繼電保護(hù)微機(jī)型測(cè)試儀的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、繼電保護(hù)是當(dāng)電力系統(tǒng)中電氣元件或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,使故障元件免遭更大破壞,并使電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。繼電保護(hù)測(cè)試裝置通過輸出交流三相電壓、電流來模擬電力系統(tǒng)中的各種故障,并測(cè)試?yán)^電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置當(dāng)故障發(fā)生時(shí)對(duì)故障的響應(yīng)狀態(tài)和響應(yīng)速度,因?yàn)槔^電保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作的及時(shí)性、選擇性和準(zhǔn)確性將直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的要求也隨之提高,傳統(tǒng)電磁式繼

2、電保護(hù)測(cè)試裝置已很難對(duì)繼電保護(hù)裝置的各方面特性進(jìn)行全面測(cè)試,不再適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。 本文提出的RT-3繼電保護(hù)微機(jī)試驗(yàn)裝置是在充分調(diào)查和研究國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)測(cè)試裝置技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)測(cè)型繼電保護(hù)試裝置在模擬電力系統(tǒng)各種故障、故障再現(xiàn)、故障波形質(zhì)量、智能化綜合測(cè)試、測(cè)試裝置的校正和輸出監(jiān)視、測(cè)試的靈活性和可操作性等方面的技術(shù)要求,制定了研究和設(shè)計(jì)目標(biāo)。 在充分研究電力系統(tǒng)中各種故障本質(zhì)上異同

3、的基礎(chǔ)上,并考慮系統(tǒng)負(fù)載阻抗特性、線路分布參數(shù)和故障點(diǎn)接地電阻對(duì)故障響應(yīng)的影響等因素,建立了能夠真實(shí)反映電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的恒定電源(系統(tǒng))阻抗的故障仿真模型。根據(jù)繼電保護(hù)裝置在功能和定值測(cè)試方面的需要,針對(duì)各種繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)了方便快捷的測(cè)試方案和測(cè)試過程,實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的模塊化和自動(dòng)化,并設(shè)計(jì)出具有普遍適用性的兩種基本測(cè)試方法：順序測(cè)試和搜索測(cè)試。 論文根據(jù)當(dāng)前微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上存在的不足,RT-3繼電保

4、護(hù)微機(jī)試驗(yàn)裝置以充分發(fā)揮微型計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和微處理器硬件操作兩方面的優(yōu)勢(shì)為設(shè)計(jì)思想,建立了由微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器系統(tǒng)和功率驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是測(cè)試操作的主體,具有友好的操作界面、完備的顯示功能、直觀的操作控制平臺(tái)；微處理器系統(tǒng)由電流電壓波形輸出通道、開關(guān)量輸入輸出通道、信號(hào)檢測(cè)回送等單元構(gòu)成,完成故障模擬信號(hào)輸出、繼電保護(hù)動(dòng)作監(jiān)視和信號(hào)精度校驗(yàn)等功能；功率驅(qū)動(dòng)模塊則對(duì)微處理器系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行電流電壓驅(qū)動(dòng),以滿足

5、測(cè)試裝置在測(cè)試信號(hào)功率方面的要求。測(cè)試裝置中,以CPLD為基礎(chǔ)構(gòu)建了微處理器系統(tǒng),除了微處理器、存儲(chǔ)器等專用的功能性器件外,系統(tǒng)中的其它電路如系統(tǒng)控制、譯碼及讀寫控制、總線驅(qū)動(dòng)的控制、任意信號(hào)發(fā)生器AWG、IO接口等電路都在CPLD中實(shí)現(xiàn)。為了解決存儲(chǔ)器需求和微處理器尋址能力之間的矛盾,在研究了存儲(chǔ)器的擴(kuò)充方式后,提出了一種擴(kuò)充系統(tǒng)存儲(chǔ)器的方法,在微處理器64K存儲(chǔ)器尋址空間中,采用存儲(chǔ)器映象(memory mapping)技術(shù),配置了

6、總?cè)萘砍^lM的系統(tǒng)存儲(chǔ)器,并且保持了處理器對(duì)存儲(chǔ)器操作的靈活性。 繼電保護(hù)微機(jī)測(cè)試裝置的核心是通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生模擬電力系統(tǒng)故障狀態(tài)的三相電流和電壓信號(hào),信號(hào)的質(zhì)量將直接影響繼電保護(hù)微機(jī)測(cè)試裝置的性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)具有幅值和相位變換靈活、高頻率分辨率和頻率穩(wěn)定性的任意波形發(fā)生器AWG是繼電保護(hù)微機(jī)測(cè)試裝置的關(guān)鍵。論文首先利用Labview總諧波失真模塊分析了D/A轉(zhuǎn)換器的字寬和數(shù)據(jù)輸出速率與信號(hào)波形質(zhì)量之間的關(guān)系,為AWG中D/

7、A轉(zhuǎn)換器電路參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。在AWG的設(shè)計(jì)中,應(yīng)用了直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù),以硬件電路取代了計(jì)算機(jī)的軟件控制,使AWG操作靈活、功能強(qiáng)、技術(shù)指標(biāo)高、信號(hào)穩(wěn)定度好。采用了級(jí)連模式的在D/A轉(zhuǎn)換器,使AWG在全量程范圍內(nèi)都保證信號(hào)輸出的高分辨率。應(yīng)用DDS技術(shù)設(shè)計(jì)的頻率合成器為AWG提供了高質(zhì)量的頻率信號(hào)源,使AWG產(chǎn)生的周期信號(hào)在較大的頻率范圍內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào),并具有很高的頻率分辨力。在研究分析電力系統(tǒng)中電磁干擾源和干擾傳播途

8、徑的基礎(chǔ)上,RT-3繼電保護(hù)微機(jī)測(cè)試裝置在硬件和軟件的設(shè)計(jì)中采取了一系列抗干擾措施。針對(duì)電源中的尖峰沖擊、高頻脈沖干擾,采用瞬變電壓抑制器、電源濾波器和電路串接鐵氧體磁環(huán)等措施抑制干擾。在信號(hào)輸入輸出通道采取濾波、隔離、屏蔽、接地等措施,一方面消除、抑制電磁干擾,同時(shí)也有效地減小系統(tǒng)自身產(chǎn)生的輻射干擾。在軟件設(shè)計(jì)中,應(yīng)用防止系統(tǒng)因干擾而死機(jī)的程序設(shè)計(jì)方法、程序的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性設(shè)計(jì)等軟件抗干擾技術(shù),對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出通道采取

9、數(shù)據(jù)濾波等增強(qiáng)系統(tǒng)整體抗干擾能力的方法。 經(jīng)過兩年多的工作,RT-3繼電保護(hù)微機(jī)測(cè)試裝置已基本完成了預(yù)期的目標(biāo),在建立較完善的故障模型的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的諧波疊加、任意周期幅頻特性和線性度、測(cè)量精度和系統(tǒng)自校正等方面的技術(shù)指標(biāo),能夠模擬輸出電力系統(tǒng)各種周期性或非周期性故障狀態(tài),完成繼電保護(hù)裝置單項(xiàng)和智能化綜合項(xiàng)目的測(cè)試,并且裝置具有體積小、功能強(qiáng)、性能指標(biāo)高、保密性強(qiáng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)中兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性,裝置的抗干擾能力強(qiáng),具有