浅谈变电站继电保护测试系统

1 概述

基于DL/T 860标准的数字式继电保护测试仪的开发与应用对提高继电保护测试水平，防止继电保护及安全自动装置不正确动作，保障电网安全运行有着重要的现实意义。随着我国电力行业的发展及新技术的应用，智能变电站成为未来变电站的发展趋势，并成为坚强智能电网中的重要组成部分，同时，对新型继电保护装置和IED的测试提出了新的要求。针对该类问题，文章介绍了一种智能变电站继电保护测试系统。

2 变电站继电保护测试系统结构

一种变电站继电保护测试系统，包括上位机模块和下位机模块，所述的下位机系统包括控制单元、可编程逻辑器件、通讯单元和接口电路，所述下位机通过通讯单元与上位机进行通信，所述控制单元与可编程逻辑器件通过PCIE总线连接，所述接口电路与可编程逻辑器件连接。所述的上位机系统包括状态序列模块、光数字测试模块、整组试验模块、递变滑差模块、谐波试验模块、时间特性模块、阻抗边界模块、线路保护模块、差动试验模块、并列同期模块、故障再现模块、低周低压减载模块、振荡试验模块。所述光数字测试模块用于收发采样值报文、GOOSE报文，并能进行GOOSE传输延时测试。所述差动试验模块用于比率制动边界搜索、比率制动定点测试和谐波制动边界搜索。所述状态序列模块可设置50个状态，引起状态切换可通过时间触发、开入量触发、手动触发或GPS触发。所述递变滑差模块模拟一个按步长变化或者按滑差变化的过程，用于测试保护装置的动作值、返回值、闭锁值。所述并列同期模块用于测试同期装置的电压、频率、角度的动作值，电压、频率的闭锁值，导前角和导前时间，电气零点，完成电压、频率脉宽测试。所述的接口电路包括光纤以太网收发接口、光串口收发接口、信号模拟量接口、硬接点开关量接口、对时信号接口。所述对时接口提供IRIG-B/PPS光串口输入。所述光纤以太网收发接口具有八个。

3 变电站继电保护测试效果

可以实现多种报文的发送和接收解析可发送IEC60044-8（FT3）、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2 和 GOOSE 报文，同时具备接收解析上述各种格式报文的能力，并将数据以图表的形式显示出来，并能解析IEC60044-8（FT3）格式报文。本装置具有IEC60044-8（FT3）报文接收端口，可以解析IEC60044-8（FT3）报文，并统计其中的信息，以数据和图表的方式显示在上位机界面上，使得捕捉IEC60044-8（FT3）报文数据更加直观；具有网络及报文异常仿真通过软件仿真，可进行丢帧、错序、失步、网络阻塞、假数据、置品质位无效、置同步位失步等多种网络及报文模拟测试，评判保护装置在各种异常情况下动作性能，校验保护动作行为是否与其设计原理一致，避免在实际运行中发生上述情况时，保护装置发生误动或拒动。具有丰富的数据统计信息，提供波形图、时序图、相量图、序量图、谐波分析表、特性曲线、测试曲线等多种图表，实时跟踪试验进度，随时掌控试验信息，直观简洁。

提供多达8个光网口，对于一个具有4个分支的变压器的保护装置，可以实现一次接线、一次配置即完成变压器差动特性测试，测试过程中不用更改连线和保护装置的定值，试验过程自动进行，只需一次操作即可完成，极大的提高了变压器多侧差动测试的效率。实现了符合61850通信规约的数据集、定值组服务、报告服务、控制服务、文件服务。可通过MMS报文实时获取保护装置的定值信息和投退保护装置的软压板，在保护装置与测试仪位置较远时，提高了试验配置和试验过程的时间。光数字报文的发送不再是基于传统的定时器机制，而是基于**时标机制。测试仪发送的每一个采样点都带有两个**时标，分别指明该采样点的采样时刻和发送时刻，其中，采样时刻用于指示何时计算采样值，发送时刻用于指明该采样点何时发送。采样点的发送由FPGA硬件实现，该采样点先缓存到FPGA的缓存区中，FPGA每个时钟周期都会比较缓冲区内采样点的发送时刻与当前时刻的值，当发现发送时刻大于等于当前时刻时，将该采样点发送出去。采用这种**时标的同步原理，其*大的优点就是采样时刻和发送时刻可以按照需要随意调整，能有效的模拟多个MU的采样频率抖动和延时抖动，极大的扩展了继电保护测试仪的功能。采用XML作为内部通信、数据交换的载体。

4 具体实施方式介绍

智能变电站继电保护测试系统，由上位机系统和下位机系统两部分组成，提供人机界面，实现试验配置、试验流程控制、试验进度及状态显示、试验结果分析及生成试验报告；下位机系统由PowerPC+FPGA+VxWorks 嵌入式系统和多个外围接口电路组成，完成试验数据的实时计算和输入输出；所述的接口电路包括光纤以太网收发接口、光串口收发接口、开关量硬接点接口、小信号模拟量接口、各种对时信号接口。上位机系统与下位机系统之间通过以太网接口通信或WiFi通信。CPU与上位机系统通信之间的通信方式有两种，分别是10/100M电以太网通信和WiFi通信，从而可以支持移动设备，如笔记本和平板电脑等。同时，下位机系统还提供一个10/100M电以太网，可以通过MMS报文和被测装置交换信息，扩展了继电保护测试仪的功能。所述的下位机系统由CPU、可编程逻辑器件FPGA、各种接口电路及其它外围芯片组成，FPGA与CPU之间通过PCIE 总线交换数据，带宽高达4Gbits/s，非常适用于智能变电站继

电保护测试仪这种需要传递大量数据的应用场合，所述的FPGA主要完成各种接口电路与CPU之间的数据交换、硬件时标处理、数字报文发送时间控制。所述的CPU上运行嵌入式实时操作系统VxWorks，主要完成试验数据实时计算、各种数据及报文生成与收发、试验流程控制、对时和计时、与上位机系统通信、与被测装置通信作用。所述的上位机系统提供了13个测试模块，每个试验模块都可打开动态录波示波功能。各个测试模块分别完成一种或几种同类试验，可以在工程中插入任意种类和数量的试验模块。

5 结束语

文章介绍涉及一种变电站继电保护测试系统，属于电力控制自动化技术领域，该系统包括上位机模块和下位机模块，所述的下位机系统包括控制单元、可编程逻辑器件、通讯单元和接口电路，所述下位机通过通讯单元与上位机进行通信，所述控制单元与可编程逻辑器件通过PCIE总线连接，所述接口电路与可编程逻辑器件连接。

采样时刻和发送时刻可以按照需要随意调整，能有效的模拟多个MU的采样频率抖动和延时抖动，极大的扩展了继电保护测试仪的功能，防止继电保护及安全自动装置不正确动作，提高了继电保护测试水平。