主頁 > 技術(shù)文章 > 電力系統(tǒng)自動化繼電保護(hù)裝置測試研究分析 2024-10-15

電力系統(tǒng)自動化繼電保護(hù)裝置測試研究分析

摘要：簡單扼要地介紹了繼電保護(hù)測試裝置的類型、發(fā)展階段和測試的基本原理;重點(diǎn)研究分析了采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的自動化繼電保護(hù)裝置的測試技術(shù),包括與傳統(tǒng)測試技術(shù)的差別、搭建方法和統(tǒng)一建模的繼電保護(hù)測試裝置的組建方法。
        電力自動化系統(tǒng)的發(fā)展在很大程度上受繼電保護(hù)裝置技術(shù)的制約[1],因而加快繼電保護(hù)裝置技術(shù)的發(fā)展是十分迫切和必要的,然而繼電保護(hù)裝置的發(fā)展離不開測試技術(shù)的進(jìn)步。繼電保護(hù)測試就是進(jìn)行繼電保護(hù)試驗(yàn)和測量繼電保護(hù)的特性參數(shù)[2],在保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行方面起著重要作用。本文針對繼電保護(hù)測試技術(shù)的發(fā)展,介紹了繼電保護(hù)測試裝置的基本原理,并研究分析了自動化繼電保護(hù)裝置的測試技術(shù)特點(diǎn)。
1、繼電保護(hù)測試裝置的類型和發(fā)展階段：
    1.1 繼電保護(hù)測試裝置的類型[3]
    第一種類型由功能強(qiáng)大的仿真軟件包和先進(jìn)的實(shí)時數(shù)字仿真器件組成,主要模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程。其特點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電力系統(tǒng)元件模型庫較齊全,應(yīng)用面廣,但價格昂貴。比較典型的有法國DTNA數(shù)字暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀、西門子NETOMA電力系統(tǒng)仿真軟件包等。
    第二種類型是針對某一類專門用途而設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡單,便于攜帶,價格較便宜的特點(diǎn)。
    1.2繼電保護(hù)測試裝置的發(fā)展階段[2,3,4]
    第一代微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)儀,以單片機(jī)為智能控制器,計(jì)算速度較慢,精度較差。
    第二代微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)儀,以PC機(jī)(筆記本電腦)做為智能控制器,采用DOS操作系統(tǒng),具有較強(qiáng)的計(jì)算功能,精度能達(dá)到0.5級。
    第三代微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)儀,以PC機(jī)和串口為硬件基礎(chǔ);軟件采用Windows界面,界面友好;功能模塊化,具有可擴(kuò)展電壓、電流插件,能實(shí)現(xiàn)連續(xù)變頻。
    第四代微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)儀,充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù),具有良好的技術(shù)支持、方便的用戶服務(wù)及靈活的硬件擴(kuò)展特點(diǎn);性能高、精度高,能實(shí)現(xiàn)實(shí)時仿真,可自動生成試驗(yàn)報告,具有輔助專家功能等。
2、繼電保護(hù)測試裝置的基本原理[3,4]
    繼電保護(hù)測試裝置一般由主機(jī)(下位機(jī))、計(jì)算機(jī)(上位機(jī))及輔助設(shè)備組成。
    主機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)的電流、電壓信號經(jīng)過內(nèi)部處理轉(zhuǎn)化成所設(shè)定測試條件下的電流、電壓信號,加載到被試驗(yàn)的繼電保護(hù)裝置上,檢測其邏輯功能和動作特性,并且根據(jù)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 7261-2008《繼電保護(hù)和安全自動裝置基本試驗(yàn)方法》)對測試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定和評價。
繼電保護(hù)測試裝置的試驗(yàn)方式分手動和自動試驗(yàn)兩種。手動試驗(yàn)可以通過主機(jī)上的手動控制開關(guān),使變量按設(shè)置的步長進(jìn)行增減,也可以通過計(jì)算機(jī)上的鼠標(biāo)和鍵盤上的功能鍵來完成變量的遞增或遞減。自動試驗(yàn)是通過計(jì)算機(jī)的軟件,將試驗(yàn)項(xiàng)目全部試驗(yàn)過程中所有參數(shù)變化的要求進(jìn)行編程,自動完成產(chǎn)品的試驗(yàn)。
3、自動化繼電保護(hù)裝置測試技術(shù)的研究分析
    3.1數(shù)字化繼電保護(hù)裝置與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的差別[5,6]
    隨著IEC61850規(guī)約的推廣和智能電氣設(shè)備的發(fā)展,電氣系統(tǒng)自動化繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了新的數(shù)字化階段。符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化保護(hù)裝置與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)上有著相當(dāng)大的差別,其差別體現(xiàn)在以下幾個方面:
    1）.硬件差別。傳統(tǒng)保護(hù)由模擬量輸入接口單元、開關(guān)量輸入輸出接口、數(shù)據(jù)處理單元、人機(jī)接口、通信接口等組成。采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)則由光接口單元、中央處理單元、開入開出單元、人機(jī)接口和通信接口等組成。
    2）.產(chǎn)品檢測方式的不同。⑴裝置測量準(zhǔn)確度方面。傳統(tǒng)方式通過PT/CT交流采樣,而IEC61850的方式是接收過程層送來的數(shù)字信號——光PT/CT或者電子式PT/CT。⑵SOE分辨率試驗(yàn)。傳統(tǒng)方式的考核對象是繼電保護(hù)裝置。IEC61850方式的考核對象是過程層數(shù)字模塊。
    3）.時間同步性。IEC61850要求測試系統(tǒng)的各個單體光數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)字保護(hù)設(shè)備等之間信號的傳輸必須滿足同步性要求。傳統(tǒng)模式?jīng)]有要求一定同步。
    4）.實(shí)時性要求。IEC61850要求閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)滿足實(shí)時性要求。傳統(tǒng)模式?jīng)]有這種要求。
    由于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化保護(hù)裝置與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)上的巨大差別,傳統(tǒng)的測試技術(shù)不能用于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化保護(hù)裝置。
    3.2數(shù)字化繼電保護(hù)測試系統(tǒng)的搭建方法[6,7]
    數(shù)字化繼電保護(hù)對測試系統(tǒng)的基本要求有3點(diǎn):⑴能夠輸出基于IEC 61850-9標(biāo)準(zhǔn)的采樣值報文,并且能夠模擬電力系統(tǒng)的各種故障,故障參數(shù)可以設(shè)置;⑵能夠發(fā)送GOOSE報文給被測裝置,模擬變電位置信息、閉鎖信號等各種開入量信息;⑶能夠接收被測裝置發(fā)送的GOOSE報文并正確解析,給出GOOSE報文攜帶的信息。
    在數(shù)字化繼電保護(hù)測試系統(tǒng)中必須有光速據(jù)轉(zhuǎn)化裝置(合并裝置)將模擬信號轉(zhuǎn)化為GOOSE報文傳送給被測繼電保護(hù)裝置,同時接收被測繼電保護(hù)裝置發(fā)出的GOOSE動作信號并解析為開關(guān)模擬量信號.并反饋至繼電保護(hù)測試儀,以此形成數(shù)字繼電保護(hù)裝置的閉環(huán)測試系統(tǒng)。
    3.3統(tǒng)一建模的繼電保護(hù)測試裝置[8-10]
    電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜化和智能化,微機(jī)型智能繼電保護(hù)測控裝置的種類也日趨多樣化。元件保護(hù),線路保護(hù),輔助保護(hù),智能配網(wǎng)終端及用于測量控制的各類測控裝置層出不窮。在這種情況下需要提供統(tǒng)一的整機(jī)自動測試平臺。圖2是統(tǒng)一建模的繼電保護(hù)測試裝置示意圖。
    圖2 統(tǒng)一建模的繼電保護(hù)測試裝置示意圖
    統(tǒng)一建模的系統(tǒng)要求:⑴測試儀必須具有全自動,全閉環(huán)校驗(yàn)的能力;⑵測試儀本身需要具有數(shù)據(jù)通訊的能力,可以接收命令和執(zhí)行命令,并接受上位機(jī)的控制。
    用一臺主機(jī)同時控制多臺測試儀一起工作。每一臺測試儀調(diào)試一臺保護(hù)裝置,測試結(jié)束后,各臺測試儀通過數(shù)據(jù)通信,將測試結(jié)果上送到主機(jī),形成歷史文檔。如果和保護(hù)測控裝置的條形碼識別系統(tǒng)結(jié)合,其歷史記錄將更加完整。采用這樣的調(diào)試方式,可以最大限度的減少調(diào)試人員的工作量,實(shí)現(xiàn)對大批量測試對象的測試。中央控制PC機(jī)在開始調(diào)試之前對每臺測試儀進(jìn)行單獨(dú)的遠(yuǎn)程配置,并將測試方案導(dǎo)入到相應(yīng)的測試儀中,設(shè)置測試標(biāo)準(zhǔn);在調(diào)試過程中,對多臺測試儀的調(diào)試過程進(jìn)行集中監(jiān)控管理;調(diào)試結(jié)束后,對每臺被測試儀完成調(diào)試報告并且存入數(shù)據(jù)庫。所以,在整機(jī)調(diào)試線上,只要有一位管理員控制中央控制PC機(jī),即可同時對多臺裝置進(jìn)行全自動調(diào)試。
    開發(fā)這樣的系統(tǒng)主要在于開發(fā)繼電保護(hù)測試裝置各類I/O接口插件和整機(jī)測試模型組態(tài)軟件�；跀�(shù)字化繼電保護(hù)裝置的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)并不困難,關(guān)鍵是整機(jī)測試模型組態(tài)軟件的開發(fā)。
    軟件系統(tǒng)可以使用三層體系結(jié)構(gòu):⑴界面層。界面層上按照用戶使用的位置不同分為遠(yuǎn)程界面部分和現(xiàn)場界面部分,分別對應(yīng)于遠(yuǎn)程工作站和現(xiàn)場控制上位機(jī)。⑵邏輯層。邏輯層中包含了所有本系統(tǒng)的核心模塊,每個模塊都是按面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想對其功能進(jìn)行封裝,被上層的界面層的操作來調(diào)用,其結(jié)果返回給界面或是存入數(shù)據(jù)庫中。⑶數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層即數(shù)據(jù)庫存儲部分,可以用系統(tǒng)自帶的單機(jī)型數(shù)據(jù)庫,也可使用聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)庫。
4、結(jié)論：
自動化繼電保護(hù)裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越普遍,對該裝置的安裝校驗(yàn)和定期檢驗(yàn)日益成為一項(xiàng)繁重的工作,研究和采用新的適應(yīng)當(dāng)前和今后繼電保護(hù)裝置的測試系統(tǒng)的方法十分重要,也具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

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