CN104237681A - 数字化继电保护测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型数字化继电保护测试设备，包括具有暂态实时仿真插件、合并单元插件、智能终端插件、通信故障设置插件、I/O插件，其中暂态实时仿真插件、合并单元插件、智能终端插件、通信故障设置插件通过以太网光纤通信接口连接，所述的设备在硬件上共用一个机箱，本发明能够对数字化继电保护进行更为全面、有效地测试；所述的设备做到了在完成对数字化继电保护测试的前提下，有效地减少了测试平台的建设成本；通过本发明真实地模拟了数字化变电站过程层通信网络可能出现的故障，确保了数字化继电保护在实际运行过程中的可靠性和安全性。

Description

数字化继电保护测试设备

技术领域

本发明涉及数字化变电站技术领域，具体来说是一种新型数字化继电保护测试设备。

背景技术

随着数字化变电站推广建设，电子式互感器、合并单元、智能化开关等新型设备被引入变电站，这些新型设备的出现及应用，不仅提高了数字化变电站内部组织和分配信息的灵活性，而且促进了电气设备向紧凑化、模块化和智能化的方向发展，为继电保护和控制等二次设备的发展带来了新的变革，同时意味着对二次设备的测试手段将发生显著变化。

目前，市场上针对数字化变电站继电保护的测试装置主要为数字化继电保护测试仪。数字化继电保护测试仪通过以太网通信方式取代了原有的电缆连接方式，以按照IEC61850的9-2规范的采样值报文方式取代传统的电磁式互感器电信号方式，以GOOSE报文方式取代传统的开关状态信号方式。数字化继电保护测试仪已初步具备对数字化继电保护的测试功能，但由于其未与所测试的继电保护形成闭环回路，且忽视了过程层通信网络等环节对继电保护的影响，故其在对数字化继电保护的整体测试方面上具有一定的局限性。

为了弥补数字化继电保护测试仪存在的不足之处，国内外推出了动模试验方法。该试验采用实际物理设备动态模拟一次系统，并按照数字化变电站现场二次系统保护装置、控制装置的组织关系搭建了符合IEC61850的过程层与间隔层信息网络，在模拟各种故障的条件下，实现了对二次设备的有效测试。由于动模试验具有设备复杂、投资大，且难以实现现场测试，故其不适合于推广使用。

根据上述问题，为了对数字化继电保护进行更全面、更有效的测试，需要研究一种具有实用价值的数字化继电保护测试设备。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的是提供一种新型数字化继电保护测试设备，实现对数字化继电保护进行更为全面、有效地测试，以解决现有测试方案中存在的局限性。

本发明通过以下方案实现：一种数字化继电保护测试设备，包括暂态实时仿真插件、合并单元插件、智能终端插件、通信故障设置插件、I/O插件，所述暂态实时仿真插件通过以太网通信接口连接合并仿真插件及智能终端仿真插件，合并单元仿真插件通过以太网通信接口连接通信故障仿真插件，智能终端仿真插件以太网通信接口连接通信故障设置插件。

：所述插件由机箱加以包容，所述机箱为全封闭机箱，板间采用扣接方式连接。

所述插件由控制芯片、存储芯片、调试接口、以太网模块、配置芯片、电源模块、时钟芯片构成，调试接口、配置芯片、电源模块、时钟芯片、存储芯片、以太网模块分别连接控制芯片。

控制芯片至少由一块FPGA组成，在每个FPGA上设置以太网模块，以太网模块为以太网物理层芯片88E1111，由SFP光模块接口连接光纤。

调试接口包括JTAG和AS两种接口。

与现有技术相比，本发明提供了一种新型数字化继电保护测试设备，该设备与数字化继电保护装置构成的实时闭环测试系统，能够对数字化继电保护进行更为全面、有效地测试；该设备做到了在完成对数字化继电保护测试的前提下，有效地减少了测试平台的建设成本；更为重要的是通过所设计的通信故障设置插件真实地模拟了数字化变电站过程层通信网络可能出现的故障，如通信报文异常、报文超时、报文丢失等情况，突破了目前数字化保护测试仪无法对数字化继电保护装置在应对通信故障方面的能力进行有效测试的局限性，确保了数字化继电保护在实际运行过程中的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明的一种新型数字化继电保护测试设备整体结构示意图；

图2为本发明的一种新型数字化继电保护测试设备插件印制板核心单元结构设计示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种新型数字化继电保护测试设备，包括暂态实时仿真插件、合并单元插件、智能终端插件、通信故障设置插件、I/O插件、机箱。所述的暂态实时仿真插件核心为由多FPGA芯片构成的并行计算阵列，满足一次系统实时仿真的要求，其通过以太网通信接口将实时电压、电流仿真数据单向输出到合并单元插件；所述的合并单元插件接收来自暂态实时仿真插件的实时仿真数据，其采用单FPGA芯片作为控制芯片，将实时仿真数据按照IEC61850中9-2规范组成采样值报文，通过以太网通信接口将采样值报文发送至通信故障设置插件；所述的智能终端插件模拟数字化变电站开关设备的智能终端，其具有接受、解析GOOSE报文的能力，并将GOOSE报文中开关信息反馈回一次系统仿真装置，智能终端插件定时地从一次系统暂态实时仿真装置中读取开关状态，把其组织成GOOSE报文发送给二次设备，实现数字化变电站一、二次系统之间跳合闸信号和开关设备状态信息的交互；所述的通信故障设置插件连接于合并单元插件和智能终端插件与数字化继电保护之间，通过对过程层通信网络中传输的采样值报文和GOOSE报文进行处理，达到模拟过程层通信网络故障的目的；所述的I/O插件具有8路开关量输入通道和8路开关量输出通道，且各通道均采用了相应的抗干扰措施；所述的机箱为全封闭机箱，整体面板，板间采用扣接方式。在上述基础上，通过上位机配合，可以实现数字化继电保护的动态模拟试验、静态测试、暂态仿真闭环测试、定值校验等。

如图2所示，一种新型数字化继电保护测试设备，除I/O插件外，各插件印制板核心单元结构设计示意图，根据不同印制板插件的需求使用不同个数的控制芯片和以太网通信接口，其中控制芯片采用Altera公司的CycloneIII系列或CycloneIV GX系列可编程控制芯片FPGA，利用FPGA内部的高速收发器通道将印制板上的多个控制芯片连接起来，以太网通信接口采用Marvell公司的以太网物理层芯片88E1111，它完整支持IEEE802.3协议簇，具有全双工的10/100/1000BaseT自适应检测功能，由SFP光模块接口连接光纤。

所述的插件印制板核心单元结构在使用中还包括：

调试接口：与FPGA芯片连接，包括JTAG和AS两种接口，用于下载程序。

配置芯片：用于存储上位机下载的程序，由FPGA上电读取。

存储芯片：用于存储硬件装置的初始化设置信息。

电源模块：所有插件公用同一电源，每个插件由本身电源模块获得所需的不同等级的工作电压。

本发明的一种新型数字化继电保护测试设备，实现了一次系统的暂态实时仿真，为二次系统的真实物理设备提供了实时的电压、电流数据；该设备与数字化继电保护装置构成的实时闭环测试系统，能够对数字化继电保护装置进行更为全面、有效地测试；该设备做到了在完成对数字化继电保护测试的前提下，有效地减少了测试平台的建设成本；更为重要的是通过所设计的通信故障设置插件真实地模拟了数字化变电站过程层通信网络可能出现的故障，如通信报文异常、报文超时、报文丢失等情况，突破了目前数字化保护测试仪无法对数字化继电保护装置在应对通信故障方面的能力进行有效测试的局限性，确保了数字化继电保护在实际运行过程中的可靠性和安全性。所述的设备在硬件上共用一个机箱，对电磁干扰信号进行有效屏蔽，并有利于防尘防水。

Claims (5)

1.一种数字化继电保护测试设备，其特征在于：包括暂态实时仿真插件、合并单元插件、智能终端插件、通信故障设置插件、I/O插件，所述暂态实时仿真插件通过以太网通信接口连接合并仿真插件及智能终端仿真插件，合并单元仿真插件通过以太网通信接口连接通信故障仿真插件，智能终端仿真插件以太网通信接口连接通信故障设置插件。

2.根据权利要求1所述的数字化继电保护测试设备，其特征在于：所述插件由机箱加以包容，所述机箱为全封闭机箱，板间采用扣接方式连接。

3.根据权利要求1所述的数字化继电保护测试设备，其特征在于：所述插件由控制芯片、存储芯片、调试接口、以太网模块、配置芯片、电源模块、时钟芯片构成，调试接口、配置芯片、电源模块、时钟芯片、存储芯片、以太网模块分别连接控制芯片。

4.根据权利要求3所述的数字化继电保护测试设备，其特征在于：控制芯片至少由一块FPGA组成，在每个FPGA上设置以太网模块，以太网模块为以太网物理层芯片88E1111，由SFP光模块接口连接光纤。

5.根据权利要求3所述的数字化继电保护测试设备，其特征在于：调试接口包括JTAG和AS两种接口。