1 概述

基于DL/T 860標準的數(shù)字式繼電保護測試儀的開發(fā)與應用對提高繼電保護測試水平，防止繼電保護及安全自動裝置不正確動作，保障電網安全運行有著重要的現(xiàn)實意義。隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展及新技術的應用，智能變電站成為未來變電站的發(fā)展趨勢，并成為堅強智能電網中的重要組成部分，同時，對新型繼電保護裝置和IED的測試提出了新的要求。針對該類問題，文章介紹了一種智能變電站繼電保護測試系統(tǒng)。

2 變電站繼電保護測試系統(tǒng)結構

一種變電站繼電保護測試系統(tǒng)，包括上位機模塊和下位機模塊，所述的下位機系統(tǒng)包括控制單元、可編程邏輯器件、通訊單元和接口電路，所述下位機通過通訊單元與上位機進行通信，所述控制單元與可編程邏輯器件通過PCIE總線連接，所述接口電路與可編程邏輯器件連接。所述的上位機系統(tǒng)包括狀態(tài)序列模塊、光數(shù)字測試模塊、整組試驗模塊、遞變滑差模塊、諧波試驗模塊、時間特性模塊、阻抗邊界模塊、線路保護模塊、差動試驗模塊、并列同期模塊、故障再現(xiàn)模塊、低周低壓減載模塊、振蕩試驗模塊。所述光數(shù)字測試模塊用于收發(fā)采樣值報文、GOOSE報文，并能進行GOOSE傳輸延時測試。所述差動試驗模塊用于比率制動邊界搜索、比率制動定點測試和諧波制動邊界搜索。所述狀態(tài)序列模塊可設置50個狀態(tài)，引起狀態(tài)切換可通過時間觸發(fā)、開入量觸發(fā)、手動觸發(fā)或GPS觸發(fā)。所述遞變滑差模塊模擬一個按步長變化或者按滑差變化的過程，用于測試保護裝置的動作值、返回值、閉鎖值。所述并列同期模塊用于測試同期裝置的電壓、頻率、角度的動作值，電壓、頻率的閉鎖值，導前角和導前時間，電氣零點，完成電壓、頻率脈寬測試。所述的接口電路包括光纖以太網收發(fā)接口、光串口收發(fā)接口、信號模擬量接口、硬接點開關量接口、對時信號接口。所述對時接口提供IRIG-B/PPS光串口輸入。所述光纖以太網收發(fā)接口具有八個。

3 變電站繼電保護測試效果

可以實現(xiàn)多種報文的發(fā)送和接收解析可發(fā)送IEC60044-8（FT3）、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2 和 GOOSE 報文，同時具備接收解析上述各種格式報文的能力，并將數(shù)據(jù)以圖表的形式顯示出來，并能解析IEC60044-8（FT3）格式報文。本裝置具有IEC60044-8（FT3）報文接收端口，可以解析IEC60044-8（FT3）報文，并統(tǒng)計其中的信息，以數(shù)據(jù)和圖表的方式顯示在上位機界面上，使得捕捉IEC60044-8（FT3）報文數(shù)據(jù)更加直觀；具有網絡及報文異常仿真通過軟件仿真，可進行丟幀、錯序、失步、網絡阻塞、假數(shù)據(jù)、置品質位無效、置同步位失步等多種網絡及報文模擬測試，評判保護裝置在各種異常情況下動作性能，校驗保護動作行為是否與其設計原理一致，避免在實際運行中發(fā)生上述情況時，保護裝置發(fā)生誤動或拒動。具有豐富的數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息，提供波形圖、時序圖、相量圖、序量圖、諧波分析表、特性曲線、測試曲線等多種圖表，實時跟蹤試驗進度，隨時掌控試驗信息，直觀簡潔。

提供多達8個光網口，對于一個具有4個分支的變壓器的保護裝置，可以實現(xiàn)一次接線、一次配置即完成變壓器差動特性測試，測試過程中不用更改連線和保護裝置的定值，試驗過程自動進行，只需一次操作即可完成，極大的提高了變壓器多側差動測試的效率。實現(xiàn)了符合61850通信規(guī)約的數(shù)據(jù)集、定值組服務、報告服務、控制服務、文件服務?？赏ㄟ^MMS報文實時獲取保護裝置的定值信息和投退保護裝置的軟壓板，在保護裝置與測試儀位置較遠時，提高了試驗配置和試驗過程的時間。光數(shù)字報文的發(fā)送不再是基于傳統(tǒng)的定時器機制，而是基于**時標機制。測試儀發(fā)送的每一個采樣點都帶有兩個**時標，分別指明該采樣點的采樣時刻和發(fā)送時刻，其中，采樣時刻用于指示何時計算采樣值，發(fā)送時刻用于指明該采樣點何時發(fā)送。采樣點的發(fā)送由FPGA硬件實現(xiàn)，該采樣點先緩存到FPGA的緩存區(qū)中，F(xiàn)PGA每個時鐘周期都會比較緩沖區(qū)內采樣點的發(fā)送時刻與當前時刻的值，當發(fā)現(xiàn)發(fā)送時刻大于等于當前時刻時，將該采樣點發(fā)送出去。采用這種**時標的同步原理，其*大的優(yōu)點就是采樣時刻和發(fā)送時刻可以按照需要隨意調整，能有效的模擬多個MU的采樣頻率抖動和延時抖動，極大的擴展了繼電保護測試儀的功能。采用XML作為內部通信、數(shù)據(jù)交換的載體。

4 具體實施方式介紹

智能變電站繼電保護測試系統(tǒng)，由上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)兩部分組成，提供人機界面，實現(xiàn)試驗配置、試驗流程控制、試驗進度及狀態(tài)顯示、試驗結果分析及生成試驗報告；下位機系統(tǒng)由PowerPC+FPGA+VxWorks 嵌入式系統(tǒng)和多個外圍接口電路組成，完成試驗數(shù)據(jù)的實時計算和輸入輸出；所述的接口電路包括光纖以太網收發(fā)接口、光串口收發(fā)接口、開關量硬接點接口、小信號模擬量接口、各種對時信號接口。上位機系統(tǒng)與下位機系統(tǒng)之間通過以太網接口通信或WiFi通信。CPU與上位機系統(tǒng)通信之間的通信方式有兩種，分別是10/100M電以太網通信和WiFi通信，從而可以支持移動設備，如筆記本和平板電腦等。同時，下位機系統(tǒng)還提供一個10/100M電以太網，可以通過MMS報文和被測裝置交換信息，擴展了繼電保護測試儀的功能。所述的下位機系統(tǒng)由CPU、可編程邏輯器件FPGA、各種接口電路及其它外圍芯片組成，F(xiàn)PGA與CPU之間通過PCIE 總線交換數(shù)據(jù)，帶寬高達4Gbits/s，非常適用于智能變電站繼

電保護測試儀這種需要傳遞大量數(shù)據(jù)的應用場合，所述的FPGA主要完成各種接口電路與CPU之間的數(shù)據(jù)交換、硬件時標處理、數(shù)字報文發(fā)送時間控制。所述的CPU上運行嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks，主要完成試驗數(shù)據(jù)實時計算、各種數(shù)據(jù)及報文生成與收發(fā)、試驗流程控制、對時和計時、與上位機系統(tǒng)通信、與被測裝置通信作用。所述的上位機系統(tǒng)提供了13個測試模塊，每個試驗模塊都可打開動態(tài)錄波示波功能。各個測試模塊分別完成一種或幾種同類試驗，可以在工程中插入任意種類和數(shù)量的試驗模塊。

5 結束語

文章介紹涉及一種變電站繼電保護測試系統(tǒng)，屬于電力控制自動化技術領域，該系統(tǒng)包括上位機模塊和下位機模塊，所述的下位機系統(tǒng)包括控制單元、可編程邏輯器件、通訊單元和接口電路，所述下位機通過通訊單元與上位機進行通信，所述控制單元與可編程邏輯器件通過PCIE總線連接，所述接口電路與可編程邏輯器件連接。

采樣時刻和發(fā)送時刻可以按照需要隨意調整，能有效的模擬多個MU的采樣頻率抖動和延時抖動，極大的擴展了繼電保護測試儀的功能，防止繼電保護及安全自動裝置不正確動作，提高了繼電保護測試水平。