（电机与电器专业论文）继电保护微机型测试仪的研究与实现.pdf

继电保护微机测试装置的研究与设计 摘要 使a w g 在全量程范围内都保证信号输出的高分辨率。应用d d s 技术设计的频率合成器为 a w g 提供了高质量的频率信号源，使a w g 产生的周期信号在较大的频率范围内频率连续 可调，并具有很高的频率分辨力。 在研究分析电力系统中电磁干扰源和干扰传播途径的基础上，r t 一3 继电保护微机测试 装置在硬件和软件的设计中采取了一系列抗干扰措施。针对电源中的尖峰冲击、高频脉冲干 扰，采用瞬变电压抑制器、电源滤波器和电路串接铁氧体磁环等措施抑制干扰。在信号输入 输出通道采取滤波、隔离、屏蔽、接地等措施，_ 方面消除、抑制电磁干扰，+ 同时也有效地 减小系统自身产生的辐射干扰。在软件设计中，应用防止系统因干扰而死机的程序设计方法、 程序的容错性设计和系统数据的安全性设计等软件抗干扰技术，对系统的输入、输出通道采 取数据滤波等增强系统整体抗干扰能力的方法。 经过两年多的工作，l 盯一3 继电保护微机测试装置已基本完成了预期的目标，在建立较 完善的故障模型的基础上，实现了信号的谐波叠加、任意周期幅频特债和线性 度、测量精度和系统自校正等方面的技术指标，能够模拟输出电力系统各种周期性或非周期 性故障状态，完成继电保护装置单项和智能化综合项目的测试，并且装置具有体积小、功能 强、性能指标高、保密性强的特点，设计中兼顾系统的电磁兼容性，装置的抗干扰能力强， 具有较高的可靠性和稳定性，在高压和大电流现场环境下i l i o n 完成试验运行。 关键词： 继电保护，继电保护测试，故障模拟，a w g ，d a 转换器，d d s ，c p l d l i 继电保护微机测试装置的研究与设计 摘要 a b s t r a c t r e l a yp r o t e c t i o nc a nc u t0 f ft h ef a u l t yu n i t sf r o mt h ep o w e rs y s t e mw h e n e l e c t r i c a li n s t r u m e n t so rd e v i c e sa r eb r o k e nd o w n h e n c et h ef a u l t yu n i t sc a n6 e p r o t e c t e df r o mb i g g e rd a m a g ea n dg u a r a n t e et h ep o w e rs y s t e mc o m i n gi n t of u n c t i o n a g a i na ss o o na sp o s s i b l e t h er e l a y p r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c e ss i m u l a t et h ev a r i o u s f a u l t sb yt r a n s m i t t i n ga ca n d 斟s i g n a lo f 。t h r e ep h a s e ss oa st ot e s tt h er e a c t i o n s t a t u sa n ds p e e do fr e l a y p r o t e c t i o na n da u t o m a t i cs a f e t yt of a u l t s t h ep u n c t u a l i t y , s e l e c t i o na n da c c u r a c yo ir e l a y - p r o t e c t i o nd e v i c ed i r e c t l yp l a ya np r i m a r yr o l ei n 1o1oo 一一 s t a b i l i t y a n dr e l i a b i l i t yo ft h e o p e r a t i o no ft h ep o w e rs y s t e m w i t ht h ef u r t h e r d e v e l o p m e n to fa u t o m a t i o nt e c h n o l o g yi nt h ep o w e rs y s t e m ，t h eh i g h e rr e q u i r e m e n t s o ft h e r e l a y p r o t e c t i o n d e v i c e si nt h e p o w e rs y s t e m a r er a i s e d h o w e v e rt h e t r a d i t i o n a l e l e c t r o m a g n e t i cr e l a y - p r o t e c t i o nd e v i c e sc a nn o tm e e tt h en e e do f c o n d u c t i n go v e r a l lt e s t i n go nv a d o u sf u n c t i o n so fr e l a yp r o t e c t i o n t h e i n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c ho nt h ed e v e l o p m e n to ft h er e l a y p r o t e c t i o n t e c h n o l o g ya n dt h et e c h n o l o g yo ft h er e l a y - p r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c e sa th o m ea n d a b r o a dh a sb e e nc o n d u c t e d t h e r e f o r e ，t h ep a p e ra i m st oc o n d u c tr e s e a r c ha n df o r m d e s i g nt a r g e t so nt h eb a s i so ft h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so fp o w e rs y s t e mo nr e l a y p r o t e c t i o nd e v i c e si ns i m u l a t i n gv a d o u sf a u l t s ，f a u l tr e a p p e a r a n c e ，f a u l tw a v eq u a l i t y , i n t e l l i g e n c ec o m p r e h e n s i v et e s t ，r e c t i f i c a t i o no ft e s t i n gd e v i c e sa n dm o n i t o r i n go f o u t p u t ，f l e x i b i l i t ya n do p e r a t i o no ft e s t i n g t h ef a u l ts i m u l a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e db a s e do nt h ef u l lr e s e a r c ho nt h e s i m i l a r i t ya n dd i f f e r e n c eo fv a r i o u sf a u l t si nt h ep o w e rs y s t e ma n du n d e rt h e c o n s i d e r a t i o no fi n f l u e n c eo nf a u l tr e a c t i o no fd i f f e r e n tf a c t o r ss u c ha ss y s t e ml o a d i m p e d a n c ef e a t u r e s ，l i n ep a r a m e t e r sa n dg r o u n d e dr e s i s t a n c eo ff a u l tp o i n t i n a c c o r d a n c et ot h e r e q u i r e m e n t so ff u n c t i o na n df i x e dv a l u et e s t i n gf o rr e l a y p r o t e c t i o n d e v i c e s ，t h ec o n v e n i e n ta n dr a p i dt e s t i n gp r o g r a m sa n dt e s t i n gp r o c e s sa r e d e s i g n e df o rd i f f e r e n tr e l a y - p r o t e c t i o nd e v i c e si no r d e rt or e a l i z et h et e s t i n gb y m o d u l ea n da u t o m a t i o n t h et w of u n d a m e n t a l t e s t i n gm e t h o d sw i t hg e n e r a l a d a p t a b i l i t ya r ew o r k e do u t ：s e q u e n c et e s t i n ga n ds e a r c h i n gt e s t i n g t h ep 印e ra i m st oi n t r o d u c et h er t - 3r e l a y - p r o t e c t i o nm i c r o c o m p u t e rt e s t i n g d e v i c e s b y m e a n so f e s t a b l i s h i n g t h e s y s t e m a t i c s t r u c t u r e c o m p o s e d o f m i c r o c o m p u t e rs y s t e m ，m i c r o p r o c e s s o rs y s t e ma n dp o w e rd r i v em o d u l t h es t r u c t u r e i sb a s e do nt h ed e s i g nt h o u g h to f f u l l yd e v e l o p i n gt h ea d v a n t a g e so fm i c r o c o m p u t e r s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dm i c r o p r o c e s s o rh a r d w a r eo p e r a t i o ns ot h a tt os o l v et h e e x i s t i n gs y s t e m a t i c s t r u c t u r e p r o b l e m s i n r e l a y - p r o t e c t i o nt e s t i n g d e v i c e s m i c r o c o m p u t e rs y s t e mp e r f o r m st h eo p e r a t i o no ft e s t i n ga n dm o n i t o r i n gw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i co fg o o do p e r a t i o n a lc o n d i t i o na n dp e r f e c td i s p l a yf u n c t i o na sw e l la s i i i 继电保护微机测试装置的研究与设计 摘要 v i s u a lo p e r a t i o n a lc o n t r o lp l a t f o r m m i c r o p r o c e s s o rs y s t e mc o m p o s e do ft h eo u t p u t c h a n n e l so fc u r r e n ta n dv o l t a g es i g n a l ，d i g i t a li n p u ta n do u t p u tc h a n n e l sa n ds i g n a l f e e d b a c kc h a n n e l sp e r f o r mt h ef u n c t i o n so ft h eo u t p u t t i n gf a u l ts i g n a l ，m o n i t o r i n gt h e r e l a y p r o t e c t i o n a c t i o na n dv e r i l y i n gt h es i g n a la c c u r a c y p o w e rd r i v em o d u l e m a g n i f i e st h ec u r r e n ta n dv o l t a g es i g n a l sp r o v i d e db ym i c r o p r o c e s s o rs y s t e mt o s a r i s f yt h er e q u i r e m e n t so fo u t p u t t i n gs i g n a li nt e s t i n gd e v i c e s i nt h ei 汀3r e l a y - p r o t e c t i o nm i c r o c o m p u t e rt e s t i n gd e v i c e s t h ee s t a b l i s h m e n to f t h em i c r o p r o c e s s o rs y s t e mi sb a s e do nt h ec p l d a l lt h er e s to fc i r c u i t ss u c ha s s y s t e mc o n t r o l l i n g ，c o d i n g ，r e a da n dw r i t ec o n t r o l l i n g ，b u sd r i v i n ga n dc o n t r o l l i n g ， a r b i t r a r yw a v eg e n e r a t o ra n di oi n t e r f a c ea r er e a l i z e di nc p l de x c e p tt h es p e c i a l c i r c u i t ss u c ha sm i c r o p r o c e s s o r ，m e m o r y , e t c i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mb e t w e e n t h en e e d so fm e m o r yc a p a c i t ya n dt h ea d d r e s s i n ga b i l i t y , t h em e m o r ym a p p i n g t e c h n o l o g yt oe x p a n ds y s t e mm e m o r yi s u s e da f t e rt h er e s e a r c ho fm e m o r y e x p a n d i n gm e t h o d s o v e r1 m b y t e sm e m o r yi n c l u d i n gp r o g r a mm e m o r y , d a t a m e m o r y , w a v em e m o r yi se x p a n d e dw i t h i nt h el i m i t e d6 4 km e m o r ya d d r e s s i n gs p a c e t h ef l e x i b i l i t yo fp r o c e s s o r st om e m o r yi sa l s om a i n t a i n e d t h ec o r ef u n c t i o no fr e l a y p r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c e sb ym i c r o c o m p u t e rl i e s i n s i m u l a t i n gt h r e ep h a s ec u r r e n ta n dv o l t a g es i g n a l sg e n e r a t e db vd ac o n v e r t e ru n d e r t h ef a u l t yc o n d i t i o ni nt h ep o w e rs y s t e m t h eq u a l i t yo fs i g n a l sd i r e c t l yi n f l u e n c e s t h ef u n c t i o nf e a t u r e so fr e l a y p r o t e c t i o nt e s t i n gd e v i c e sb ym i c r o c o m p u t e r t h e r e f o r e t h ea r b i t r a r yw a v eg e n e r a t o r ( a w g ) w i t hf l e x i b l ea m p l i t u d ea n dp h a s e ，h i g h f r e q u e n c yd i s t i n g u i s h a b i l i t ya n ds t a b l ef r e q u e n c yi sag r e a ti m p o r tp a r to ft h ed e v i c e t h ep a p e ra n a l y z e st h es e l e c t i o no ft h eb i tw i d t ho fd ac o n v e r t e ra n dd a t ao u t p u t s p e e do nt h es i g n a lq u a l i t yo fw a v ef o r mb ym e a n so fl a b v i e w st o t a lh a r m o n i c d i s t o r t i o nm o d u l ei no r d e rt op r o v i d et h eb a s ef o rc h o o s i n gp a r a m e t e r sf o rd a c o n v e r t e r si na w g i nt h ed e s i g no fa w g t h ed i r e c td i g i t a ls y n t h e s i z e rt e c h n o l o g y i sa p p l i e db ys u b s t i t u t i n gh a r d w a r ec i r c u i t sf o rs o f t w a r ec o n t r o l l i n gb yc o m p u t e r t h e h i 曲d i s t i n g u i s h a b i l i t yo fs i g n a lo u t p u ti sg u a r a n t e e di nt h ef u l lr a n g ef o ra w gb y m e a n so fi ns e r i e sd ac o n v e r t e r a w gf r e q u e n c ys y n t h e s i z e ri sc o n s t r u c t e db vd d s t e c h n o l o g y t oe n s u r et h ek 嘲gg e n e r a t ep e r i o d i cs i g n a lw i t hh i g hf r e q u e n c ya c c u r a c y a n dc o n t i n u a l l ya d ju s t a b l ef r e q u e n c y k 姒gc a ns y n t h e s i z e f a u l t yw a v ef o r mb y a l t e r i n ga m p l i t u d e ，f r e q u e n c y , p h a s eo rh a r m o n i cw a v e ss u p e r p o s e do nf u n d a m e n t a l w a v e s as e r i e so fa n t i i n t e r f e r e n c et e c h n i q u eh a v eb e e nt a k e ni nt h ed e s i g no fh a r d w a r e a n ds o f t w a r ei nt h ei 汛3r e l a y p r o t e c t i o n m i c r o c o m p u t e rt e s t i n gd e v i c e s f o r i n s t a n c e ，t h ei m p u l s ev o l t a g es u p p r e s s o ri su s e dt os u p p r e s so v e r s h o o td i s t u r b a n c ei n t h ep o w e r , o rp o w e rf i l t e rt os u p p r e s sh i 曲一f r e q u e n c yd i s t u r b a n c eo rc o n n e c tf e r r i t e r i n g si np o w e rc i r c u i tl i n e i nt h ei n p u ta n do u t p u tc h a n n e lo fs i g n a l ，m e a s u r e sa r e i v 继电保护微机测试装置的研究与设计摘要 t a k e nf o rf i l t e r i n g ，i s o l a t i n g ，s h i e l d i n ga n dg r o u n d i n g t h e r e f o r e ，o nt h eo n eh a n d ，t h e e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c ei sr e s t r i c t e dt ot h eb e a r a b l ec o n d i t i o n ，a n do nt h eo t h e r h a n d ，r a d i a t e di n t e r f e r e n c eg e n e r a t e db ys y s t e mi t s e l fc a nb ee f f e c t i v e l yr e d u c e ds o t h a tt h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yc a nr e a c ht oah i g h e rl e v e l i nt h es o f t w a r e d e s i g n ，t h ep r o g r a m m i n gm e t h o d ss u c ha sa u t o r e c o v e ra n ds a f e t yd e s i g no fp r o g r a m a n ds y s t e md a t aa sw e l la sd a t af i l t e r i n go ni n p u ta n do u t p u tc h a n n e le t c a r ef i g u r e d o u ti n p r e v e n t i n gc o m p u t e rf r o mb e i n gb r o k e nd o w nd u et o i n t e r f e r e n c ea n d e n h a n c et h ea n t i - i n t e r f e r e n c ec a p a c i t yo ft h es y s t e m a f t e rt w oy e a r sr e s e a r c ha n dd e s i g n ，r t _ 一3r e l a y p r o t e c t i o nm i c r o c o m p u t e r t e s t i n gd e v i c eh a sr e a c h e di t so r i g i n a lg o a l b a s e do nt h ep e r f e c tf a u l t ym o d e l ，t h e d e v i c er e a l i z e st h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ：s u p e r p o s i n gt h eh a r m o n i c ，g e n e r a t i n gt h e a r b i t r a r yc y c l es i g n a l ，a d j u s t i n gt h ea m p l i t u d ea n df r e q u e n c ya tr a n d o m ，t e s t i n gr e l a y p r o t e c t i o n a c t i o nw i t hh i g ha c c u r a c y , v e r i f y i n gt h es y s t e m sp r e c i s i o nb yi t s e l f , s i m u l a t i n gf a u l t ys i g n a l o ft h ep o w e rs y s t e m ，r e a l i z i n gv a r i o u st e s t so nr e l a y p r o t e c t i o nd e v i c e s ，t h ed e v i c eh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs m a l ls i z e ，b e t t e rf u n c t i o n ， h i g hp e r f o r m a n c e ，s t r o n gs e c r e c y d u e t o c o n s i d e r i n g t h e e l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t y ，t h ed e v i c ed i s p l a y ss t r o n ga n t i i n t e r f e r e n c ec a p a c i t ya n dr e l i a b i l i t ya n d s t a b i l i t y ，s ot h a tt h et r i a lo p e r a t i o nc a nb ep e r f o r m e ds u c c e s s f u l l yi nt h ee n v i r o n m e n t o fh i g h v o l t a g ea n dl a r g ee l e c t r i c a lc u r r e n t k e yw o r d s ： r e l a yp r o t e c t i o n ，r e l a y p r o t e c t i o nt e s t i n g ，f a u l ts i m u l a t i n g ，a r b i t r a r yw a v e g e n e r a t o r , d ac o n v e r t e r , d i r e c td i g i t a ls y n t h e s i z e r , c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i c d e v i c e v 继电保护微机测试装置的研究与设计 绪论 1 2 继电保护概述 第1 章绪论 继电保护的作用是当电力系统中电气元件发生故障时将故障元件从电力系统中切除，使 故障元件免遭更大破坏，并保证电力系统尽快恢复正常运行。 1 1 1 继电保护技术的发展 随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。在十九世纪末已开始利用熔断器防止 在发生短路时损坏设备，建立了过电流保护原理，1 9 0 5 - 1 9 0 8 年研制出电流差动保护，自1 9 1 0 年起开始采用方向性电流保护，于十九世纪2 0 年代初生产了距离保护，在3 0 年代初已出现 了快速动作的高频保护。纵观继电保护近1 0 0 年的技术发展可以看出，虽然继电保护的基本 原理早已提出，但是根据电力系统发展的需要，在其它学科新理论、新技术的条件下成果不 断取得进步，发展和完善自身。继电保护技术从机电式、半导体式到微机式，实现了无触点 化、小型化、数字化和智能化。 微机继电保护系统是二十世纪九十年代初开始在我国电网中逐步得到了应用。随着计算 机技术、网络技术和通信技术的飞速发展，极大地促进了微机继电保护系统的发展，其保护 功能日趋完善，速度和可靠性越来越高，具有保护完善、功能齐全、可靠性高、维护少，便 于统一管理和调度，易实现变电站的无人值守等优点。它将逐步取代传统的继电保护系统， 是继电保护系统未来发展的主要方向。 1 1 2 继电保护的分类和工作原理 根据保护的对象的不同，继电保护可以划分为很多类，主要在以下几方面： 1 速断保护短路保护是电力系统安全运行中最重要的保护，它主要采用电流速断保护 方式来实现。当输入电流( a 、c 两相或a 、b 、c 三相) 中任何一相的幅值大于整定值，并达 到整定延时时间后，速断保护动作使断路器跳闸，切断事故回路。 2 过流保护线路过载保护分为定时限过流保护和反时限过流保护。定时限过流保护与 速断保护工作原理相同；当输入电流( h 、c 两相或a 、b 、c 三相) 中任何一相的幅值大于反 时限电流保护启动值时，保护装置按选定的反时限曲线方程动作。 3 接地保护线路单相接地电流的大小取决于系统的接地方式，对中性点直接接地或经 小电阻接地的系统，单相接地电流较大，需提供单独的接地保护。 4 三相一次自动重合闸当保护装置在因故障跳闸后，在整定的时间后自动合闸一次， 如果发生的是瞬时性故障，电力系统即可恢复正常运行。 5 低周减载根据系统频率的变化按用户的设定值自动切除负荷。 继电保护微机测试装置的研究与设计绪论 1 。1 3 继电保护技术的发展趋势 继电保护技术随着计算机及相关技术的发展而进步，在今后一段时间内，继电保护技术 的发展将有以下几个主要特征： 1 利用故障分置的继电保护 故障信息的识别、处理和利用是继电保护技术发展的基础。不断发掘和利用新的故障信 息对继电保护技术的进一步发展有着十分重要的意义。应用计算机技术识别和获取故障信 息，反映故障信息的故障分量，促进了继电保护技术的发展。有待深入研究解决的主要问题 之一是寻求更为精确地获取故障分量的方法；其次，当电力系统出现振荡时，由于电压、电 流的幅值和频率均处于不断变化中，在这种非故障状态下也会出现较大电流变化；此外，如 何在重复性故障的条件下获取故障信息还有待进一步研究解决。 2 自适应继电保护 自适应继电保护可以定义为根据电力系统运行情况和故障状态的变化而实时改变保护原 理、性能、特性、定值的保护。计算机及相关技术在继电保护中的应用为自适应继电保护的 发展提供了前所未有的良机，是一个充满希望的研究方向。 3 小波交换与继电保护 在信号分析中通常采用的有效方法富里叶分析。对本质上具有正弦性质的信号，例如语 音信号特别有用，然而对非平稳变化信息的不连续信号却无能为力。小波变换是把一个信号 波形用具有不用位置和尺度的小波函数表示，定义为一个仅持续1 个或几个周期的振荡波。 小波变换突出的特点是它在时域和频域具有良好的局部化性质，因此成为分析非平稳变化信 号或具有突变性信号的工具。 输电线路发生故障产生的暂态行波是一个突变的、具有奇异性的信号。需要寻找一种信 号的表示方式，它能够在整体上提供信号的主要特征而又能提供任一局部时间内信号变化剧 烈程度的信息。小波分析法恰好能满足上述要求，而根据小波变换的奇异性检测及模极大值 理论更可有效地识别出行波在暂态行波测距中所需的故障点反射波。小波变换在继电保护中 应用的首要任务是正确检测出故障，基于小波变换的继电保护装置必将展示出其巨大的优越 性。 4 g p s 在继电保护技术中的应用 g p s ( 卫星定位和授时系统) 具有全球性、全天候连续实时定位和授时功能，并且无条 件向民用领域开放，从而成为全球共享的一个高科技资源，在导航、军事、民用各方面有广 泛的用途。g p s 在电力系统中有着十分广泛的用途，主要用于建立电网统一时钟和同步测量， 它们对运行管理、事故分析、安全监视、紧急控制、继电保护、故障测距等有重要作用。在 继电保护技术中有一些直接比较两端电气量的保护原理，对两端电气量有同步要求，如输电 线路电流差动保护和电流相位差动保护。g p s 的应用无疑将显著提高上述保护的性能。 2 继电保护微机测试装置的研究与设计 绪论 1 2 继电保护测试装置研发的技术背景 1 2 1 继电保护测试装置 随着电力工业的迅速发展，电力系统规模的不断扩大，系统的运行方式也越来越复杂， 对自动化程度提出了越来越高的要求，从而促进了电力系统自动化技术的不断发展。与自动 化程度相适应，对电力系统继电保护装置的要求也随之提高。传统的电磁式继电保护测试装 置已很难完成继电保护装置的全面特性测试。 微机型继电保护测试系统，主要用来校验22 0k v 及以下高压输电线路的继电保护及安 全自动装置。测试系统通过输出三相电压、电流或直流试验电压，采用电压、电流由正常运 行值突变到故障值的方法来模拟电力系统的各种故障情况，同时测试继电保护及安全自动装 置对故障的响应状态和响应速度。除了对各种电压、电流、负序、阻抗、方向、差动、重合 闸等各类保护装置进行校验外，还可模拟单相接地、两相短路、三相短路等各种故障的发生 与切除过程，模拟故障过程中电流电压的变化，籍以检验被检装置的整体动作性能。 1 2 2 继电保护测试技术的发展 在我国，继电保护用成套测试装置经历了组合式、物理模拟式、数字控制式和微机可编 程的发展过程。随着新型继电保护装置特别是微机型保护装置的推广应用，对保护装置的测 试技术有了更高的要求，涉及计算机自动测试等先进技术的继电保护微机型测试装置已成为 不可少的专用设备。我国研制、生产和使用定型继电保护测试装置，其发展过程大致可分为 3 个阶段。 第一阶段，7 0 年代末至8 0 年代初，水力电力部要求保护装置与综合重合闸装置投运前 必须与其直接相关的其它装置做整组试验，不许用短接回路的方法，而应该由输入相应的电 流、电压来模拟可能发生的故障，还必须配置与实际断路器跳、合闸线圈回路相似的模拟断 路器电路。根据此要求，应用物理模拟原理，研制出能模拟各种故障、产生相应电流、电压 激励量的继电保护测试装置。 第二阶段，8 0 年代中期后，随着大容量发电厂的建设和5 0 0 k v 系统的建立，继电保护技 术发展迅猛。各大电网在引进成套继电保护装置的同时，引进了一批先进的现场继电保护测 试装置，给国内研制开发和改进继电保护测试装置提供了借鉴；1 9 8 7 年高压线路继电保护 装置研制成功，对测试装置提出了新的要求；1 9 8 7 年底水利电力部颁发了新的继电保护 及电网安全自动装置检验条例，对继电保护测试接线及继电保护测试装置规定了新的技术 指标。在此阶段中，多功能测试装置、计算机控制继电保护测试仪、继电保护综合测试车等 多种型式装置相继出现，继电保护测试装置得到了较大发展。 第三阶段，进入9 0 年代，电力工业持续高速发展，高压电网继电保护的配置与选型发 生了很大变化，主保护采用双高频配置方案，枢纽变电站均装设微机故障录波器。与模拟式 保护相比，微机型保护采用新原理，功能强、性能优良，具有速度快、准确度高和智能化的 3 继电保护微机测试装置的研究与设计绪论 特点，原有现场继电保护测试装置已不适用，迫切要求有适用的现场测试装置与其配套。 1 2 3 继电保护微机型测试装置的现状和特点 微机型测试装置是由人机对话界面设定电流、电压的参数，由程序控制信号源指导d a 转换、功率放大等环节输出具有一定功率的三相电流、电压给继电保护装置，同时接收继电 保护装置的反馈信息，并将测试结果以文字、图表方式打印报告。 微机型可编程式继电保护测试装置主要由信号控制单元、电流电压放大器和开关量输入 通道组成。信号控制单元以微机为主构成，实质上是一个可编程的信号发生器，模拟电力系 统各种正常和故障状态下的电气量，它输出的是弱信号，经电流、电压放大器放大成具有一 定功率的电流、电压激励信号，开关量输入通道检测继电保护装置的保护动作信号。当前的 继电保护微机型测试装置具有以下特点： 1 ) 不同测试均可通过编制不同的软件来实现，能正确模拟电力系统各种类型的瞬时、 永久以及转换性故障，整组试验方便； 2 ) 用数字方法合成试验波形，如正弦波或叠加直流分量和高次谐波，可测试保护继电 器的稳态特性或暂态特性； 3 ) 输出试验电压、电流的频率可调节，能对频率继电器进行定值校验试验； 4 ) 对现场电源无特殊要求，采用单相电源可获得三相试验电流、电压的输出，不受现 场电源电压畸变的影响，但输出功率不易提高： 5 ) 能自动搜索继电器的定值，并能显示( 或打印) 其定值、动作时间及动作特性曲线， 能构成自动测试系统，智能化高； 6 ) 操作界面采用人机对话方式，操作方便；不需外接表计，接线简单。 1 3i h 一3 继电保护微机测试装置任务的提出 1 9 9 9 年，根据电力系统继电保护技术发展的要求，国家电力总公司颁布了国家电力行业 标准继电保护微机测试装置技术条件，继电保护微机测试装置必须满足标准中提出的技 术规范和要求。扬州电讯仪器厂原生产的“r t 一1 继电保护微机测试装置在许多项技术指 标上不能达到标准所规定的要求，因而提出研制开发“r t 一3 继电保护微机测试装置 的任 务，以提高测试装置的测试功能和技术指标，为测试提供更好的操作条件。 1 4l 玎一3 继电保护微机测试装置需要实现的主要目标 “r t 一3 继电保护微机测试装置在功能或指标上应该实现下述目标： 1 信号输出质量 测试装置对输出信号的波形质量有比较高的要求，如信号的失真度、谐波叠加能力和幅 频特性等。一般将信号波形的瞬时值数据传往d a 作为信号源，信号的质量与信号源的数 据分辨率和信号的波形每周期的点数有很大关系。如阻抗继电器的精工电流试验是测试装置 进行动态测试能力和测试精度的考验。如果测试的暂态响应不好，精工电流测量结果的一致 4 继电保护微机测试装置的研究与设计 绪论 性较差，特别是在小电流的情况下。 2 系统的自校正和输出监视 测试装置输出的电流、电压信号在自动测试过程中是突变的，一般难以用仪表监测。一 旦负载阻抗变化，输出波形削顶或产生自激振荡或功放回路参数有了变化，使输出值和设定 值有误差，就会造成测试错误，所以测试装置必须具有较高的信号输出精度和测量精度，并 且测试装置还应该具备自我校正和输出越限告警功能。采用a d 反馈自动修正精度，可以 获得较好的输出精度和线性度。测试装置在误差超标如输出电流、电压的有效值与计算机设 定值误差超过一定量时，就发出告警或延时关机，并指示误差相别。 3 保护动作的识别 继电保护装置的动作反馈信息有干接点型、电压型和混合型等多种形式，从信号方式来 看有电位式、脉冲式，还有正、负极性之分，测试装置需要能够自动判别。 4 实现任意周期信号的输出 根据测试的要求，运用软件或硬件的方法，实现各信号输出通道波形、频率、幅度的任 意设定和不同频率信号的混频，以构成所希望的电流电压信号，便于多通道实现高要求的频 率测试和同期、系统振荡。 5 复杂性组合测试的实现 根据继电保护测试项目的要求，测试装置需要按照继电保护装置的试验要求以特定的次 序输出电流、电压，自动地完成复杂的组合测试。如阻抗继电器动作区试验是考核测试装置 能否自动进行组合测试、处理试验结果能力。 6 软件功能 测试软件所提供的测试功能丰富与否以及测试操作的方便和灵活性，是测试装置的另一 重要指标。测试软件都应具备如下功能： 1 ) 能任意设定各电流、电压信号的特征参数如故障信号的幅值、频率、相位和波形， 能设定各段状态时区的长短。如在