技術(shù)天地
多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的新型繼電保護(hù)測(cè)試裝置研究
發(fā)布日期：2021-04-19 點(diǎn)擊：3430次
摘要： 隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的運(yùn)行方式也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化程度提出了越來(lái)越高的要求，從而促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展。微機(jī)保護(hù)、故障錄波器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)調(diào)度自動(dòng)化等都已成功運(yùn)用到電力系統(tǒng)中。與自動(dòng)化程度相適應(yīng)，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的要求也隨之提高。微機(jī)保護(hù)的迅速發(fā)展尤其是高度智能化、數(shù)字化的微機(jī)保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的測(cè)試手段很難擔(dān)當(dāng)?shù)闷饘?duì)微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行全面測(cè)試的重任，對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求，并正在逐漸形成有別于一般電氣測(cè)量的專(zhuān)門(mén)技術(shù)領(lǐng)域一繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)。國(guó)內(nèi)外的科研單位、電力系統(tǒng)及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)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(hù)測(cè)試裝置，使得繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)由模擬測(cè)試系統(tǒng)向數(shù)字式測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的飛躍。采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)故障再現(xiàn)、實(shí)時(shí)仿真、自動(dòng)測(cè)試等先進(jìn)技術(shù)的數(shù)字式繼電保護(hù)測(cè)試裝置已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)試、運(yùn)行以及科研行部門(mén)不可缺少的專(zhuān)用設(shè)備。
近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得我們可以組建更高速、更小型化的基于DSP的系統(tǒng)硬件平臺(tái)，進(jìn)而研制靈活、簡(jiǎn)單、易用、高精度、適用于該硬件平臺(tái)的繼電保護(hù)測(cè)試裝置。繼電保護(hù)測(cè)試裝置的發(fā)展趨勢(shì)要求具備數(shù)字化、高效的數(shù)據(jù)處理能力、完善的測(cè)試和自檢功能、裝置模塊化、小型化、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，特別是由微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置與被測(cè)裝置所構(gòu)成的繼電保護(hù)閉環(huán)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)CCARTS(Closed Loop and Automatic Relay Test System)將是今后一段時(shí)期內(nèi)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)發(fā)展的主流。另外，隨著高電壓電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，電流測(cè)量系統(tǒng)和繼電保護(hù)、故障診斷系統(tǒng)的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)電磁式互感器暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)。新型電子式電流/電壓互感器成為了高壓互感器研究發(fā)展的新方向。它通過(guò)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(duì)應(yīng)的測(cè)量電壓信號(hào)，其中測(cè)量通道輸出的模擬小信號(hào)應(yīng)滿(mǎn)足IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)0.2級(jí)準(zhǔn)確度的要求。測(cè)試裝置提供高精度、高穩(wěn)定性模擬量小信號(hào)可以有效滿(mǎn)足新型電子式互感器合并單元研制的需要。同時(shí)，新型繼電保護(hù)裝置能夠模擬合并單元的功能，輸出滿(mǎn)足IEC61850-9-1協(xié)議的全數(shù)字測(cè)試信號(hào)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字繼電保護(hù)裝置各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試。
針對(duì)國(guó)內(nèi)多數(shù)高校繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室配置相對(duì)落后的現(xiàn)狀，為適應(yīng)微機(jī)型繼電保護(hù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，湖南大學(xué)研制成功了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)“多功能微機(jī)保護(hù)與變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)裝置”，該裝置采用通用性硬件平臺(tái)，通過(guò)從上位機(jī)下載保護(hù)程序軟件，可完成電流、電壓、功率方向等多種繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)以及自動(dòng)重合閘、低頻減載、振蕩閉鎖、故障錄波和故障測(cè)距等多種功能。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，不但可以完成單個(gè)繼電器的特性試驗(yàn)，還可系統(tǒng)集成為微機(jī)線路保護(hù)綜合實(shí)驗(yàn)和主設(shè)備的微機(jī)保護(hù)綜合實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容幾乎涵蓋了所有110kV及以下電壓等級(jí)的微機(jī)保護(hù)，系統(tǒng)還具有變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)和培訓(xùn)功能。新型繼電保護(hù)測(cè)試裝置是在研制成功的“TQWX微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀”基礎(chǔ)上，針對(duì)該測(cè)試儀輸出小信號(hào)精度不高、缺少人機(jī)交互以及自檢保護(hù)功能所存在的不足之處加以改進(jìn)，同時(shí)還新增了全自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試和全數(shù)字保護(hù)測(cè)試兩個(gè)功能，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置在整機(jī)性能、帶載能力、精度、電磁兼容、工作穩(wěn)定性及可靠性等方面所提出的新要求研制而成。與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的主流微機(jī)型保護(hù)測(cè)試裝置相比較，本裝置利用DSP＋CPLD構(gòu)成的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，使測(cè)試裝置在小信號(hào)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(jiān)控DSP系統(tǒng)賦予了整機(jī)人機(jī)交互和保護(hù)自檢功能，尤其與“多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置”相結(jié)合，構(gòu)成一套完整的培訓(xùn)系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要靈活配置，通過(guò)上位機(jī)下載不同實(shí)驗(yàn)程序來(lái)靈活輸出各種模擬量電流、電壓信號(hào)以及由以太網(wǎng)接口輸出符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的12路數(shù)字量電流、電壓信號(hào)，完成大部分微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)和變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還能單獨(dú)作為獨(dú)立產(chǎn)品滿(mǎn)足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)驗(yàn)收以及現(xiàn)場(chǎng)年檢測(cè)試的需要。
我國(guó)60年代，現(xiàn)場(chǎng)常采用臨時(shí)接線的方法，手動(dòng)短地或者斷開(kāi)被測(cè)試保護(hù)裝置的觸點(diǎn)或回路來(lái)模擬電力系統(tǒng)的故障，以檢查整套保護(hù)裝置的邏輯功能和動(dòng)作行為。為了改善現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工作條件，縮短檢修時(shí)間，適應(yīng)新型保護(hù)的要求和提高測(cè)試質(zhì)量，自70年代末，我國(guó)開(kāi)始大規(guī)模地研制、生產(chǎn)和使用繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置。80年代初，研究部門(mén)研制出物理模擬式測(cè)試裝置，主要采用移相器、自藕變壓器等模擬設(shè)備來(lái)調(diào)整三相電壓和三相電流的幅值和相位，調(diào)試過(guò)程需要較精密的電壓表、電流表、相位表、頻率計(jì)等配合才能完成測(cè)試，這種方法功能少、體積大、精度低，而且容易接錯(cuò)線，勞動(dòng)強(qiáng)度大、調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)使用極不方便，現(xiàn)基本被淘汰。80年代后期，我國(guó)出現(xiàn)了內(nèi)置CPU、無(wú)后臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的第一代智能型繼電保護(hù)測(cè)試裝置。這一代繼電保護(hù)測(cè)試裝置是以單片機(jī)作為智能控制器為特征的，由于單片機(jī)的計(jì)算速度較慢，該裝置人機(jī)界面不夠友好；數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化，故障數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式簡(jiǎn)單；輸出精度不高；輸出信號(hào)頻率帶不寬，現(xiàn)很少在實(shí)際工程中使用了。
