CN104569678A - 一种变电站继电保护测试系统 - Google Patents

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夏友斌
潘文虎
黄学庆
沈新村
俞鹏
周启扬
凤飞
宋铭敏
仇前生
章莉
苏志鹏
王鹏
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State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明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。本发明中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,提高了继电保护测试水平,防止继电保护及安全自动装置不正确动作。

Description

一种变电站继电保护测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力控制自动化技术领域,具体属于智能变电站继电保护测试系统。
背景技术
[0002] 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。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。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明的目的是提供了一种智能变电站继电保护测试系统,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。
[0004] 本发明采用的技术方案如下: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光数字测试模块、状态序列模块、整组试验模块、谐波试验模块、递变滑差模块、时间特性模块、线路保护模块、阻抗边界模块、差动试验模块、并列同期模块、低周低压减载模块、故障再现模块、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、开关量硬接点接口、信号模拟量接口、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。
[0005] 与已有技术相比,本发明的有益效果如下:本发明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。
[0006] 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。可定制的完善的测试报告,每项测试结果均被保留,测试结果数据保存完备。测试报告可以图表方式输出,报告内容用户可定制。
[0007] 完备的对时接口提供I个IRIG-B/PPS光串口输入,可接入IRIG-B或PPS对时信号,与GPS同步时钟同步误差小于lus。支持符合IEEE1588标准的网络对时方式,使得装置的对时方式更加多样化,更符合未来数字化变电站数据传输网络化的需求。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 光数字报文的发送不再是基于传统的定时器机制,而是基于绝对时标机制。测试仪发送的每一个采样点都带有两个绝对时标,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。
[0011] 采用这种绝对时标的同步原理,其最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。
[0012] 采用XML作为内部通信、数据交换的载体。由于XML元语言特性及结构化的特点,无需根据不同软、硬件平台做额外数据处理(如字节序问题),XML语言通过定义标记描述数据结构和意义,它具有结构化特点,容易阅读和编写,同时具有强大的可伸展性和自我描述性,为实现数据在网络间交换处理、存储提供了最为方便的载体。
附图说明
[0013] 图1为本发明上位系统的原理示意图;
[0014] 图2为本发明下位系统的原理示意图。
具体实施方式
[0015] 参见附图,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,所述的上位机系统提供人机界面,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,可以通过丽S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4G bits/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:光数字测试、状态序列、整组试验、谐波试验、递变滑差、时间特性、线路保护、阻抗边界、差动试验、并列同期、低周低压减载、故障再现、振荡试验,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。
[0016] 光数字测试模块具有以下功能:收发IEC 60044-8 (FT3)、IEC 61850-9-1、IEC61850-9-2采样值报文,发送和接受GOOSE报文,可进行GOOSE传输延时测试。
[0017] 该模块中可以同时发送多组同类型采样值报文,可以自由配置发送各组报文的光网口,设置各个通道的幅值、相位、频率等参数,进行丢帧、错序、阻塞、失步、假数据等多种报文测试,对IEC 61850-9-2报文有多种数据集模板可供配置,可以同时收发多个控制块的GOOSE报文。
[0018] 智能开关测试可测试智能开关从收到GOOSE动作信号到发出断路器动作命令的延时,也可测试从故障发生至智能开关发出跳闸硬接点输出的延时,其中包括保护算法的延时、GOOSE经多级交换机传输的延时和智能开关处理转成硬接点输出的延时。
[0019] 状态序列模块最多可设置50个状态,引起状态切换的条件可设置为时间触发、开入量触发、手动触发和GPS触发。可显示所有状态的波形图,并可进行全面的试验评估。输入方式有任意输入、按序量输入和按功率输入和按短路故障模型输入,短路故障计算模型有Zs恒定、电压恒定或电流恒定。
[0020] 四个开出量可单独控制,可设置起始状态,提供三种变位方式:变位后复位、变位后不复位和不变位。变位的起始时间及变位持续时间都可设置,最小分辨率为1ms。
[0021] 整组试验模块用于模拟输电线路故障前、故障、跳开、重合和永跳等状态,以测试保护装置在各个状态下的动作情况。故障态可叠加非周期分量,选择任意合闸角或固定合闸角。可在故障后或者重合后添加转换性故障,故障起始时刻可设置,故障类型包含单相接地、两相相间短路、两相接地和三相短路故障,计算模型有Zs恒定、电压恒定和电流恒定模式。
[0022] 递变、滑差模块可以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。试验过程中可以设置2个变量,变量可选择为相电压、线电压、相电流、功率、阻抗、阻抗角,并且试验支持单向试验和双向试验。
[0023] 谐波试验模块在输出直流、基波的同时,可叠加2〜63次谐波。可设置两个变化量,同时改变一路电压和一路电流的输出值,变化方式可选“始-终”和“始-终-始”。叠加方式可选择有名值叠加和百分比叠加,可设置一个通道的输出值作为监测量,以监测该通道的真有效值、基波、直流以及各次谐波值。
[0024] 时间特性模块提供Ι-t特性、U-t特性和U/f-t特性测试。特性曲线包括:普通反时限、非常反时限、超反时限、热过载(无存储)反时限、热过载(有存储)反时限,还支持两种通用反时限和自定义反时限。测试还可设置8个附加测试点,以测试用户比较关心的特定点。在特性曲线页面中,以图形的方式显示特性曲线以及测试点的动作情况,以列表的形式列出整定时间和实测时间。
[0025] 线路保护模块可测试距离保护、零序过流保护和负序过流保护,测试项目包括定点试验、定值校验、动作值测试、返回值测试;可设置接地阻抗和相间阻抗,每种阻抗可设置四段阻抗值和对应的四段延时;可叠加非周期分量,选择任意合闸角或固定合闸角。故障类型包括单相、两相和三相故障。四段阻抗中,每段最多可设置四个监测点。
[0026] 阻抗边界模块可采用单向或双向扫描的方式对阻抗保护动作边界进行搜索,边界特性可设置为圆特性、四边形特性和直线特性。可叠加非周期分量,可选择固定和任意合闸角。在阻抗图界面中,可显示当前特性曲线。试验过程中,当前测试点和动作点都会标记在图中,并随试验过程实时刷新,方便用户分析和对实验过程的掌握。
[0027] 差动试验模块可进行比率制动边界搜索、比率制动定点测试和谐波制动边界搜索,提供发电机保护、变压器保护和发变组保护等三种保护测试模型。搜索方式有单向搜索和双向搜索,在特性曲线页面中,可显示保护整定曲线、当前测试点和动作点,方便用户查看和分析当前试验状态和试验结果。该模块用于测试低周、低压减载装置,可测试动作值、动作时间、df/dt闭锁值、dv/dt闭锁值、低电压闭锁值和低电流闭锁值。用户只需设置起始值、终止值、变化步长以及判断开入量变位方式,装置将自动完成试验,并显示试验结果。
[0028] 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,以及完成电压、频率脉宽测试,电压、频率调整测试。试验过程中,可通过同步指示器监测当前的角差情况,同步指示窗口可监测当前的压差和频差,以图形的方式直观显示。可以控制一个开出量,以连续或者脉冲两种方式进行变位输出。
[0029] 振荡试验模拟双机振荡系统振荡的故障状况并测试保护装置的动作情况,该模块提供旋转振荡、摇摆振荡、旋转振荡中故障和摇摆振荡中故障四种振荡模型,可叠加各种故障类型,且故障的参数和起始时间均可设定。
[0030] 故障再现模块可导入COMTRADE1991、COMTRADE1999格式的波形文件或ATP、EMTP等仿真工具形成的PL4文件,允许采样频率范围为5kHz〜50kHz,输出故障时的电压电流波形和开入量变位情况,输出最高采样率12.8kHz„触发方式包括:无触发、按键触发、同步触发和GPS触发。输出时,可选取某一时段的故障数据输出,可设置重复输出次数。可回放四路不同数字量的动作情况。

Claims (10)

1.一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,其特征在于: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。
2.根据权利要求1所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于:所述的上位机系统包括光数字测试模块、状态序列模块、整组试验模块、谐波试验模块、递变滑差模块、时间特性模块、线路保护模块、阻抗边界模块、差动试验模块、并列同期模块、低周低压减载模块、故障再现模块、振荡试验模块。
3.根据权利要求2所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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。
4.根据权利要求2所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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。
5.根据权利要求2所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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。
6.根据权利要求2所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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。
7.根据权利要求2所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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。
8.根据权利要求1所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于: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、信号模拟量接口、对时信号接口。
9.根据权利要求8所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于:所述对时接口提供IRIG-B/PPS光串口输入。
10.根据权利要求8所述的变电站继电保护测试系统,其特征在于:所述光纤以太网收发接口具有八个。
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