CN105652132B - 一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪 - Google Patents

一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，包括开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口模块、小信号输出模块、DSP模块、FPGA模块、数模转换模块、FLASH模块、RAM模块、通信模块、HPI接口模块和PHY模块，还包括与开关量输入模块连接的自适应电路，DSP模块通过HPI接口模块与FPGA模块连接，FPGA模块与FLASH模块和光纤接口模块连接，DSP模块与RAM模块连接，FPGA模块还通过PHY模块与通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，DSP模块通过数模转换模块与小信号输出模块连接。本发明基于该自适应电路，使得测试仪能自适应有源或无源的开关量输入，可接收各种类型的开关量形式，无需事先进行配置，减少操作步骤，保障继电保护测试仪的安全稳定运行。

Description

一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪
技术领域
本发明涉及一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪。
背景技术
随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的质量（稳定性、不间断性及伴随服务）要求也越来越高，长期以来电力系统对发电，变电和配电系统的自动化改造投入较大。继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一,是电力系统安全运行的保障。国内外无数实例证明，涉及停电范围较广的大型系统事故，大都与继电保护装置的不正确动作有直接或间接的关系。因此，合理的安排继电保护定值，提高继电保护运行管理水平，是保障电网安全运行的重要条件。
由于传统变电站的信息反馈量小，故障信息难以汇总分析，接线复杂繁琐，且对于现场测试运行人员有安全风险等问题，以及这些年来信息、通讯和网络技术的飞速发展，人们已经开始尝试利用光通讯来克服传统变电站的这些缺点，加之国家对数字化变电站的大力支持，使得变电站包括电力系统的光数字化必然成为趋势，对于这种变化，必然产生相应的产品与之匹配。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，通过FPGA模块、DSP模块、光纤接口模块等器件的共同作用，产生数字变电站故障的光信号，来实现对数字变电站继电保护装置的功能测试。本发明基于该自适应电路，使得测试仪能自适应有源或无源的开关量输入，可接收各种类型的开关量形式，无需事先进行配置，减少操作步骤，保障继电保护测试仪的安全稳定运行。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，包括开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口模块、小信号输出模块、DSP模块、FPGA模块、数模转换模块、FLASH模块、RAM模块、通信模块、HPI接口模块和PHY模块，其中，DSP模块通过HPI接口模块与FPGA模块连接，FPGA模块与FLASH模块和光纤接口模块连接，DSP模块与RAM模块连接，FPGA模块还通过PHY模块与通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，DSP模块通过数模转换模块与小信号输出模块连接。
所述测试仪还包括与开关量输入模块连接的自适应电路，所述自适应电路包括DC-DC电源、整流电路和光电耦合器，所述DC-DC电源的输入端正极与工作电源连接，DC-DC电源的输入端负极和输出端负极与地对接，DC-DC电源的输出端正极依次通过限流电阻R和二极管D9与光电耦合器的输入端正极连接，光电耦合器的输入端负极通过二极管D10与地对接，光电耦合器的输出端与开关量输入模块的输入端连接，整流电路的输出端正极连接至二极管D9和限流电阻R之间，整流电路的输出端负极与地对接。
进一步的，所述整流电路为不对称桥式整流电路，包括二极管D1~D9，其中，二极管D9的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D9的负极与整流电路的输入端正极连接，二极管D4的正极与整流电路的输入端负极连接，二极管D4的负极与整流电路的输出端负极连接，二极管D1的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D1的负极依次通过二极管D2和二极管D3与整流电路的输入端负极连接，二极管D6的正极与整流电路的输入端正极连接，二极管D6的负极依次通过二极管D7和二极管D8与整流电路的输出端负极连接。
进一步的，所述开关量输入模块依次通过输入电平转换模块和光电隔离模块与FPGA模块连接。
进一步的，所述测试仪还包括用于供电的电源模块，该电源模块包括依次连接的220V交流电源输入模块、整流滤波模块和控制输入模块。
进一步的，所述光纤接口模块包括光纤ST接口和B码接口。
进一步的，所述通信模块包括RJ45网络模块、GPS模块和调试接口模块。
进一步的，所述小信号输出模块还通过二阶滤波模块与数模转换模块连接。
进一步的，所述DSP模块为TMS320F2812芯片。
本发明的有益效果是：
1）本发明通过FPGA模块、DSP模块、光纤接口模块等器件的共同作用，能产生符合数字变电站继电保护装置规约要求的各种数字变电站故障的光信号，有效实现对数字变电站继电保护装置的功能测试。
2）本发明DSP模块生成的数字信号可由开关量输出模块转化为模拟信号输出给数字变电站继电保护装置，继电保护装置的模拟响应信号则由开关量输入模块接收，再由DSP模块处理后经FPGA模块转给通信模块传至计算机。
3）本发明中DSP模块通过数模转换模块与小信号输出模块连接，能输出小功率的模拟信号，从而能对数字变电站继电保护装置的互感器的调试单元进行测试。
4）本发明基于该自适应电路，使得测试仪能自适应有源或无源的开关量输入，可接收各种类型的开关量形式，无需事先进行配置，减少操作步骤，保障继电保护测试仪的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明测试仪的电路框图；
图2为本发明中自适应电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，该实施例描述了一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，包括开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口模块、小信号输出模块、DSP模块、FPGA模块、数模转换模块、FLASH模块、RAM模块、通信模块、HPI接口模块和PHY模块，其中，DSP模块通过HPI接口模块与FPGA模块连接，FPGA模块与FLASH模块和光纤接口模块连接，DSP模块与RAM模块连接，FPGA模块还通过PHY模块与通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，DSP模块通过数模转换模块与小信号输出模块连接。
如图2所示，所述测试仪还包括与开关量输入模块连接的自适应电路，所述自适应电路包括DC-DC电源、整流电路和光电耦合器，所述DC-DC电源的输入端正极与工作电源连接，DC-DC电源的输入端负极和输出端负极与地对接，DC-DC电源的输出端正极依次通过限流电阻R和二极管D9与光电耦合器的输入端正极连接，光电耦合器的输入端负极通过二极管D10与地对接，光电耦合器的输出端与开关量输入模块的输入端连接，整流电路的输出端正极连接至二极管D9和限流电阻R之间，整流电路的输出端负极与地对接。
进一步的，所述整流电路为不对称桥式整流电路，包括二极管D1~D9，其中，二极管D9的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D9的负极与整流电路的输入端正极连接，二极管D4的正极与整流电路的输入端负极连接，二极管D4的负极与整流电路的输出端负极连接，二极管D1的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D1的负极依次通过二极管D2和二极管D3与整流电路的输入端负极连接，二极管D6的正极与整流电路的输入端正极连接，二极管D6的负极依次通过二极管D7和二极管D8与整流电路的输出端负极连接。
本发明基于该自适应电路，使得测试仪能自适应有源或无源的开关量输入，可接收各种类型的开关量形式，无需事先进行配置，减少操作步骤，保障继电保护测试仪的安全稳定运行。继电保护测试仪的开关量可能出现以下3种形式：1、纯粹的无源开入量，即继电器触点开入；2、带状态监视的无源开入量，在继电器触点开入的基础上，并联一个状态监视电路； 3、24V到250V有源开入量。
在正常状态时，所述光电耦合电路的发光二极管有电流流过，光敏三极管呈低阻状态。由于发光二极管采用高灵敏度的型号，因此，此时电流非常小，约为数百微安。
对于纯粹的无源开入量和带状态监视的无源开入量，当继电器触点闭合时，原先经过发光二极管的电流被闭合触点旁路，此时，发光二极管无电流流过，光敏三极管呈高阻状态。
对于有源开入量，当有电压输入时，无论该输入电压极性如何，均被桥式整流电路转换成极性固定的电压。该电压对于所述光电耦合器电路的输入来说是反向电压，此时，发光二极管处于截止状态，无电流流过，光敏三极管呈高阻状态。
进一步的，所述开关量输入模块依次通过输入电平转换模块和光电隔离模块与FPGA模块连接。
进一步的，所述测试仪还包括用于供电的电源模块，该电源模块包括依次连接的220V交流电源输入模块、整流滤波模块和控制输入模块。
进一步的，所述光纤接口模块包括光纤ST接口和B码接口。
进一步的，所述通信模块包括RJ45网络模块、GPS模块和调试接口模块。
进一步的，所述小信号输出模块还通过二阶滤波模块与数模转换模块连接。
进一步的，所述测试仪还包括工控机，所述工控机与DSP模块连接，所述工控机还连接有显示器、操作按键和触摸板，其中触摸板也可替换为旋转鼠标，该旋转鼠标一般包括鼠标滚珠、鼠标左键和鼠标右键。
本发明测试仪中，电源模块接收220v交流电，输出5v和正负12v的直流电，为其它模块供电；通信模块支持TCP/IP，接受外接PC机的指令，也将DSP模块的结果数据交付给外接PC机，与PC机进行双向通讯；FPGA模块负责协议的处理、格式的转换及信息的打包等；光纤接口模块在接收到来自FPGA模块的正确的电平信号后对外输出光信号，相反，也会将由外面接收到的光信号转换成电平信号送给FPGA模块；DSP模块只与FPGA模块之间进行双向通讯，接收来自FPGA模块的指令，并且向FPGA模块下发指令，同时DSP模块单方面接收来自外部的开关量输入信号，单方面对外输出开关量输出信号和数字电平信号，其中的数字电平信号交付给数模转换模块；数模转换模块在接收到来自DSP模块的数字量后，负责转换成模拟量并以小信号的名义对外输出。
测试时，将RJ45网络模块的接口与外部PC机相连，PC机通过RJ45网络模块向FPGA模块发送数字变电站的各种故障的参数，FPGA模块将受到的故障参数转发给DSP模块，DSP模块生成相应故障的数字信号，再传回FPGA模块由其按IEC61850规约处理打包后，再由光纤接口模块转化为故障光信号，传送至数字变电站继电保护装置的光信号输入口。继电保护装置随后将其响应回传至光纤接口模块，再依次由光纤接口模块、FPGA模块、DSP模块、FPGA模块、RJ45网络模块进行以上的相反处理，处理后再传回PC机，由PC机传回的响应信号进行分析、处理得出测试结果，并存储。
本发明中DSP模块可选用TMS320F2812芯片，RAM模块可选用IS6lLV51216-8芯片，开关量输出模块可选用ZP-1050器件，开关量输入模块可选用ZP-1052器件。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (1)

1.一种自适应型智能电网变电站继电保护测试仪，其特征在于：包括开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口模块、小信号输出模块、DSP模块、FPGA模块、数模转换模块、FLASH模块、RAM模块、通信模块、HPI接口模块和PHY模块，其中，DSP模块通过HPI接口模块与FPGA模块连接，FPGA模块与FLASH模块和光纤接口模块连接，DSP模块与RAM模块连接，FPGA模块还通过PHY模块与通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，DSP模块通过数模转换模块与小信号输出模块连接；
所述测试仪还包括与开关量输入模块连接的自适应电路，所述自适应电路包括DC-DC电源、整流电路和光电耦合器，所述DC-DC电源的输入端正极与工作电源连接，DC-DC电源的输入端负极和输出端负极与地对接，DC-DC电源的输出端正极依次通过限流电阻R和二极管D9与光电耦合器的输入端正极连接，光电耦合器的输入端负极通过二极管D10与地对接，光电耦合器的输出端与开关量输入模块的输入端连接，整流电路的输出端正极连接至二极管D9和限流电阻R之间，整流电路的输出端负极与地对接；所述开关量输入模块依次通过输入电平转换模块和光电隔离模块与FPGA模块连接；所述测试仪还包括用于供电的电源模块，该电源模块包括依次连接的220V交流电源输入模块、整流滤波模块和控制输入模块；所述光纤接口模块包括光纤ST接口和B码接口；所述通信模块包括RJ45网络模块、GPS模块和调试接口模块；所述小信号输出模块还通过二阶滤波模块与数模转换模块连接；所述DSP模块为TMS320F2812芯片；RAM模块选用IS6lLV51216-8芯片，开关量输出模块选用ZP-1050器件，开关量输入模块选用ZP-1052器件；所述整流电路为不对称桥式整流电路，包括二极管D1~D9，其中，二极管D9的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D9的负极与整流电路的输入端正极连接，二极管D4的正极与整流电路的输入端负极连接，二极管D4的负极与整流电路的输出端负极连接，二极管D1的正极与整流电路的输出端正极连接，二极管D1的负极依次通过二极管D2和二极管D3与整流电路的输入端负极连接，二极管D6的正极与整流电路的输入端正极连接，二极管D6的负极依次通过二极管D7和二极管D8与整流电路的输出端负极连接；
所述测试仪还包括工控机，所述工控机与DSP模块连接，所述工控机还连接有显示器、操作按键和触摸板；
电源模块接收220v交流电，输出5v和正负12v的直流电，为其它模块供电；通信模块支持TCP/IP，接受外接PC机的指令，也将DSP模块的结果数据交付给外接PC机，与PC机进行双向通讯；FPGA模块负责协议的处理、格式的转换及信息的打包；光纤接口模块在接收到来自FPGA模块的正确的电平信号后对外输出光信号，相反，也会将由外面接收到的光信号转换成电平信号送给FPGA模块；DSP模块只与FPGA模块之间进行双向通讯，接收来自FPGA模块的指令，并且向FPGA模块下发指令，同时DSP模块单方面接收来自外部的开关量输入信号，单方面对外输出开关量输出信号和数字电平信号，其中的数字电平信号交付给数模转换模块；数模转换模块在接收到来自DSP模块的数字量后，负责转换成模拟量并以小信号的名义对外输出；
测试时，将RJ45网络模块的接口与外部PC机相连，PC机通过RJ45网络模块向FPGA模块发送数字变电站的各种故障的参数，FPGA模块将受到的故障参数转发给DSP模块，DSP模块生成相应故障的数字信号，再传回FPGA模块由其按IEC61850规约处理打包后，再由光纤接口模块转化为故障光信号，传送至数字变电站继电保护装置的光信号输入口；继电保护装置随后将其响应回传至光纤接口模块，再依次由光纤接口模块、FPGA模块、DSP模块、FPGA模块、RJ45网络模块进行以上的相反处理，处理后再传回PC机，由PC机传回的响应信号进行分析、处理得出测试结果，并存储。
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