性问题将变得十分突出。因此,有必要采用电源电压自动跟踪技术,当电流端口上的电压降低或升高时,电流功放的直流电源电压自动跟随降低或升高。这样,既保证了较大负载下输出电流不至于失真,又使较小负载下的管耗不至于过大。在测试装置中采用高效的开关电源技术将极大地降低电源回路的时间常数,提高电压和电流的响应速度。2.4计算机操作系统及程序语言的选择
Windows以其丰富一致的图形用户界面、强大的系统资源、简单灵活的操作方式已广泛被用户所使用,因此,采用Windows操作系统,用户可以充分利用Windows的系统资源。目前大部分国产继电保护测试装置是采用中断来实现的定时输出方式,而Windows则是非抢先式多任务系统,不具备实时性。仅仅领先系统资源并严格遵守既定的Windows规范及消息驱动机制是无法进行实时系统开发的。只有依靠测试装置本身的高速微处理器或多CPU并行处理进行数据运算和实时控制,才能取消PC机的中断工作机制。这样计算机的控制和数据采集就可用Windows操作系统,使测试装置的应用软件上升到Windows的使用平台上。2.5软件设计思想
测试装置的测试软件,应为用户提供以下三种测试模式:
(1)标准测试模式。用在某种未知特性的保护装置测试中,按常规保护的典型持性对其进行测试。
(2)专用测试模式。是专门用于由保护生产厂家提供的经运行单位确认的专用测试模块。如WXB一11或LFP一901等保护产品的专用测试模块。试验人员只需输入一些必要的试验条件和保护整定值,即可自动对保护进行全面检测。
(3)自定义(可编程)测试模式。用于一些不常用的或是有特殊需要而自行编程组合的测试方式。这种测试模块中包含为试验人员提供绘制特性曲线的工具。
另外,还应汇集有较为典型的保护装置的测试模板,对其试验参数和试验条件不需修改或只要做很小的修改即可对保护装置进行测试。这样,可大大提高测试人员的工作效率,同时减少试验参数和试验条件设置时人为因素造成的误差。2.6试验报告的规范化管理
为了适应不同单位管理方面的要求、测试数据应能调入WORD、EXCEL和FORPR0等文字处理、电子表格和数据库等常用软件,对测试数据进行再处理。在试验报告的数据库中应汇集有发、供电部门提供的标准的试验报告格式,当用户选择了其中的一种格式,测试完成后,试验数据自动存入数据库,并自动生成所选定记录格式的试验报告。
2.7建立特殊仿真数据的数据库
保护的测试或故障分析过程中,有时需要考虑一些复杂因素对保护的影响,如直流分量、CT饱和、弧光电阻、次同步谐波以及复杂短路故障等因素的模拟。这些物理过程在试验过程中很难模拟,但如果将数字式故障示波器所记录的典型故障波形或是通过EMPT暂态计算程序获得的计算数据,或者是将试验过程记录下的各种试验项目及其波形编辑成仿真和保护试验专用的数据库。根据需要,在现场实验时随时提取到需要的仿真数掘进行各类性质的仿真和故障再现。2.8采用复杂的故障的数学模型
继电保护测试 篇3
关键词:数字化变电站;继电保护;测试技术;分析
中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)14-0108-01
伴随着IEC-61850标准的应用与推广,电气智能化设备的逐步发展,尤其是电子互感设备、智能短路器等设备的使用,变电站的自动化技术步入了数字化时期。在IEC-61850标准中规定的数字化保护设备同以往的继电保护设备在结构方面存在较大的差别,以往的检测方法已无法满足当前需求,数字化变电站的保护检测方法、检测内容都发生了较大的变动。文章就数字化变电站继电保护测试技术的相关内容进行论述。
1 当前数字化变电站的检测技术发展情况
数字化的变电站是由智能一次设备、电子互感设备及网络二次设备共同分层构成的,基于IEC-61850标准的层面,完成了变电站内部智能设备的互相操作及资源共享,可以符合现今变电站平稳、安全、可靠运行等方面的需求。对于电力系统来讲,继电保护设备是其关键构成部分之一,对整体电力体系的日常运转都产生影响,继电保护的检测能力直接关联着继电保护设备工作的质量及能力,良好、准确的利用继电保护检测技术可以增强继电保护的水平,进而为人们提供平稳、安全的电能。
针对现今我国应用的数字化继电保护检测技术来讲,大多是以保护检测设备为主,依旧停滞在对单一设备开环检测的层面上,其可以实行的也只局限在检测单套保护设备的功能方面,在检测整体电力体系和闭合的检测系统方面存在较大的技术漏洞,同时在检测继电保护设备时也具有一定困难。从上述问题中发现,此种检测技术所获取的数据也无法对电力体系的实际状况进行反应,仅可以在检测二次设备的硬件或者软件方面进行应用。基于IEC-61850标准进行的继电保护检测,应用通信与保护分类的方法,其缺点在于检测操作复杂、工作效率较低、人工作业强度较大等。
数字化的继电保护同以往的继电保护之间存在较大的区别,主要体现为以下几方面内容:其一,硬件的结构。以往的继电保护硬件结构包含开关量的输出与输入接口、模拟量的输入单元接口、处理数据单元等,而处理的信号也一般来自EVI或ETC的信息,同以往的保护不同,数字化的继电保护硬件结构主要包含中央处理、光接口、开入及开出等。其二,传递数据的方法。以往的继电保护是利用电缆作为传递信号的途径,从保护设备进行处理信号,把结果经过网络传递到后台的监控体系中,但是,基于IEC-61850标准的数字化变电保护,是通过光电互感的方法,将收集到的数据利用内部转换的形式经过光线传递到合并单元中,然而再由合并单元把传递来的信号进行贴标签,传递到过程总线中,从而获取相关数据资料。基于这种形势下,数字化保护装置之间传递信号实现了网络化,摒弃了原来连接电缆进行检测的方法,重新开发新的检测系统,保证检测结果可以对电力体系的实际情况进行反应。
2 数字化变电站继电保护体系的相关标准
创建数字化变电站的继电保护检测技术体系需要确保其可以满足一定的技术标准,具体包含以下内容。
①确保检测体系的适用性。针对当前合并单元应用信息所支持的标准为IEC-60044及IEC-61850,前者为串口,传递报文的格式为FT3,点对点进行传递,速率为0.3125 BMyte;后者应用以太网作为借口,可以进行网络传递,速率为1.25 BMyte,连接口的特征和传递速率是根据标准的不同而变化的,IEC-61850标准可以实现资源共享,为数字变电站的进一步发展夯实基础。
②确保检测体系的实时性。检测体系使一项具有仿真电磁计算、数据收集大包及发送、解析报文等功能的体系。所以,应对通讯接口的处理时间进行科学化的控制及计算,从而确保设备动作时间的作用与继电保护的标准相吻合。利用减少接口位置处理实现,增强保护信息的传递速率来确保检测体系的实时性。
③确保检测体系的同步性。检测体系中的数字保护装置及单体数字光转换设备在进行资源传输时应确保符合同步性的标准,确保判断保护动作的电流、电压等数据是在同一点收集的,防止出现因为收集位置不同,数字幅度变化较大而出现误差,导致继电保护设备误动情况的出现。
④确保检测体系的规模性。想要确保数字化变电站中二次系统整体检测的准确性,应确保多项数字保护设备共同连接,信息传递途径通畅、富足,同时应用环闭检测的方法对系统的整体性进行检测。
3 创建数字化变电站继电保护检测体系的方法
创建数字化的变电站中继电保护设备检测体系,应以创建硬件平台为基础,对系统内部的检测结构进行完善,同时关注系统功能性的检测,确保创建的检测体系可以高效的符合数字化保护的标准。
建设检测硬件平台体系需要以电力体系中的方针全数字设备为核心,同时应用光数据转变结构对电压的信号进行转换,确保传递的弱电压变成IEC-61850标准中的报文,同时通过光纤的形式传递到待检继电保护装置中。PWF-2T能够接纳数字化继电保护设备传递的动作信号,并将其分解成模拟开关的信号,反馈到ADPSS中,形成閉环检测数字化继电保护的体系。此种仿真设备是基于性能较高的服务器机群层面上,全面应用机群高速及节点多的特点,利用网络计算机并行方法对相关数据进行分解,同时实时控制仿真的过程。创建完整的二次网络体系,可以完成二次装置的互相连接,同时确保其可以在不同的工作环境中都进行检测,确保测试的数据结构精准、客观、真实、完整,进而良好的预防误动情况的出现。另外,在完成上述操作的同时,还可以加设一般的收集合并单元或者操作智能设备等,从而确保检测数据可以对数字化变电站的真实工作状态进行反应。
4 结 语
总而言之,数字化的变电站继电保护检测方法可以确保继电保护设备的稳定工作、安全运行。伴随着电气自动化水平的不断提高,继电保护检测方法也需要发展。为了进一步符合变电站保护设备工作要求,应对当前的检测方法进行转变及完善。利用多种方法增强继电保护检测技术的能力,确保人们用电稳定、安全。因此,对数字化变电站继电保护检测技术进行分析是十分重要的事情,值得相关工作人员深入思考。
参考文献:
[1] 李先妹,黄家栋,唐宝锋.数字化变电站继电保护测试技术的分析研究[J].电力系统保护与控制,2012,(3).
[2] 韩永进,李铁成,胡鹏,等.IEC61850配置文件工程化测试探讨[J].电力系统保护与控制,2011,(16).
光数字继电保护测试仪 篇4
1 工作原理
光数字继电保护测试仪采用ARM9+FPGA双核设计。FPGA具有并行处理、实时性好的优势, 直接控制底层硬件模块。ARM9运行Linux系统实现人机交互, 采用5.7寸多点触控液晶屏, 并且支持键盘、USB等外设。FPGA和ARM9之间采用并行总线交互信息。
光模块分为光网口和光串口2部分。光网口通过FPGA控制外部PHY芯片, 再经光电转换模块与外部光纤接口。网卡MAC功能使用FPGA实现, 比采用外部常规的MAC芯片, 可以获得更好地发送均匀性。光串口通过FPGA控制外部AVAGO光模块实现。
开关量输出通过FPGA控制外部继电器实现, 为空节点类型开出。开入量通过高压三极管检测, 可支持空节点输入和带电位节点输入。
2 操作步骤
(1) 装置接线。将光数字继电保护测试仪使用尾纤与被测设备的SV、GOOSE“TX”及“RX”端口相连, 从被测设备GOOSE“TX”端口接收装置跳/合闸等动作信号, 可以直接判断保护装置的出口动作行为。仪器SV“TX”端口将所需模拟的采样数据输出至保护装置SV“RX”端口, 利用仪器内自带的“电压电流”“状态序列”等模块模拟故障量进行装置调试。仪器GOOSE“TX”端口将所需模拟的开关量数据输出至保护装置GOOSE“RX”端口, 能模拟一次设备状态、告警信息及检修状态等, 用于检查保护装置逻辑功能。
(2) 配置下装。将全站SCD配置文件通过移动存储卡导入光数字继电保护测试仪, 在“SCD装载”菜单下进行配置文件装载并选定被测设备相应的GOOSE、SV发布/订阅数据集进行交流量、开关量关联。
(3) 同步对时。将测试仪同被测设备对时的对时方式有2种, 一种是用测试仪光串口“SYN”接收被测装置发送的时钟报文;另一种是将测试仪与被测装置同时接至外接时钟。无论使用哪种方法, 都可以将测试仪同被测装置保持在同步的状态下。
(4) 报文分析。通过“报文分析”模块自动探测被测设备发出的SV/GOOSE报文, 并进行专项分析, 得到所需内容。
(5) 模拟加量。通过“电流电压”“状态序列”“GOOSE发布”等模块对被测装置进行调试。
(6) 自动评估。测试过程中自动记录保护装置的动作行为、动作时间和动作值, 生成测试结果报表。
3 检验
继电保护复习总结 篇5
1.对继电保护的基本要求:可靠性、选择性、速动性、灵敏性。
可靠性包括安全性和信赖性,是对继电保护性能的最根本的要求。所谓安全性,是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作,即不发生误动作。所谓信赖性,是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作,即不发生拒绝动作。
选择性是指保护装置动作时,在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开,最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。
速动性是指尽可能快地切除故障,以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间,降低设备的损坏程度,提高电力系统并列运行的稳定性。
灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
第二章
2.过电流继电器的动作电流、返回电流、返回系数:
动作电流:能使继电器动作的最小电流称为动作电流Iop。
返回电流:能使继电器返回原位的最大电流称为继电器的返回电流Ire。
返回系数:返回系数是返回电流与动作电流的比值,即
KreIre Iop
3.系统最大运行方式和最小运行方式:
最大运行方式:对继电保护而言,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大,称为系统最大运行方式,对应的系统等值阻抗最小,Zs=
Zs.min;
最小运行方式:对继电保护而言,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小,称为系统最小运行方式,对应的系统等值阻抗最小, Zs=
Zs.max。
4.电流速断、限时电流速断和定时限过电流保护的整定计算(包括动作电流、动作时限、灵敏度校验):
5.三段式电流保护如何保证选择性:
电流速断(Ⅰ断):依靠整定值保证选择性;
限时电流速断(Ⅱ断):依靠动作时限和动作值共同保证选择性;
定时限过电流保护(Ⅲ断):依靠动作电流、动作时限、灵敏系数三者相配合保证选择性。
6.相间电流保护的接线方式和各种接线方式的应用场合:
相间电流保护的接线方式:分为三相星形接线、两相星形接线。三相星形接线广泛用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中;两相星形接线应用在中性点直接接地系统和非直接接地系统中。
7.相间短路功率方向元件的接线方式、90°接线及评价:
相间短路功率方向元件的接线方式:
90°接线方式是指在三相对称且功率因数cosϕ = 1的情况下,加入继电器的电流Ir超前电压Ur 90°的接线方式。
对90°接线方式的评价:第一,对各种两相短路都没有死区,因为继电器加入的是非故障的相间电压,其值很高;第二,选择继电器的内角α=90°-φk后,对线路上发生的各种故障,都能保证动作的方向性。
8.中性点直接接地系统发生单相接地故障时的故障特征(没有死区):
(2)零序电压:零序电源在故障点,故障点的零序电压最高,系统中距离故障点
越远处的零序电压越低,取决于测量点到大地间阻抗的大小。
(2)零序电流:由于零序电流是由零序电压产生的,由故障点经线路流向大地。
(3)零序功率:对于发生故障的线路,两端零序功率方向与正序功率方向相反。
9.对零序电流保护的评价,零序功率元件有无电压死区:
对零序电流保护的评价:
优点:(1)零序过电流保护的灵敏度高;(2)受系统运行方式的影响要小;(3)
不受系统振荡和过负荷的影响;(4)方向性零序电流保护没有电压死区;(5)
简单、可靠。
缺点:(1)对短线路或运行方式变化很大时,保护往往不能满足要求;(2)单相重合闸的过程中可能误动;(3)当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网
时,将使保护的整定配合复杂化,且将增大第III段保护的动作时间。
零序功率元件没有电压死区。
10.中性点不接地系统发生单相接地故障时的故障特征:
(1)发生接地后,全系统出现零序电压和零序电流。非故障相电压升高至原来的倍,电源中性点对地电压与故障相电势的相量大小相等方向相反;
(2)非故障线的零序电流为该线非故障相对地电容电流之和,方向为由母线指向线路
且超前零序电压90°;
(3)故障点的电流为全系统非故障相对地电容电流之和,其相位超前零序电压90°;
(4)故障线的零序电流等于除故障线外的全系统中其他元件非故障相的电容电流之和,其值远大于非故障线的零序电流,且方向与非故障线电流的方向相反,由线路指向母线,且滞后零序电压90°;
(5)故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。
11.中性点经消弧线圈接地时的补偿方式:完全补偿、欠补偿、过补偿。
第三章
12.相间距离和接地距离的接线方式:
为保护接地短路,取接地短路的故障环路为相-地故障环路,测量电压为保护安装处故障相对地电压,测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流,由它们算出的测量阻抗能够准确反应单相接地故障、两相接地故障和三相接地短路情况下的故障距离,称为接地距离保护接线方式。
对于相间短路,故障环路为相-相故障环路,取测量电压为保护安装处两故障相的电压差,测量电流为两故障相的电流差,由它们算出的测量阻抗能够准确反映两项短路、三相短路和两相短路接地情况下的故障距离,称为相间距离保护接线方式。
13.测量阻抗、动作阻抗、整定阻抗:
测量阻抗Zm:护安装处测量电压Um与测量电流Im之间的比值,系统不同的运行状态下,测量阻抗是不同的,可能落在阻抗平面的任意位置。在短路故障情况下,由故障环的测量电压、电流算出的测量阻抗能够正确地反应故障点到保护安装处的距离。
动作阻抗:使阻抗元件处于临界动作状态对应的测量阻抗,从原点到边界圆上的矢量连线称为动作阻抗,通常用Zop来表示。
整定阻抗:和整定长度Lset相对应的阻抗Zset
Zset = Z1 · Lset
其中z1为单位长度线路的复阻抗
14.正常运行及短路故障时测量阻抗的特征:
正常运行时,保护安装处的测量电压近似为额定电压,测量电流为负荷电流,测量阻抗为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大,其阻抗角为数值较小的功率因数角,阻抗性质以电阻性为主;当短路时,测量电压降低,测量电流增大,测量阻抗变为短路点与保护安装处之间的线路阻抗,阻抗角等于输电线路的阻抗角,数值较大,阻抗性质以电感性质为主。
15.距离保护的整定计算:
16.分支电路对测量阻抗的影响(助增和外汲):
助增电流,使测量阻抗增大,保护范围缩短。
外汲电流,使测量阻抗减小,保护范围增大,可能造成无选择性动作。
17.电力系统振荡:并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现
象,称为电力系统振荡。
18.振荡时测量阻抗的变化规律:
在系统两端电动势相等的情况下,测量电阻按下式规律变化:
1111ZmZZMjZctgMZjZctg 222222
测量阻抗分成了两部分:第一部分1ZZM为保护安装处到振荡中心的线路阻抗,2
只与保护安装处到振荡中心的相对位置有关,与功角无关;第二部分垂直于ZM,并随功角的变化而变化
当δ由0°变化到360°时,测量阻抗终点的轨迹是Z∑的垂直平分线。
19.振荡与短路的区别:
(1)振荡时,三相完全对称,没有负序分量和零序分量出现;而短路时,总要长时或瞬
时出现负序或零序分量;
(2)振荡时,电气量呈周期性变化,其变化速度与系统功角的变化速度一致,比较慢;
从短路前到短路后其值突然变化,速度很快,而短路后短路电流、各点残压和测量阻抗不计及衰减时是不变的;
(3)振荡时,电气量呈现周期变化,若阻抗测量元件误动作,则在一个振荡周期动作和
返回各一次;而短路时阻抗元件可能动作,可能不动作。20.实现振荡闭锁的方法:
(1)利用系统短路时的负序、零序分量或电流突然变化,短时开放保护,实现振荡闭锁。
(2)利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁。
(3)利用动作的延时实现振荡闭锁。
21.整定值相同的不同特性的阻抗元件躲负荷能力、躲过渡电阻能力及躲振荡能力的比较:
在整定值相同的情况下,橄榄型、方向圆特性、全阻抗圆特性的阻抗元件躲过负荷能力依次从大到小;躲过渡电阻的能力依次从小到大;躲振荡能力依次从大到小。
22.单侧电源线路过渡电阻对距离保护的影响:
过渡电阻的存在总是使继电器的测量阻抗值增大,阻抗角变小,保护范围缩短。保护装置距短路点越近时,受过渡电阻影响越大;同时,保护装置的整定阻抗越小,受过渡电阻的影响越大。
第四章
23.载波通道的工作方式:正常无高频、正常有高频、移频方式。
24.载波信号的种类:闭锁信号、允许信号、跳闸信号。
25.闭锁式方向纵联保护、纵联电流差动保护、纵联电流相位差动保护的基本工作原理:
闭锁式方向纵联保护:
闭锁信号
当区外故障时,被保护线路近短路点一侧为功率方向为负,2和5发出闭锁信号,两侧收信机收到闭锁信号后将各自保护闭锁。
当区内故障时,线路两端的短路功率方向均为正,发信机均不向线路发送闭锁信号,保护的起动元件不被闭锁,瞬时跳开两侧断路器。
纵联电流差动保护:
纵联电流差动保护原理是建立在基尔霍夫定律基础之上的。
线路正常运行和外部故障(k2)时:IMIN0
线路内部故障(k1)时:IMINIK
流入差动继电器的电流:IrImIn
线路正常运行和外部故障(k2)时:IMIN0Ir0
IMINIK线路内部故障(k1)时:IrIk
纵联电流相位差动保护:比较被保护线路两侧电流的相位,即利用高频信号将电流的相位传送到对侧去进行比较来确定跳闸与否。区内故障:两侧电流同相位,发出跳闸脉冲;区外故障:两侧电流相位相差180°,保护不动作。
第五章
26.双侧电源线路自动重合闸和单侧线路自动重闸的不同:
(1)当线路上故障跳闸后,存在着重合闸时两侧的电源是否同步,以及是否允许非同
步合闸的问题;
(2)当线路上发生故障时,两侧的保护可能以不同的时限跳闸(如一侧以第Ⅰ段时限
动作,另一侧以第Ⅱ段时限动作),为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复,以使重合闸有可能成功,线路上两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸后再进行重合,其重合闸的时间与单侧电源的有所不同。
27.具有同步检定和无压检定的重合闸:
具有同步检定和无压检定的重合闸在使用无压检定的一侧要同时投入同步检定,在使用同步检定的一侧绝对不能投入无压检定。除在线路两侧均装设重合闸装置以外;在线路一端还装设有检定线路无电压的继电器KU1,当线路无电压时允许重合闸重合;而在另一侧则装设检定同步的继电器KU2,检测母线电压与线路电压间满足同期条件时允许重合闸重合。这样当线路有电压或是不同步时,重合闸就不能重合。
28.重合闸与继电保护的配合:
(1)重合闸前加速保护:当任何一条线路上发生故障时,第一次都由保护3瞬时为
选择性动作予以切除,重合闸以后保护第二次动作切除故障是有选择性的。
(2)重合闸后加速保护:当线路第一次故障时,保护有选择性动作,然后进行重合。
如果重合于永久性故障,而与第一次动作是否带有时限无关。
29.重合闸时限的整定:
单侧电源三相重合闸的最小时间整定原则:
(1)在断路器跳闸后,负荷电动机向故障点反馈电流的时间;故障点电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间;
(2)在断路器动作跳闸息弧后,其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油、气需要的时间;同时其操作机构原状准备好再次动作需要的时间;
(3)如果重合闸是利用继电保护跳闸出口启动,其动作时限还应该加上断路器的跳闸时间
双侧电源线路的重合闸最小时间除满足以上原则外,还应考虑线路两侧继电保护以不同时限切除故障的可能性。
30.三相重合闸、单相重合闸及综合重合闸:
三相重合闸:任何类型故障均跳三相,重合三相,重合于永久性故障跳三相。
单相重合闸:单相故障跳单相,重合单相,重合于永久性故障跳三相;相间故障,三相
跳开不重合。
综合重合闸:单相故障跳单相,重合单相,重合于永久性故障跳三相;相间故障跳三相,重合三相,重合于永久性故障跳三相。
第六章
31.变压器的主保护:
变压器的主保护是纵差动保护和瓦斯保护。电流纵差保护不但能够正确区分区内外故障,而且不需要与其它元件的配合,可以无延时地切除区内各种故障,具有独特的优点,因而被广泛地用作变压器的主保护。后备保护是过电流保护和阻抗保护。
32.纵差动保护中不平衡电流产生的原因及消除方法:
原因:
(1)计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流;
(2)由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流;
(3)电流互感器传变误差产生的不平衡电流;
(4)变压器励磁电流产生的不平衡电流;
消除方法:
(1)计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿;
(2)应尽可能使用型号、性能完全相同的D级电流互感器,使得两侧电流互感器的磁化曲线相同,以减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流。
(3)在差动回路中接入具有速饱和特性的中间变流器来减少电流互感器的暂态不平
衡电流。
33.励磁涌流的特征及鉴别方法:
励磁涌流:当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时,电压上升的暂态过程中,变压器可能严重饱和,出现很大的暂态励磁电流,称励磁涌流,其值可达变压器额定电流的4~8倍。可能造成保护误动作。
特征:
(1)由于三相电压之间有120的相位差,因而三相励磁涌流不会相同,任何情况下
空载投入变压器,至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流;
(2)某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧,变成了对称性涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性涌流仍含有大量的非周期分量,但对称性涌流中无非周期分量;
(3)励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小,但至少有一相比较大。
(4)励磁涌流的波形仍然是间断的,但间断角显著减小,其中又以对称性涌流的间
断角最小。但对称性涌流有另外一个特点:励磁涌流的正向最大值与反向最大
值之间的相位相差120。这个相位差称为“波宽”,显然稳态故障电流的波宽
为180。
鉴别方法:分为频域特征鉴别和时域特征鉴别两类。采用速饱和中间变流器的方法和
二次谐波制动的方法属于频域特征鉴别,而间断角鉴别的方法则属于时域
特征鉴别。
声明:
(1)纯属个人意见,仅供参考;
电力系统继电保护 篇6
关键词:电力系统10kv供电系统继电保护
1继电保护的基本概念
可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内,在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理,系统可靠性的定量评定,运行维护,可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置,其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时,它不应该拒动作,而在任何其它该保护不应动作的情况下,它不应误动作。
继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同,拒动和误动所造成的危害往往不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量,输电线路很多,各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作,使发电机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小;但如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作,将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏,损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下,继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时,将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏,损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时,其后备保护仍可以动作而切除故障,因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。
2保护装置评价指标
2.1继电保护装置属于可修复元件,在分析其可靠性时,应该先正确划分其状态,常见的状态有:①正常运行状态。这是保护装置的正常状态。②检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行,应定期对其进行检修,检修时保护装置退出运行。③正常动作状态。这是指被保护元件发生故障时,保护装置正确动作于跳闸的状态。④误动作状态。是指保护装置不应动作时,它错误动作的状态。例如,由于整定错误,发生区外故障时,保护装置错误动作于跳闸。⑤拒动作状态。是指保护装置应该动作时,它拒绝动作的状态。例如,由于整定错误或内部机械故障而导致保护装置拒动。⑥故障维修状态。保护装置发生故障后对其进行维修时所处的状态。
2.2目前常用的评价统计指标有
2.2.1正确动作率即一定期限内(例如一年)被統计的继电保护装置的正确动作次数与总动作次数之比。用公式表示为:
正确动作率=(正确动作次数,总动作次数)×100
用正确动作率可以观测该继电保护系统每年的变化趋势,也可以反映不同的继电保护系统(如220kv与500kv)之间的对比情况,从中找出薄弱环节。
2.2.2可靠度r(t)是指元件在起始时刻正常的条件下,在时间区间(0,t)不发生故障的概率。对于继电保护装置,注意力主要集中在从起始时刻到首次故障的时间。
2.2.3可用率a(t)是指元件在起始时刻正常工作的条件下,时刻t正常工作的概率。可靠度与可用率的不同在于,可靠度中的定义要求元件在时间区间(0,t)连续的处于正常状态,而可用率则无此要求。
2.2.4故障率是指元件从起始时刻直到时刻t完好条件下,在时刻t以后单位时间里发生故障的概率。
2.2.5平均无故障工作时间建设从修复到首次故障之间的时间间隔为无故障工作时间,则其数学期望值为平均无故障工作时间。
2.2.6修复率m(t)是指元件自起始时刻直到时刻t故障的条件下,自时刻t以后每单位时间里修复的概率
2.2.7平均修复时间mttr平均修复时间是修复时间的数学期望值。
310kv供电系统继电保护
10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行,不但直接关系到企业用电的畅通,而且涉及到电力系统能否正常的运行。
3.1 10KV供电系统的几种运行状况
3.1.1供电系统的正常运行这种状况系指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作;各种信号、指示和仪表均工作在允许范围内的运行状况;
3.1.2供电系统的故障这种状况系指某些设备或线路出现了危及其本身或系统的安全运行,并有可能使事态进一步扩大的运行状况:
3.1.3供电系统的异常运行这种状况系指系统的正常运行遭到了破坏,但尚未构成故障时的运行状况。
3.2 10KV供电系统继电保护装置的任务
3.2.1在供电系统中运行正常时,它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况,为值班人员提供可靠的运行依据:
3.2.2如供电系统中发生故障时,它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分,保证非故障部分继续运行:
3.2.3当供电系统中出现异常运行工作状况时,它应能及时地、准确地发出信号或警报,通知值班人员尽快做出处理。
3.3几种常用电流保护的分析
3.3.1反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关,短路电流越大,动作时间越短;短路电流越小,动作时间越长,这种保护就叫做反时限过电流保护。反时限过电流保护虽外部接线简单,但内部结构十分复杂,调试比较困难;在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。
3.3.2定时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小无关,时间是恒定的,时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的,这种保护方式就称为定时限过电流保护。
继电器的构成。定时限过电流保护是由电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作,须设置直流屏。
定时限过电流保护的基本原理。在10kV中性点不接地系统中,广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间,而与被保护回路的短路电流大小无关,所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。
动作电流的整定计算。过流保护装置中的电流继电器动作电流的整定原则,是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动,而在最大负荷电流出现时不应动作。
4总结
继电保护装置智能测试系统设计 篇7
继电保护系统在保护电力系统安全、稳定运行方面起着至关重要的作用。随着电网的发展和管理要求的提高,实现继电保护运行与管理的信息化、规范化、科学化变得日益迫切。而且大量输变电设备的投入运行,继电保护装置的种类和数量也急剧增加,使得继电保护专业人员的工作量大增,其工作繁重而复杂。近年来,微机型继电保护测试仪虽已得到广泛使用,但在现场实际测试过程中,需要工作人员不断地换接端子,通过人工识别并分析测试数据整理成存档报告,工作效率低,而且存在人工操作失误的隐患。为此,我们研制了这种继电保护装置的现场智能测试系统。
1 系统硬件结构
1.1 总体结构
系统硬件采用PC机+PLC的架构,再加上一台目前广泛使用的微机型继电保护测试仪,就可以提供一个智能接线、智能检测的测试环境,系统硬件结构如图1所示。
PC机选用通用型计算机即可,它是整个控制系统的核心,是上位机。主要利用良好的图形用户界面,一方面接受专业素养较高的技术人员进行测试模板、测试参数、接线方法的设定,另一方面,在测试现场调用已设定好的测试信息,按照设定的测试模板,发送测试命令、测试参数给测试仪,并控制PLC对继电保护装置实现智能接线。测试结束后,接受从测试仪传递的测试结果,并将测试结果保存成一定格式,供智能检测系统生成检验报告。
PLC选用MITSUBISHI的FX2N系列PLC,该型PLC可通过功能扩展板利用RS232C/422//485等通信方式与外部设备进行通信。
测试仪采用江西华东电气有限公司的HD-30E系列微机型继电保护测试仪,由其技术人员进行了针对本系统的测试仪内部相应软件设计。
1.2 系统的自动接线功能
系统的自动接线功能,是在不改变继电保护任务管理模式和继电保护测试人员现场测试习惯的情况下,将以前很多由现场测试人员做的事情,改为由PC机控制PLC去做,对单一保护装置的测试能努力做到“一次接线、一键完成”。
所谓“自动接线”,就是用机器替代人工来接线,当然第一次接线还是需要人工完成,之后在不同项目进行测试而需要翻线时,就不需要人工干预了,PC机可以控制PLC自动翻线。
其过程为:完成第一次接线,包括PLC与测试仪的电流电压及接点线连接;PLC与保护装置进行电流电压及接点线连接;由PLC端口的置位或者复位,控制更换测试项目时的翻线,PLC端口的状态,则由本系统管理软件中所设定的接线模式,由PC机通过串行口控制PLC实现。从而在测试中实现了自动接线功能,极大地避免了人为失误。
整个系统安全可靠,接线全部按照预定设置,避免人为误操作。其中,PC机与测试仪、PC机与PLC均通过串口进行通信。
2 系统的软件设计
整个智能检验系统中,运行于PC机上的软件是系统的核心。
面对继电保护装置的种类和数量的急剧增加,现场检验工作很大程度上离不开有工作经验和素养的人员在现场操作,大大降低了检验效率。为了提高检验效率,降低对现场检验人员的技术要求,本系统的软件设计分为管理软件和测试软件,两个模块均采用应用程序+数据库的结构模式,各自独立运行,但共享数据(如图2所示)。经验丰富的专业技术人员可以在办公室针对不同保护,设置测试模版和测试参数,数据存入数据库;而现场测试人员在现场通过测试软件调用测试模板信息进行测试,测试结果通过测试软件存入数据库。现场测试人员不再需要进行复杂的接线和繁多的参数、模拟量设置,降低了对测试人员的要求,保证了现场检验按照规程进行。
2.1 管理软件设计
本系统的设计目标是全面满足各种类型的继电保护装置的现场测试,因此管理软件必须允许专业技术人员进行各种型号保护的测试模板、测试参数以及接线信息的设置,其设计的主要特点是其通用性。
测试模板与具体的某型号的继电保护装置相对应,一套保护装置的具体测试要求即对应一个测试模板。在设计中,使用Visual Basic中的Tree View控件,该控件的三种层次节点分别对应测试类型、测试元件和测试单元,共同构成一个测试模板,如图3所示,“SEL351”对应测试类型,“电流元件”、“电压元件”对应测试元件,其余对应测试单元。使用时,专业技术人员可以新建一个测试模板;也可以打开某一个已经建立的测试模版进行查看或修改;可以随时增删测试元件、测试单元的个数;也可以随机修改测试类型、测试元件和测试单元的名称,从测试项目方面确保系统的通用性。
在测试模板设计的基础上,进而可以设定整个测试的具体参数信息。选择Tree View控件中不同层次的节点,对应不同层次的参数设置:测试类型对应压板名称设置,测试元件对应整定参数设定,测试单元则对应PLC的具体接线、测试所需模拟量的计算公式、对返回数据进行故障判断的判据公式的设定。在不同层次中,均可以设定一些备注信息为现场测试人员提供说明。需要指出的是,本设计由技术人员进行复杂的接线、繁多的整定参数和模拟量设置,并通过一些说明和备注为现场检验人员提供测试说明和注意事项,大大简化了现场测试人员的工作。
2.2 测试软件设计
测试软件的测试过程涵盖了某一套保护装置测试的全过程,功能包括手动测试、自动测试和整组联动测试,使测试人员方便、快速、正确地得到所需要的保护装置的定值及特性数据。以自动测试为例,测试过程如下:
(1)在测试某一保护类型时,将在管理软件中已做好的该保护类型测试初始模板调用,然后按提示进行自检与接线(包括测试仪的自检与接线的识别等);
(2)测试前进行保护装置常规参数输入及特性检查;
(3)开始自动测试(主要是对保护定值进行校验);
(4)测试结束,检查测试数据,如有问题,可对专项进行测试。检查无误后,将测试数据存入电子报告内。最后,提醒测试人员打印定值报告并与整定书核对。
整个自动测试过程,无需测试人员始终守在现场,只需在测试结束后观察测试结果即可。
在测试软件中,串行通信是设计重点,无论是PC机发送管理软件中设定的整定参数、模拟量给测试仪,还是PC机发送接线信息至PLC,以及在测试结束后,PC机接收测试仪传送的测试结果,都是通过串口通信实现的。本系统利用VB提供的MSCOMM控件实现串口通信。通信过程及协议如下:
(1)测试软件在运行时首先进行通信测试,PC机向测试仪和PLC发送02H+LEN+30H(cmd)+XOR+03H;测试仪和PLC接收到握手通信信号正常返回02H+LEN+70H(cmd)+XOR+03H。其中,此处和以下内容中出现的LEN为cmd+{数据}+XOR总的长度;XOR为LEN、cmd、{数据}的异或值,用于检查传送数据的正确性。在运行中通过定时器,PC机不断向测试仪和PLC发送握手信号,检查串口通信是否正常,同时实时显示通信状态。
(2)当开始测试时,PC机首先发送接线信息至PLC:02H+LEN+80H(cmd)+接线信息+XOR+03H。
(3)机器人接线完毕,开始测试,PC机开始发送测试项编号、整定参数等信息给测试仪:02H+LEN+0x55H(cmd)+测试项编号+整定参数+XOR+03H;测试仪器接收到后返回02H+LEN+0x50H(cmd)+XOR+03H。
(4)当结束测试,测试仪向PC机传送返回数据,发送:02H+LEN+0x0AAH(cmd)+测试项编号+返回类型+{测试数据}+XOR+03H。
返回类型:00——正常数据;01——故障;02——异常;其中,当返回类型为01时,表示测试仪有故障,无测试数据项;当返回类型为02时,测试数据返回为一个字节,由Ia Ib Ic Ua Ub Uc Ux G组成,8bit分别表示Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、Ux、过热故障原因;当返回类型为00时,返回的第一个数据为-1表示为未动作,当重合闸时,第二个-1表示未合闸,第三个-1表示未再动,其余为正常返回测试数据。
2.3 数据共享
如上所述,本系统软件采用管理软件和测试软件两个模块的结构,因此在设计中必须考虑如下两个问题:
(1)如何将专业技术人员在管理软件中设定的测试模板信息简单方便地提供给现场测试人员。
(2)如何直观有效地保存现场的测试结果,以便后续的分析汇总。
为此,本设计将后台数据库SQL Server与Excel进行相互转换,根据需要,可以把相关信息转换到普通工作人员都熟悉的Excel表格中进行保存,之后可以通过互联网或存储介质,方便地将所需数据共享,从而解决了上述问题。
2.4 系统通用性的保证
在测试模版的设计中,从测试项目方面确保了系统的通用性。在继电保护装置的测试过程中,整定值的设定是一个十分繁琐的过程,每个型号的保护装置都有其相应的整定要求。为了保证在此方面,系统也具有通用性,在本系统设计中,被测试装置的整定,是通过以下几个方面实现的。
(1)在管理软件中,由技术人员完成对整定元件的设定,包括整定元件的整定名、整定说明和单位,比如SEL351中,电流元件的一个整定元件,名称为50P1P,是定时限过流元件,单位为A。
(2)需要输送给测试仪的参数,有些直接在整定值中给出,有些则要通过计算得出,此时则由技术人员在管理软件中设定该整定的测试值公式。
(3)在实际测试时,现场人员只需在测试软件中,按照整定单给出各个整定元件的整定值即可。
据此,每套保护都对应一套在设定好的整定,测试时只需根据需要输入整定值,系统即可以按照公式计算后将整定值送往测试仪。
3 系统安全机制
本系统的设计充分考虑了系统的安全机制,从硬件方面,系统严格执行开机自检,确保一切正常后方可进行操作;在工作过程中,通过定时器监视串口通信的状态。软件方面,通过严格的用户权限管理、数据库自动备份机制以及数据库中数据的完整性管理机制充分保证了系统的数据库安全。
4 结束语
本系统是在对上海超高压的继电保护专业管理工作模式、流程进行全面分析的基础上进行开发的,系统已通过相关部门的鉴定。系统投入使用后,可以大大减轻工作人员的工作压力,提供继电保护检验的效率,也可为管理和决策分析提供真实、准确、实时的信息,基本达到了实用化的目标。
本文作者创新点在于:利用PC机控制PLC进行自动接线,将继电保护测试中技术要求高不容易掌握的整定参数、模拟量设置等方面通过管理软件由专业技术人员实现,测试结果通过测试软件直接读取、分析,改变了目前继电保护测试中,需要工作人员不断地换接端子,通过人工识别并分析测试数据整理成存档报告,工作效率低等问题。
摘要:系统从继电保护装置测试的需求和原理出发,采用PC机+PLC的架构,实现继电保护装置的现场智能测试。系统在硬件方面,采用PLC、PC机和测试仪通过串行通信端口进行协同工作,实现了自动接线;软件设计包括管理软件与测试软件的设计,通过共享数据库和完善的功能设计,保证了系统的通用性。本系统降低了对现场操作人员的技术要求,提高了继电保护测试工作的效率,保证了检验结果的可靠性。目前,该系统已经投入使用,实践表明,该系统可以全面测试各种类型的保护,可满足现场测试要求。
关键词:继电保护,智能测试,Visual Basic,数据库
参考文献
[1]朱忠亭,张沛超,汪可友.基于自动测试的继电保护测试软件研究[J].继电器,2004,32(17):31-34.ZHU Zhong-ting,ZHANG Pei-chao,WANG Ke-you.Research on Protective Relay Test Software Based on Automatic Test[J].Relay,2004,32(17):31-34.
[2]张志顺,王步云.一种基于VB6.0的智能型继电保护测试装置[J].电子技术,2002,(1):7-8.
智能继电保护装置的自动测试方法 篇8
1 传统继电保护测试的现状
目前继电保护测试通常是基于保护原理的单一功能测试,在装置层面的系统测试需要测试人员全程参与,而且测试项目有限[1,2]。以距离保护为例,其测试流程通常如下:(1)将测试仪相应的电压、电流输出端子接到保护的电压、电流输入端子上;保护装置的跳、合闸输出接点连接到测试仪的开关量输入端。(2)根据不同测试项目在保护装置上修改定值参数及压板。(3)选择测试应用软件中距离保护功能测试组件,设置试验参数:故障类型、故障阻抗、故障电流及故障时间和方向等,确认上述测试项目,联机测试。(4)评估当前项目结果是否正确,测试人员记录测试数据。然后进入下一个测试项目,再重复第(2)~(4)步的过程。
由此可见整个测试过程每个测试环节都需要人工参与,工作效率不高,而且对测试人员的水平有较高要求,在整理报告中的大量试验数据时也往往容易出现人为错误[3]。
2 智能继电保护的特点
智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,建立在IEC61850通信标准基础上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。智能变电站是应用IEC 61850进行建模和通信的变电站,体现在过程层设备数字化、整个站内信息网络化和开关设备智能化。智能继电保护相对传统继电保护装置,其模拟量输入采用采样值(SV)报文传输和开关量信号通过面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文传输,不再采用电缆接线的方式将跳闸信号、电压电流跟测试仪连接,因此传统的继电保护测试仪不能满足智能继电保护测试的需求。对于采用SV和GOOSE的继电保护装置来说,需要开发全新的测试系统,解读不是很直观的报文,将抽象的信息实例化。由于智能继电保护基于IEC 61850标准开发,采用统一的面向对象模型和自我描述,满足应用互操作和信息共享的要求,因此自动测试软件只要解析装置中智能电子设备的能力描述(ICD)文件就能适应于不同设备制造厂家生产的不同保护装置。
3 基于IEC 61850智能变电站继电保护自动测试
传统继电保护自动测试由通信控制程序和测试平台程序组成。通信控制程序与保护装置通信实现修改保护定值、投退功能压板、上传保护动作信息功能。测试平台程序除了实现自动测试项目,在完成测试后自动生成文本格式的报告,还提供与通信控制程序的通信接口和规约。通过通信控制程序和测试平台程序相配合,实现继电保护的自动测试。该自动测试系统的工作流程如图1所示,可分为以下5部分。
(1)自动测试控制中心平台连接保护装置和测试仪;(2)测试平台程序作为测试项目执行单元输出模拟量和开出量,按照测试方案配置测试项目;(3)由控制中心平台发起自动测试功能,通信控制程序实现保护装置的控制和接受信息反馈;(4)控制中心平台根据测试项目和装置反馈信息智能评估保护动作行为是否正确,并自动进入下一步的测试项目,直至完成保护装置全部测试项目;(5)控制中心平台完成保护装置测试后,自动生成测试报告。
传统测试方法的关键是测试模板的设计,测试模板主要包括2个部分:一是与保护装置相关的定值、压板等功能设置;二是与测试仪相关的输入输出配置。对于每一个继电保护功能都需要设计对应测试模板,再以距离保护为例,其需要测试其阻抗继电器测量精度及边界范围、时间继电器精度及阻抗定值、时间定值整定范围边界。因此需要在保护测试前建立测试模板库,并验证模板文件的正确性和完整性。模板库形成后,作为该装置的测试用例,但在后续软件版本的测试中,仍需要根据软件的变动情况做相应调整[4]。
4 智能变电站继电保护自动测试方法
智能变电站的继电保护装置应用SV和GOOSE报文传输,因此通信控制程序要实现解析ICD文件对SV、GOOSE信息实现自动配置,测试仪需既可以支持IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2帧格式发送SV、收发GOOSE信息,也能输出符合IEC 60044-7/8规范的FT3格式的SV,订阅/发布多个不同制造报文规范(MMS)和GOOSE控制块信息,实现对保护装置及智能操作箱的测试[5,6,7,8],如图2所示。
在对指定装置测试过程中,传统测试方法已基本实现了自动化测试,但仍需人工维护测试模板。该模板对指定的装置可以重复利用,但是不同软件版本或保护装置,由于保护功能和定值差异,测试模板需要重新编写或修改,当测试模板库较多时,测试模板维护工作量就很大。基于IEC 61850通信标准,各个厂家的保护装置具有信息共享,可实现互操。因此可以通过读取保护的ICD文件,根据文件中保护逻辑节点(LN)及LN对应的数据对象(DO)实现自动生成测试模板,能适用于不同功能的保护装置。该方法提高了自动测试的适应性,简化了模板文件的设计工作,提高了工作效率。
4.1 通信控制程序
通信控制程序与保护装置连接,根据自动测试控制中心命令对保护装置进行以下操作:(1)整定定值、投退压板;(2)上召保护装置动作事件、录波并保存;(3)读取保护装置的ICD文件。
其通过自动测试控制中心平台接受测试平台的反馈信息:(1)接收控制中心平台的信息是否成功,成功则继续进行自动测试,失败则提示通信失败,自动测试结束;(2)装置运行状态异常或告警,若返回装置告警,则立即停止测试,记录装置告警事件和日志等;(3)根据自动测试项目,记录保护装置的动作信息和录波数据。自动测试控制中心平台界面如图3所示。
4.2 保护测试模板的自动生成
利用通信控制程序解析ICD文件,根据ICD文件中不同的LN种类调用基础测试模块,再通过LN中DO,对定值、压板做详细的功能测试,例如解析LN距离(Distance,PDIS)就可以调用阻抗测试的模块,再根据“Phstr”相间距离Ⅰ段定值,结合“Rislod”负荷限制电阻定值、“Lin Ang”线路正序灵敏角等参数,“Phstr”中数据属性(DA)“set Mag”表示阻抗定值,“units”表示单位,“min Val”表示定值下限,“max Val”表示定值上限,“step Size”表示定值变化步长等[9],其他不再赘述,依此就可以生成详细的测试用例,自动实现相间距离Ⅰ段阻抗边界的测量精度和段动作时间的测试。
4.3 测试平台程序
自动测试控制中心通过通信接口及控制命令集与测试平台程序交互。测试平台程序解析测试模板,根据测试项目实现自动测试启停和切换,并记录测试数据。
测试平台程序接受测试仪的反馈信息,每次测试判断接收控制程序的信息成功与否,若测试项目结果出现非预期状况,测试仪立即上送异常信息告知测试平台该项测试失败,测试模板中全部项目完成后,告知测试平台。测试平台根据这些反馈信号实现测试,通过与自动测试控制中心通信,实现测试记录。
4.4 MMS和GOOSE报文解析
MMS报文解析包括命令过程分析、MMS到ACSI(抽象通信服务接口)映射分析、各种信息与应用数据的关联分析,报文异常告警,监测报文是否符合每种服务定义的报文格式,并按顺序记录报文。正在测试的保护装置中遥信数据集如图4所示。
GOOSE报文解析包括检查报文APDU(应用协议数据单元)和ASDU(应用服务数据单元)格式是否符合标准,通信过程分析(T0,T1,T2的时间间隔和对应的St Num与Sq Num变化关系),判断报文是否存在发布超时、帧不连续、丢帧或者错序等。正在测试的保护装置中GOOSE数据集如图5所示。
4.5 测试报告的生成
根据测试结果自动测试控制中心平台程序应用文本格式自动输出测试报告。同时文本格式报告有很好的可读性和兼容性,便于进一步整理分析和归纳总结。
5 结束语
基于IEC 61850标准的继电保护设备可以实现信息共享和具有互操作性,测试平台可以读取不同设备制造厂家的保护装置的ICD文件,验证ICD文件的标准化和合法性,解析文件中LN的DO实例中定值、控制字、压板等自动生成测试模板,根据研发和工程实际需要选取测试项目,实现继电保护装置自动测试。比较传统测试方法,能自适应不同保护装置,既保证完整测试,又更大程度减少手动测试工作。其不仅适用设计开发阶段,也能应用在装置生产和工程投运中,可提高开发制造产品的质量,缩短变电站调试工期。
参考文献
[1]赖擎,华建卫,吕云,等.通用继电保护自动测试系统软件的研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(3):90-94.
[2]陈皓.新一代微机继电保护测试仪及其基本性能[J].电力自动化设备,2002,22(5):61-63.
[3]刘金宁,孟晨,崔少辉,等.基于配置文件的虚拟仪器测试软件设计与实现[J].电力自动化设备,2005,25(1):50-53.
[4]郑新才,丁卫华,韩潇,等.基于测试模板的继电保护装置自动测试技术研究与实现[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):69-72.
[5]邵风瑞,王命延.继电保护测试系统组态软件的应用[J].电力系统保护与控制,2010,38(6)72-75.
[6]梁国坚,段新辉,高新华.数字化变电站过程层组网方案[J].电力自动化设备,2011,31(2):94-98.
[7]谌争鸣,陈辉,陈卫,等.全数字化继电保护测试系统设计[J].电力自动化设备,2009,29(5):109-113.
[8]徐天奇,尹项根,游大海,等.兼容IEC61850标准的智能电子设备测试[J].电力自动化设备,2009,29(3):132-137.
继电保护装置自动测试系统的研制 篇9
关键词:继电保护,测试流程,自动测试系统,数据库,可配置模式,条形码
0引言
继电保护装置是电力系统的重要组成部分,它对保证系统安全运行起着非常重要的作用。它在系统故障时切除故障设备、对系统安全运行做出贡献,但若不正确动作( 包括拒动和误动) 给系统造成的危害也是巨大的[1]。近年来,随着技术发展和新标准的推广,新型保护装置大量采用了多CPU协作、智能化开入开出回路等新技术。与传统装置相比,新装置软硬件设计更为复杂, 在研发及生产过程中遗留缺陷的可能性也更大。因此,全面深入地测试继电保护装置,提高装置质量,对降低装置运行过程中发生故障的几率,保证电力系统安全稳定的运行意义重大。
尽管近年来实时数字仿真系统和微机继电保护测试仪在继电保护装置测试工作中得到广泛使用,继电保护装置的测试水平、测试效率和测试质量得到大幅提高,但是测试流程却并无太大的改进,测试过程依然需要大量的人工操作,自动化程度和效率比较低。微机继电保护技术发展到今天,仅靠传统的测试方法已经远远不能满足要求,继电保护装置测试应实现自动化[2]。
1设计目标
通过对手动测试流程和历史测试记录的分析,我们发现影响测试效率和测试结果可靠性的因素有: 1测试中需频繁地改动测试接线。2测试中需人工计算并设置测试仪输出参数。3测试中需监视装置显示和指示灯。4测试人员水平及工作责任心等人员因素。
文献[3 - 5]提出了几种继电保护装置自动测试系统的实现方案,解决了部分上述问题,但仍存在一些不足之处: 1仅从现场测试的需求出发,没有考虑生产测试的需求。2依然需要手动选择测试方案,存在误操作的可能。3受测试仪硬件接口容量的限制,测试中还需经常改变测试接线。4无法满足数字化保护装置的测试需求。
本文认为应充分地利用计算机系统网络化、自动化、智能化的优势,将自动测试功能和数据管理功能紧密地融合,实现整个测试过程的全自动化操作。自动测试系统需实现下述目标和功能:
( 1) 闭环测试能力: 应支持对保护动作接点信息、保护模拟量、整组报告、开入、开出等信息的读取、分析及比较,装置的精度核对、动作事件判断、动作时间比较均由自动测试系统自动完成。
( 2) 良好的可重复性: 对于同一测试对象,能够保证自动选择相同测试方案执行相同的测试,得到相同的结论,保证测试结果的一致性。
( 3) 全面的测试覆盖率: 尽可能覆盖现有装置的测试点; 提供足够的硬件接口,测试中基本不需改动测试接线; 满足数字化保护装置的测试需求。
( 4) 完善的测试记录管理: 自动记录详细的测试信息并妥善地存档,以备检索、统计、分析和测试报告打印所需。
( 5) 方便的测试方案设计: 实现多级层次型的测试元件管理功能,在各个层次上支持导入、导出等复用功能; 允许用户自行设计测试界面模板并编制测试逻辑脚本,实现自定义动态测试元件。
( 6) 用户权限可控: 应实现基于用户角色的权限管理功能, 能够根据当前登录用户的角色自动选择对应的运行模式,赋予用户不同的操作权限。
( 7) 具备良好的可扩展性,能够适应装置更新换代的需要。
2系统总体设计
2.1系统组成
自动测试系统采用 分布式和模块化的设计思想,在硬件上由数据库、应用服务 器、生产管理 客户端、测试控制主机、GPS时钟和测试仪等设备组成( 如图1所示) ,根据功能可将整个系统分为数据管理和自动测试两个子系统。
数据管理子系统由数据库、应用服务器和生产管理客户端组成,其主要功能是: 数据存储及管理( 包括物料信息、条码、测试方案、测试记录等) 、用户及权限的管理、数据的WEB发布。
自动测试子系统由测试控制主机、测试仪和卫星同步时钟组成,其主要功能是: 根据选定的测试方案,实现对装置的闭环自动测试,生成测试记录并存档。
2.2系统流程
通过综合考虑用户对自动测试系统的需求、自动测试系统的应用场景以及生产管理的需要,我们在设计自动测试系统时,将整个系统的流程分为三个阶段( 如图2所示) 。
测试方案开发阶段,由测试开发人员完成。本阶段,测试开发人员根据装置软硬件的功能和配置,依照继电保护装置出厂检验标准或现场检验规程,在测试元件库中选择合适的测试元件组成完整测试方案,完成测试方案的开发。
测试方案归档阶段,由数据管理人员完成。测试方案开发结束后,测试开发人员将测试方案及相关文档打包成测试方案包, 提交给数据管理人员审核。测试方案审核通过后,通过生产管理客户端上传至数据库,建立测试方案与装置型号之间的关联关系。
自动测试阶段,由测试人员完成。通过扫描装置条码,自动测试软件依据关联关系,自动地下载、加载合适的测试方案; 顺序地运行方案中的测试元件,将测试结果汇集成详细的装置测试记录,上传至数据库服务器中存档。
3系统开发
3.1数据管理子系统
数据管理子系统采用B/S架构实现,所有的业务逻辑均使用ASP. NET技术在应用服务器中开发运行,客户端不需要安装专用软件,仅通过浏览器即可完成对所有数据的管理功能,系统的部署、更新和维护非常方便。目前,我们已在应用服务器上实现了: 物料信息的维护及查询、条码的生成及打印( 客户端需浏览器插件支持) 、测试方案上传功能、测试记录的查询统计分析、测试报告的生成和打印等功能。
3.2测试仪
测试仪采 用多CPU结构实现,包括液晶显示、主控单元、 输出功放及各种智能化的信号输入输出接口板,其基本配置如图3所示。
为保证测试仪的实时性能 和输出精度,主控单元采用基于Power PC和DSP的双CPU架构,Power PC用于测试仪的管理,运行实时多任务操作系统,实现测试仪的显示输出、参数配置、信息记录及上位机通信等功能; DSP则用于测试控制,实现测试波形的生成、接口板驱动等功能。双CPU之间采用高速同步串口通讯方式完成数据的交换。
所有的接口板均为配置独立单片机的智能化接口板,采用CAN总线通信方式与主控单元完成命令和数据的交换,可通过修改配置文件实现接口板之间的相互替换,具有很强的扩展能力。
3.3自动测试软件
自动测试软件运行于测试控制主机之上,是整个测试系统的核心组成部分。自动测试系统所需的测试方案开发、测试方案执行、测试仪控制、保护装置通信及测试记录的生成和上传的功能均通过本软件实现。它基于开源的QT跨平台应用程序框架( QT Cross-platform Application Framework ) 开发,可在Windows、Linux操作系统上编译运行。
3.3.1组成结构和模块功能
如图4所示,自动测试软件主要由测试界面管理、测试方案管理、自动测试控制、测试仪控制接口、装置通信接口和数据库接口组成。
测试界面管理模块主要实现动态测试元件的加载和执行功能: 当执行某一测试元件时,本模块根据测试元件的配置,解析测试界面模板文件和测试参数配置文件,动态的生成测试界面,调用测试脚本中的功能函数,完成测试参数的计算和测试命令序列的生成,供自动测试控制模块使用。
测试方案管理模块主要实现测试方案的读写和管理功能: 本模块根据装置的条码信息,自动地通过数据库接口下载测试方案到本地,然后加载测试方案和测试配置文件的内容到内存中,供自动测试控制模块和测试界面管理模块使用。
自动测试控制模块是自动测试软件的核心模块,它根据由当前测试元件的测试脚本生成的测试命令序列,调用测试仪控制接口、装置通信接口和数据库接口分别控制测试仪的输出、回收装置的动作接点信息、读取装置的报文数据、生成测试记录并存档。
3.3.2运行模式的设计和选择策略
为了更好的满足不同用户和不同测试场景的测试需求,自动测试软件专门设计了不同运行模式,根据当前系统的在线状态和当前用户的角色自动选择合适的运行模式。
研发测试模式: 适用于装置研发测试和测试方案开发,须在线运行且登录用户为开发人员。此模式允许重复执行特定的测试元件,允许测试过程中修改测试参数。
生产测试模式: 适用于装置的出厂测试,须在线运行且登录用户为生产测试人员。此模式按照整个测试方案的配置顺序地执行所有测试元件,自动生成测试记录并上传,不需用户干预。
现场校验模式: 适用于现场调试和验收测试,须在线运行且登录用户为现场测试人员。在此模式下测试定值可选用装置运行定值,亦可选用测试方案中设置的定值。
离线现场校验模式: 同样适用于现场调试和验收测试,当连接数据管理系统失败时允许用户手动选择测试方案和测试元件, 测试记录暂存于本地,待重新连接数据管理系统后再进行测试记录同步操作。
3.3.3可扩展性设计
实现闭环自动测试,测试软件不仅要读取装置的动作接点信息,还必须具备与装置通信的能力,能够读写装置定值,能够读取装置的保护动作信息、测量值、开入量、SOE等报文信息,以用于比较和检查。但是由于不同型号装置的通讯规约一般会有所不同,而且随着继电保护装置向网络化、一体化和智能化发展[6],新的通信规约也会被逐步采用,自动测试软件必须能够方便的扩充装置通信规约,以适应未来装置发展。
本文出于对通讯效率及编程方便性的考虑,采用QT框架提供的插件机制实现装置通信功能的扩展: 将每种装置通讯规约封装成一个独立的规约插件,实现统一的初始化接口和数据读写接 口。自动测试软件根据装置测试配置,调用对应 的规约插件完成与装置的直接通讯功能,实现的方式如图5所示。
3.3.4可配置装置的自动测试解决方案
可配置模式是指把装置的部分软硬件组件定义为可配置,应用时根据需要修改装置的配置文件,动态地启用或停用相应组件的设计模式,具有可灵活地满足各类用户的需求、降低装置总体开发成本和维护成本等优点,现阶段在装置设计中得到广泛地应用。但可配置模式给自动测试系统的开发带来一些问题: 由于不同配置的装置在功能和接口方面并不完全一致,适用于某种配置的测试方案无法完全适用于其他配置方式; 装置的配置方式众多,很难为每种配置方式单独开发测试方案; 造成测试时测试方案选择困难。
通过对可配置装置实现原理的分析,我们发现无论如何配置,其配置的功能均不可能超出装置的最大设计能力。因此比较好的解决方案是: 测试方案在开发时基于装置最大化配置开发, 在测试时通过一种自动机制识别装置配置,自动选择所需的测试元件,完成装置整体测试。
本文采用设置测试元件的使能条件的方式实现测试元件自动选择功能。测试元件使能条件分为硬件约束和软件约束两种, 硬件约束一般为装置特定插槽是否存在特定型号的板卡。软件约束则可以是装置是否配置了某项功能或某种保护元件。只有当测试元件所有已配置的约束条件都同时满足时该测试元件才会被实际的选择和执行,选择流程如图6所示。
4结束语
继电保护测试 篇10
继电保护设备是电力系统最重要的组成部分之一,随着微机型继电保护设备在电网中普遍应用,对该设备的安装检验和定期检验也成为了电力系统运行和维护的比较频繁的一项重要任务,虽然目前各种测试仪及相关的配套软件已达到了实用化的水平,但在进行现场试验尤其是各种定值整定试验时,仍然需要大部分人工频繁地手动设定各项具体试验参数,远没有达到自动化的水平,其不足主要体现在以下几点:
1)进行定值检验试验时,无法一次性的根据现场设备型号及定值单,制定出一整套试验测试计划,并在现场进行全自动化的测试,例如,很多测试软件无法一次性依照具体某个线路保护(如RCS-931)的具体保护定值,生成针对某个测试项目(如接地距离I段、II段、III段)的0.95倍、1.05倍以及0.7倍的ABC三相的所有状态序列,并且也无法一次性的按顺序自动执行这些状态序列。
2)测试过程中,保护设备所产生的各种具体的故障报告、录波、扰动数据等,无法返回到测试仪或担当控制角色的计算机中,即不能形成一个真正的测试闭环。从当前大部分的现场保护定值检验试验的过程来看,测试仪自带的测试软件都往往只能获取到保护装置的开入量,以及动作时间这些信息,而具体的故障报告等信息仍需要到专业人员到保护屏上阅读,而动作时间仅仅是在0.7倍或是1.2倍时的试验项目才需要的内容。
3)一套测试软件不通用,往往各个测试仪厂商只提供基于自己测试仪上的上位机软件或者是内嵌到测试仪里的程序,无法适应各种不同厂商生产的测试仪;另外,由于保护种类繁多和测试规程在各个地区不一,也无法针对某种保护设备,一次性的生成通用的测试用的状态序列。
4)无法利用现有的计算机网络条件及技术,实现远程试验的方式。
鉴于继电保护测试系统的上述问题,并充分考虑到现有的软件技术、现场条件、测试仪技术、通讯协议等诸方面因素,本文所提及的系统,在结合大多数市面上的测试仪硬件基础上,实现了对福建省大部分主流型号的高压线路保护和变压器保护设备的所有定值整定自动化试验,并可选择进行远程试验或现场试验的操作方式,极大的方便了现场工作人员。作为一种基于实用化角度的解决方案,体现了保护设备测试技术的自动化、网络化、智能化的发展趋势。
1 系统运行拓扑结构
传统的继电保护测试系统一般采用的是图1所示的上位机和下位机的工作方式:上位机一般由现场的一台PC机作为控制和管理,通过串口、USB或者以太网口,与下层的测试仪进行通讯,传送控制命令、数据文件,并接受测试仪的反馈信息。下层由测试仪内的DSP组件进行数字信号处理,向保护设备输出模拟电力系统正常或故障时运行的电压电流,同时检测保护的动作状态和响应时间,从而实现相应的继电保护测试功能。
鉴于之前提到的传统的保护测试系统的种种弊端,新的通用远程保护自动测试系统解决方案的系统运行拓扑如图2所示,它增加了现场的上位机与保护设备之间的数据通讯,通过标准的IEC-60870-5-103协议实现控制保护设备进行信号复归、定值整定等操作,同时实时从保护设备处获取到故障报告、扰动数据、定值传输数据的报文;另外,为了实现远程操作,在远程设置工作站,通过电力系统的内部通讯网络,联接到现场测试的上位机,实现测试计划的远程传送和远程执行,并让现场的控制上位机回传结果。
2 软件系统架构及功能设计
现代软件系统的设计思想通常是将一个复杂的应用系统按照各自的功能不同,分成不同的组件模块,这里的组件模块不是简单的二进制代码集,而是一些可以独立的可以自给自足的模块。同时,从逻辑上依据数据的传递进行不同层面的切分,通常是使用三层体系结构,本软件系统沿用这一方式,定义了基本框架和功能模块,如图3所示。
具体各层面的系统功能模块阐述如下:
1)界面层
界面层上依据用户使用的位置不同而分为远程界面部分和现场界面部分,分别对应于远程工作站和现场控制上位机,两个部分的功能相同,但在实现上考虑到网络分布和数据传输负载等因素,在界面展示上稍有差别。
计划制定模块:该模块的主要功能是以省调、各电业局以及电厂的具体待检测保护设备的定值单文件(word文件或者excel文件)为基础,从中提取出具体的保护定值,根据逻辑层中的“保护检验规程解析模块”,选择具体的待做定值整定试验,最后生成应用于该具体设备的整套检验测试计划。以RCS-931线路保护为例,若选中接地距离I段,则在计划中自动根据定值生成0.95、1.05、0.7倍时所有的ABC三相测试状态序列数据,共有3×3=9个状态序列。
计划执行监控模块:在现场测试时,用户通过该模块可以实时查看到计划的执行情况,用户通过“测试仪控制模块”来控制计划的暂停、保存、继续、修改等操作,并通过“保护103通信解析模块”,实时获取到保护上送的故障报告、模拟量、开关量、扰动数据等信息,并在界面上显示。
试验报告处理模块:试验结束后,用户可以查看生成的原始记录,并根据报告模板生成试验记录报告,在该模块中,用户还可以浏览、分析以往每次在同一设备上进行过的试验数据,与本次结果进行校核和分析等操作。
2)逻辑层
逻辑层中包含了所有本系统的核心模块,每个模块都是按面向对象的程序设计思想对其功能进行封装,被上层的界面层的操作来调用,其结果返回给界面或是存入数据库中。
远程PC通信模块:即远程工作站与现场测试用的上位机之间的通讯,用户在远程执行和监视测试计划时,都是通过该模块解析远程用户所发出的指令进行下发,同时把现场测试的信息随时反馈给远程工作站,通讯使用的是标准的TCP/IP协议,报文建立在基于UDP的Socket基础上,由于指令下发和信息反馈是双向并行的,即有可能出现指令下行和信息上报同时出现,为了不让这两部分的报文的同时出现导致通信堵塞,因此在设计该远程通信模块时,充分考虑现有PC机大多数都是双核的特征,加上了Open MP多核指令优化线程,即在本模块中至少包含了两个线程,一个在现场循环等待指令,另一个在远程循环等待上报信息,同时为了保证上下行通信畅通,每个通道又均使用了异步的非阻塞的Socket通讯模式,本模块中的双线程并行模型如图4所示。
保护103通信解析模块:本模块的作用是解析和生成与保护设备通信的103协议报文,考虑到IEC-60870-5-103协议作为用于控制系统与继电保护设备交换信息中的信息接口配套标准,其接口和规范在国内各个保护厂家的使用情况基本相似,因此本系统与保护设备通讯的协议使用的是103协议,在物理层上采用的是EIA RS-485端口。本模块主要功能包括:复归保护设备、通用分类查询定值、通用分类查询软压板、根据具体保护型号的码表解析上送的故障报文、通用分类写入定值、通用分类查询模拟量、扰动数据解析,如图5所示。
测试仪控制模块:为达到通用性,本系统设计时采用的方式是使用一种自定义格式状态序列文件来控制测试仪的输出,具有一定的代表性,而测试仪要有相对应的函数来解析和输出该状态序列文件中定义的各个状态序列,最后在输出完毕后返回保护动作的开关量翻转信息,测试仪的控制模块,主要由6个主要功能函数组成:
初始化通讯函数(串口/Usb/Lan)
执行状态序列
停止执行当前状态序列
查询当前是否有输出状态序列
查询当前是否有开入量
查询当前开入量的具体时间
以上6个功能函数,都是由测试仪厂商提供后以dll动态链接库的形式来供我方动态调用,从而实现了对不同测试仪的统一调用。
数据存取模块:即与后台数据库通信的模块,主要用于将试验结果信息、报告信息等数据存入数据库,以及在分析报告时从数据库里提取报告等操作。
保护检验规程解析模块:该模块是与测试计划模块相关的一个重要模块,其作用是要把具体的各个型号的设备所对应的福建省电力公司的检验规程进行关联,根据规程所定义的公式和具体设备的定值单,生成每次测试用的测试计划,本模块是一个灵活可扩展的模块,今后根据设备型号的增加及规程的变化,用户可以通过修改配置文件的方式来自行扩展规程解析的功能。
3)数据层
数据层即数据库存储部分,根据配置的不同,可使用系统自带的单机型数据库,或者使用联机的远程Oracle数据库。
3 系统实现的几个重点模块
3.1 测试计划模板定义
测试计划包括了所有的待测试项目的状态序列信息,当前计划执行情况,设备定值单等信息,甚至还有包括试验的原始记录数据,信息量极其庞大,因此如何以灵活和易于扩展的方式来定义测试计划模板文件,是一个关系到将来系统的自适应性和灵活扩展性的关键问题,基于此点,我们选择了使用XML这种计算机专用的数据描述语言来存储测试计划,扩展标记语言XML是一种简单的数据存储语言,使用一系列简单的标记描述数据,而这些标记可以用方便的方式建立,和更容易被计算机自身所理解,可以说是一种自描述的元数据语言。
3.2 word文件解析和生成
各个保护设备的定值单文件,基本都是以word或excel形式存储的,软件要从中提取出定值、软压板等信息,需要对word文件或者excel文件的内容进行一定的分析,由于微软有提供office系列组件的COM可操作对象接口如_application、_document、_table、_worksheet、_workbook等,因此可以使用任何编程语言来对其进行直接操作,根据事先定义的一系列规则,自动从中提取出所需要的相关信息。类似的,在最后系统生成测试试验报告的时候,也是通过控制这些COM接口对象,来自动填充word文件中的表格,生成最终报告。
3.3 103通信协议解析
103通信协议是目前所有保护设备都支持的通信协议,但在各个厂家的实现中,又有一些细微的差别,如有基于以太网的103协议和标准的基于RS-485接口的103协议,由于有些早期保护设备并没有带以太网口,所以本系统统一采用RS-485接口与保护进行通信。另外由于本系统并不需要获取和解析所有的103报文,仅需要解析与图5有关的报文,因此在实现上仅需要对部分ASDU进行截获和解析,同时也只需要生成几种如查询定值命令、查询模拟量测、保护信号复归等命令的ASDU报文。
3.4 控制多种规格测试仪
本系统在开发中,通过与多家测试仪厂家联系,已成功实现了从软件系统里对测试厂家提供不同DLL文件(封装6个功能函数)的统一调用,经测试已可在广州昂立、深圳凯弦、武汉豪迈、华东电气等不同测试仪上直接使用。
3.5 多样化的试验方式
对于一般性的试验,例如线路保护的接地距离I段等,仅需要直接输出由测试计划创建的状态序列即可。
而对于复杂的试验,例如主变保护中的谐波、比率差动等需要递增或递减电流幅值的试验,本软件定义了一种递变试验的模式,由软件系统自动的隔一定时间增加(或减少)某一相电压(或电流)的幅值,循环输出状态序列,当保护动作时才返回,这样就可以自动寻找到保护动作的精确幅值,这一功能也适用于摇灵敏角的试验(递变值为相角)。
4 自动化测试执行举例
以某变电站线路保护设备为例,现要对其按照福建省相关的继电保护设备检验规程进行验收检验测试,步骤流程如下:
1)用户选择待测试保护装置的基本信息,如台帐、设备型号、版本号、电压等级等。
2)用户选择要进行的和定值检验相关的检验项目,以RCS-931的检验项目为例,包括零漂、幅值特性检验、相位特性检验,光纤差动保护、接地距离保护、相间距离保护、工频变化量阻抗等定值检验项目,每一个项目又包括ABC三相以及各自不同倍数(0.95/1.05/1.2/0.7)。
3)用户选择设备定值单文件(word/excel),让系统进行解析,从中提取该设备的所有定值、软压板等信息,最后根据测试规程、检验项目、定值信息,生成测试计划。
4)生成自动测试计划后,则可以直接在现场执行该测试计划,其执行情况界面如图6所示。
在软件系统执行中,对于在每项定值试验进行完毕后,系统会将103协议上报的跳闸报告解析,并存入试验的原始记录中。
本次试验部分结果如表1显示,报告内容由系统全自动生成并填充,经过核对,试验报告结果显示该保护设备一切工作正常。
5 结论
随着电网规模的进一步扩大,微机继电保护设备作为一种最重要的二次设备之一在电网中要担当越来越重要的角色,为了减少保护测试中的人工干预所带来的繁重工作量和人为错误,未来对保护设备的自动化测试技术的研究也会越来越深入,本系统的出现解决了部分保护专业人员的繁重又重复的定值整定测试工作,从自动化的角度实现了保护设备的远程自动化测试,有一定的现实社会经济效益。
考虑到本系统的解决方案目前还只是针对单台保护设备的自动测试,而将来需要考虑一种系统级的,比如对一条线路上的所有保护设备进行并发自动化测试的解决方案,这方面的研究还有待进一步开展。
摘要:从现场继电保护设备检验测试的需求和原理出发,运用现有的计算机软件及网络通讯等相关技术,设计了一种通用的远程继电保护自动测试系统软件,并以RCS-931线路保护和RCS-978主变保护的常见检测项目为例,具体阐述了该系统的设计思路和操作流程,充分体现了现代保护检验测试与网络自动化控制的一体化设计思路。经实践证明,该系统可以对目前各种线路保护和变压器保护的所有定值检验试验实现全自动化的远程测试,并可根据具体情况进一步的扩展,满足现场试验的需要。
关键词:继电保护,自动测试,定值检验,IEC-60870-103协议
参考文献
[1]Webb A C,Webb M.Automated Testing of Power System Protection Relays[J].Power Engineering Journal,1988(11):291-296.
[2]Cristian Paduraru.Automated Testing of Protective Relays Using Advanced Visual Test Software[A].in:Proceedings of the2002Large Engineering System Conference on Power Engineering[C].2002.143-146.
[3]IEC60870-5-103,Transmission Protocols2Companion Standard for Informative Interface of Protection Equipment1997[S].
[4]电力行业标准DL/PT667-1999idt IEC60870-5-103:1997[S].
[5]陈皓.新一代微机继电保护测试仪及基本性能[J].电力自动化设备,2002,22(5):61-63.CHEN Hao.Test Device of Protective Relay and Its Property[J].Electric Power Automation Equipment,2002,22(5):61-63.