1 引言

繼電保護裝置是反映電力系統(tǒng)中電氣設備故障或者不正常工作狀態(tài)，而作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置［1］。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，任何電氣設備在沒有繼電保護裝置的情況下，是不允許投入運行的［2］。

為了保證繼電保護裝置的正確工作，在研制、生產(chǎn)、安裝驗收、定期和補充檢驗各個階段，都需要十分認真地對繼電保護裝置進行試驗［3］。繼電保護試驗人員的水平直接會影響繼電保護裝置的試驗結果，因此，需要建立繼電保護實驗室以供試驗人員進行訓練學習，以提高試驗水平。

繼電保護裝置種類繁多，建設一個功能齊全的實驗室需要占用很大的實驗室面積; 繼電保護裝置價格昂貴，尤其是超高壓特高壓設備的保護裝置，價格特別昂貴，建設繼電保護實驗室花費巨大; 繼電保護裝置更新?lián)Q代快，隨著現(xiàn)場實際設備的更新?lián)Q代，實驗室繼電保護裝置也需要更新?lián)Q代，建設壓力巨大。

因此，能以較少的資金、較小的占地面積建設繼電保護實驗室，是非常有必要的。

2 虛擬繼電保護裝置的構成原理與方法

本文提出一種基于虛擬儀器的多功能型繼電保護實驗套裝，由本套裝一套設備即可完成所有需要的繼電保護裝置的實驗，并可以進行功能擴展，開發(fā)新的繼電保護裝置，以完成繼電保護裝置的更新?lián)Q代的實驗需要［4］。

本文提出的裝置需要的軟件采用 NI 公司的 LabVIEW 軟件，當然也可以采用其他虛擬儀器編程軟件。硬件部分包括兩臺計算機、六塊數(shù)據(jù)采集卡( 其中兩塊既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)字量輸入、輸出功能; 一塊只具有模擬量輸入功能; 一塊只具有模擬量輸出功能; 還有另外兩塊只具有數(shù)字量輸入、輸出功能) 和兩塊 LED 顯示屏，如圖 1 所示。

計算機 1 用來構成繼電保護測試儀; 計算機 2 用來構成繼電保護裝置; 數(shù)據(jù)采集卡 1 用來配合計算機 1 構成繼電保護測試儀，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)字量輸入、輸出功能; 數(shù)據(jù)采集卡 2 用來配合計算機 2 構成繼電保護裝置，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)

字量輸入、輸出功能; 數(shù)據(jù)采集卡 3 只有數(shù)字量輸入、輸出功能，用來配合計算機 1、2 判斷繼電保護試驗中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 4 只有數(shù)字量輸入、輸出功能，用來配合計算機 1、2 判斷繼電保護試驗中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 5 只有模擬量輸入功能，用來配合計算機 1 判斷繼電保護試驗中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 6 只有模擬量輸出功能，用來配合計算機 2 判斷繼電保護試驗中的接線是否正確; LED 顯示屏 1 用來顯示在計算機 1 執(zhí)行某個程序時，數(shù)據(jù)采集卡 1 的端子位對應的繼電保護測試儀端子; LED 顯示屏 2 用來顯示在計算機 2 執(zhí)行某個程序時，數(shù)據(jù)采集卡 2 的端子位對應的繼電保護裝置端子。

圖 2 虛擬繼電保護裝置

操作軟件主界面

計算機 1 的軟件程序主要包括三個部分，**部分為虛擬繼電保護測試儀的驅動程序，負責啟動數(shù)據(jù)采集卡 1 的相關部分; **部分為 LED 顯示屏的驅動程序，負責啟動 LED 顯示屏 1 的字幕顯示; 第三部分為預檢測程序，負責啟動數(shù)據(jù)采集卡 3 和數(shù)據(jù)采集卡 5 的相關部分，用來判斷是否正確接線。計算機 2 的軟件程序主要也包括三個部分，**部分為虛擬繼電保護裝置的驅動程 序，其中包括若干個子程序，負 責 啟 動 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 2的相關部分，每個子程序使數(shù)據(jù)采集卡 2 對應的實際繼電保護裝置硬件含義不同，啟動不同的子程序則數(shù)據(jù)采集卡 2 和計算機 2 配合，成為不同的虛擬繼電保護裝置; **部分為 LED 顯示屏的驅動程序，負責啟動 LED 顯示屏 2 的字幕顯示，也包括若干個子程序，每個子程序使 LED 顯示屏 2 顯示不同的字幕，啟動不同的子程序則 LED 顯示屏 2 用來顯示此時數(shù)據(jù)采集卡 2 接線端子對應的實際繼電保護裝置的端子內容; 第三部分為預檢測程序，負責啟動數(shù)據(jù)采集卡 4 和數(shù)據(jù)采集卡 6 的相關部分，用來判斷是否正確接線。

為了能更清楚地說明本裝置，下面舉具體例子說明?，F(xiàn)在需要用本繼電保護實驗套裝進行 DL-32型電流繼電器動作特性實驗。首先打開計算機 1，進入主程序，進入界面情況見圖 2。顯示界面 1 部分完全和真實的繼電保護測試儀相同，主要包括 電 壓、電 流、數(shù) 字 量 輸 入、輸出等功能顯示，“預 檢 測”與“開始實驗”為兩個按鈕，當虛擬繼電保護測試儀與虛擬繼電保護裝置完成接線以后，首先不要按下“開始實驗”按鈕，要先按下“預檢測”按鈕。按下“預檢測”按鈕后，虛擬繼電保護測試儀中對應的硬件，即數(shù)據(jù)采集卡 1 并不發(fā)生模擬量和數(shù)字量，也就沒有電量加在數(shù)據(jù)采集卡 2 上，也即虛擬繼電保護裝置

上，由于并沒有 電 量 存 在，不 會 燒 壞 硬 件。打 開 計 算 機 2，進 入 主 程 序，進入界面情況見圖 3。按 下“DL-32電流繼電器”按鈕后，進入界面情況如圖 4，其 中“顯 示 界 面 部 分”用 來 模 擬 DL-32 型 電 流 繼 電器。開始實驗時，按照下列步驟進行。

( 1) 打開計算機 1 和計算機 2，分別進入計算機 1 和計算機 2 的主程序，然后在計算機 2 上選擇需要進行實驗的繼電保護裝置，這里選擇“DL-32 電流繼電器”，此時，LED 顯示屏 1 和 LED 顯示屏 2 按照繼電保護實驗需求( 程序事先設定) 進行顯示，這樣的目的是使虛擬儀器的硬件標識更加清楚。

( 2) 按照實驗原理接線( 即圖 5 的接線) 。

( 3) 接線完成后，點擊計算機 1 此時界面中的“預檢測”按鈕，由于計算機 1 與計算機 2 具有通訊關系，此時，計算機 2 也會按照事先程序預定進行。計算機 2 中程序控制使數(shù)據(jù)采集卡 6 上的端子: Y6-1和 Y6-4 產(chǎn)生電流，并且電流數(shù)值不相同，比如 Y6-1 上電流為 5mA，Y6-4 上的電流為 10mA。數(shù)據(jù)采集

卡 3 的常開接點 1 和 3 閉合，數(shù)據(jù)采集卡 4 的常開接點 1 和 4 閉合。此時，如果實驗操作者接線正確，則數(shù)據(jù)采集卡 5 的端子 Y5-1 上接收到 10mA 的電流，端子 Y5-2 上接收到 5mA 的電流，數(shù)據(jù)采集卡 5 把這個數(shù)據(jù)傳送到計算機 1。計算機 1 中預先編制好的程序如果判定數(shù)據(jù)采集卡 5 的端子 Y5-1 上接收到10mA 的電流，端子 Y5-2 上接收到 5mA 的電流，則認為接線正確，否則認為接線錯誤。

( 4) 如果計算機 1 判定接線錯誤，則實驗操作者需要檢查接線，檢查并且調整接線后再進行以上步驟。如果計算機 1 判定接線正確，則提示實驗操作者，可以進行下一步。

( 5) 完成“預檢測”后，按下“開始實驗”按鈕，此時，數(shù)據(jù)采集卡 6 上不再發(fā)生電流，數(shù)據(jù)采集卡 3 和數(shù)據(jù)采集卡 4 的常開接點再次打開。數(shù)據(jù)采集卡 1 由計算機 1 的程序控制，加上相應的電流，可以進行正常實驗。

以上的檢測中，之所以只檢測 I a 與 In 的接線是否正確，是因為這兩個接線端子位電流，如果接錯線會對儀器造成損壞，而無源端子即使接錯線，也不會產(chǎn)生損壞元器件的致命錯誤。這里，設計為不檢測，首先可以節(jié)約硬件，其次由于繼電保護實驗中接線方法可能并不**，這樣檢測會大大占用硬件和軟件資源。

3 結語

在實驗室的實際運行中，本裝置的優(yōu)點是非常突出的。

首先，培訓學員來自不同的現(xiàn)場，由于繼電保護裝置種類多、生產(chǎn)廠家多，如果建設普通繼電保護實驗室，必須投入大量資金、占用大面積的實驗室資源，而虛擬繼電保護實驗裝置則有效地解決了這個問題。

其次，隨著繼電保護技術的發(fā)展，必將涌現(xiàn)出更多的新型繼電保護裝置，如果使用傳統(tǒng)繼電保護裝置，是不容易進行擴展的［5］，使用虛擬繼電保護實驗裝置后，只需要改動計算機軟件就可以生成新型繼電保護裝置，靈活性好。

再次，本虛擬繼電保護裝置使用 LED 顯示屏標識接線端子，更為直觀。而且具有錯誤接線報警功能，有效地防止了硬件的損壞，延長了裝置的壽命。

但是，虛擬繼電保護實驗裝置也有缺點，主要是在外觀上和現(xiàn)場實際繼電保護裝置差異很大，不過，如果培訓學員摒棄心理上的因素，外觀問題其實對培訓效果沒有任何影響。