1 引言
继电保护装置是反映电力系统中电气设备故障或者不正常工作状态，而作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置［1］。根据规程规定，任何电气设备在没有继电保护装置的情况下，是不允许投入运行的［2］。
为了保证继电保护装置的正确工作，在研制、生产、安装验收、定期和补充检验各个阶段，都需要十分认真地对继电保护装置进行试验［3］。继电保护试验人员的水平直接会影响继电保护装置的试验结果，因此，需要建立继电保护实验室以供试验人员进行训练学习，以提高试验水平。
继电保护装置种类繁多，建设一个功能齐全的实验室需要占用很大的实验室面积; 继电保护装置价格昂贵，尤其是超高压特高压设备的保护装置，价格特别昂贵，建设继电保护实验室花费巨大; 继电保护装置更新换代快，随着现场实际设备的更新换代，实验室继电保护装置也需要更新换代，建设压力巨大。
因此，能以较少的资金、较小的占地面积建设继电保护实验室，是非常有必要的。
2 虚拟继电保护装置的构成原理与方法
本文提出一种基于虚拟仪器的多功能型继电保护实验套装，由本套装一套设备即可完成所有需要的继电保护装置的实验，并可以进行功能扩展，开发新的继电保护装置，以完成继电保护装置的更新换代的实验需要［4］。
本文提出的装置需要的软件采用 NI 公司的 LabVIEW 软件，当然也可以采用其他虚拟仪器编程软件。硬件部分包括两台计算机、六块数据采集卡( 其中两块既具有模拟量输入、输出功能，也具有数字量输入、输出功能; 一块只具有模拟量输入功能; 一块只具有模拟量输出功能; 还有另外两块只具有数字量输入、输出功能) 和两块 LED 显示屏，如图 1 所示。
计算机 1 用来构成继电保护测试仪; 计算机 2 用来构成继电保护装置; 数据采集卡 1 用来配合计算机 1 构成继电保护测试仪，这块采集卡既具有模拟量输入、输出功能，也具有数字量输入、输出功能; 数据采集卡 2 用来配合计算机 2 构成继电保护装置，这块采集卡既具有模拟量输入、输出功能，也具有数
字量输入、输出功能; 数据采集卡 3 只有数字量输入、输出功能，用来配合计算机 1、2 判断继电保护试验中的接线是否正确; 数据采集卡 4 只有数字量输入、输出功能，用来配合计算机 1、2 判断继电保护试验中的接线是否正确; 数据采集卡 5 只有模拟量输入功能，用来配合计算机 1 判断继电保护试验中的接线是否正确; 数据采集卡 6 只有模拟量输出功能，用来配合计算机 2 判断继电保护试验中的接线是否正确; LED 显示屏 1 用来显示在计算机 1 执行某个程序时，数据采集卡 1 的端子位对应的继电保护测试仪端子; LED 显示屏 2 用来显示在计算机 2 执行某个程序时，数据采集卡 2 的端子位对应的继电保护装置端子。
图 2 虚拟继电保护装置
操作软件主界面
计算机 1 的软件程序主要包括三个部分，**部分为虚拟继电保护测试仪的驱动程序，负责启动数据采集卡 1 的相关部分; **部分为 LED 显示屏的驱动程序，负责启动 LED 显示屏 1 的字幕显示; 第三部分为预检测程序，负责启动数据采集卡 3 和数据采集卡 5 的相关部分，用来判断是否正确接线。计算机 2 的软件程序主要也包括三个部分，**部分为虚拟继电保护装置的驱动程 序，其中包括若干个子程序，负 责 启 动 数 据 采 集 卡 2的相关部分，每个子程序使数据采集卡 2 对应的实际继电保护装置硬件含义不同，启动不同的子程序则数据采集卡 2 和计算机 2 配合，成为不同的虚拟继电保护装置; **部分为 LED 显示屏的驱动程序，负责启动 LED 显示屏 2 的字幕显示，也包括若干个子程序，每个子程序使 LED 显示屏 2 显示不同的字幕，启动不同的子程序则 LED 显示屏 2 用来显示此时数据采集卡 2 接线端子对应的实际继电保护装置的端子内容; 第三部分为预检测程序，负责启动数据采集卡 4 和数据采集卡 6 的相关部分，用来判断是否正确接线。
为了能更清楚地说明本装置，下面举具体例子说明。现在需要用本继电保护实验套装进行 DL-32型电流继电器动作特性实验。首先打开计算机 1，进入主程序，进入界面情况见图 2。显示界面 1 部分完全和真实的继电保护测试仪相同，主要包括 电 压、电 流、数 字 量 输 入、输出等功能显示，“预 检 测”与“开始实验”为两个按钮，当虚拟继电保护测试仪与虚拟继电保护装置完成接线以后，首先不要按下“开始实验”按钮，要先按下“预检测”按钮。按下“预检测”按钮后，虚拟继电保护测试仪中对应的硬件，即数据采集卡 1 并不发生模拟量和数字量，也就没有电量加在数据采集卡 2 上，也即虚拟继电保护装置
上，由于并没有 电 量 存 在，不 会 烧 坏 硬 件。打 开 计 算 机 2，进 入 主 程 序，进入界面情况见图 3。按 下“DL-32电流继电器”按钮后，进入界面情况如图 4，其 中“显 示 界 面 部 分”用 来 模 拟 DL-32 型 电 流 继 电器。开始实验时，按照下列步骤进行。
( 1) 打开计算机 1 和计算机 2，分别进入计算机 1 和计算机 2 的主程序，然后在计算机 2 上选择需要进行实验的继电保护装置，这里选择“DL-32 电流继电器”，此时，LED 显示屏 1 和 LED 显示屏 2 按照继电保护实验需求( 程序事先设定) 进行显示，这样的目的是使虚拟仪器的硬件标识更加清楚。
( 2) 按照实验原理接线( 即图 5 的接线) 。
( 3) 接线完成后，点击计算机 1 此时界面中的“预检测”按钮，由于计算机 1 与计算机 2 具有通讯关系，此时，计算机 2 也会按照事先程序预定进行。计算机 2 中程序控制使数据采集卡 6 上的端子: Y6-1和 Y6-4 产生电流，并且电流数值不相同，比如 Y6-1 上电流为 5mA，Y6-4 上的电流为 10mA。数据采集
卡 3 的常开接点 1 和 3 闭合，数据采集卡 4 的常开接点 1 和 4 闭合。此时，如果实验操作者接线正确，则数据采集卡 5 的端子 Y5-1 上接收到 10mA 的电流，端子 Y5-2 上接收到 5mA 的电流，数据采集卡 5 把这个数据传送到计算机 1。计算机 1 中预先编制好的程序如果判定数据采集卡 5 的端子 Y5-1 上接收到10mA 的电流，端子 Y5-2 上接收到 5mA 的电流，则认为接线正确，否则认为接线错误。
( 4) 如果计算机 1 判定接线错误，则实验操作者需要检查接线，检查并且调整接线后再进行以上步骤。如果计算机 1 判定接线正确，则提示实验操作者，可以进行下一步。
( 5) 完成“预检测”后，按下“开始实验”按钮，此时，数据采集卡 6 上不再发生电流，数据采集卡 3 和数据采集卡 4 的常开接点再次打开。数据采集卡 1 由计算机 1 的程序控制，加上相应的电流，可以进行正常实验。
以上的检测中，之所以只检测 I a 与 In 的接线是否正确，是因为这两个接线端子位电流，如果接错线会对仪器造成损坏，而无源端子即使接错线，也不会产生损坏元器件的致命错误。这里，设计为不检测，首先可以节约硬件，其次由于继电保护实验中接线方法可能并不**，这样检测会大大占用硬件和软件资源。
3 结语
在实验室的实际运行中，本装置的优点是非常突出的。
首先，培训学员来自不同的现场，由于继电保护装置种类多、生产厂家多，如果建设普通继电保护实验室，必须投入大量资金、占用大面积的实验室资源，而虚拟继电保护实验装置则有效地解决了这个问题。
其次，随着继电保护技术的发展，必将涌现出更多的新型继电保护装置，如果使用传统继电保护装置，是不容易进行扩展的［5］，使用虚拟继电保护实验装置后，只需要改动计算机软件就可以生成新型继电保护装置，灵活性好。
再次，本虚拟继电保护装置使用 LED 显示屏标识接线端子，更为直观。而且具有错误接线报警功能，有效地防止了硬件的损坏，延长了装置的寿命。
但是，虚拟继电保护实验装置也有缺点，主要是在外观上和现场实际继电保护装置差异很大，不过，如果培训学员摒弃心理上的因素，外观问题其实对培训效果没有任何影响。
