CN108226843A - 基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，包括实时数字仿真系统，电压放大器，电压互感器，电流放大器和被测故障指示器，在开始测试之前，首先根据被测故障指示器在现场运行时的电力一次系统网络图以及电力系统一次设备的参数，在实时数字仿真系统中生成电力一次系统仿真网络；然后，将某输电线路的某段的电压、电流按一定变比输出为小信号电压，将小信号电压放大，获得故障指示器安装处的一次电压、电流，输出给被测故障指示器；最后进行故障模拟，实现对被测故障指示器的功能测试。本发明对故障指示器进行测试，能更加真实的模拟出故障指示器的现场运行环境，大大提高故障指示器现场投运后的运行可靠性。

Description

基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统

技术领域

本发明涉及一种基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，属于电力系统配电自动化终端设备测试技术领域。

背景技术

故障指示器是用来检测电力系统中发生短路及接地故障的设备。故障指示器安装在输配电线路、电力电缆及开关柜进出线上，当有故障电流流过故障指示器时，故障指示器会翻牌动作，并将动作信号传输到后台监控软件，以指示出发生故障的线路。巡线人员可借助故障指示器的报警显示，迅速确定线路上的故障点，并排除故障，从而改变过去盲目巡线，线路逐段依次合闸送电查找故障的落后做法，提高故障定位的效率。

在环网配电系统中，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断，以防止发生重大事故。通过在配网系统中线路的每一个分段处安装故障指示器，当线路上某处发生故障时，故障指示器可以指示出发生故障的部分。线路维修人员可以根据故障指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段，分断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，可节约大量的工作时间，减少停电时间和停电范围。

故障指示器一般安装在紧邻配电线路杆塔的输电线路上，线路的每相安装一台故障指示器，用于采集线路上的电压和电流。此外，在故障指示器附近安装有汇集单元，汇集单元与故障指示器之间采用无线通信的方式。当线路发生故障时，故障指示器采集线路上的故障电压和电流，并发送给汇集单元，再由汇集单元发送给计算机上安装的后台软件。线路的故障位置和故障类型一般是由后台综合分析线路上多个位置的故障指示器的录波数据而得出的。

目前对故障指示器进行测试时，通常采用继电保护测试仪。使用继电保护测试仪模拟线路发生故障的整个时间段的电流变化序列（如：首先模拟故障前正常运行的线路电流，然后模拟故障期间较大的故障电流，再模拟当继保装置动作切除故障后线路电流变为零），在整个序列的模拟过程中，继电保护测试仪仅模拟线路电流的幅值变化，波形始终是稳态正弦波形。使用这种方式对故障指示器进行测试，无法模拟出电力系统故障时的电气量波形的暂态分量、无法模拟线路的励磁涌流、无法对配电线路上多段安装的多套故障指示器进行测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，能够更加真实的模拟出故障指示器现场的运行环境，能提高故障指示器现场投运后的运行可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，包括实时数字仿真系统，电压放大器，电压互感器，电流放大器和被测故障指示器；

所述实时数字仿真系统用于对故障指示器的现场运行环境进行模拟；所述实时数字仿真系统设置模拟量输出装置作为外围接口装置，用于将实时数字仿真系统所计算出的电气状态量实时地连续输出；

所述电压放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，用于将小信号电压线性放大；所述电压互感器的输入端连接电压放大器的输出端，用于将电压放大器输出的电压进行进一步放大；所述电压互感器的输出端连接被测故障指示器；

所述电流放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，用于将小信号电压线性放大为电流信号；所述电流放大器的输出端导线按固定方向绕一定圈数，将电流进一步放大；所述输出端导线经绕圈后连接被测故障指示器；

在开始测试之前，首先根据被测故障指示器在现场运行时的电力一次系统网络图以及主要电力系统一次设备的参数，在实时数字仿真系统中生成电力一次系统仿真网络；然后，在电力一次系统仿真电网中，将某输电线路的某段的电压、电流按一定变比输出为小信号电压，将小信号电压放大，获得故障指示器安装处的一次电压、电流，输出给被测故障指示器；最后，通过在电力一次系统仿真电网中进行故障模拟，实现对被测故障指示器的功能进行测试。

前述的实时数字仿真系统采用RTDS或HyperSim。

前述的生成电力一次系统仿真网络的具体过程为：在开始测试之前，测试人员首先向被测故障指示器的厂家获取被测装置在现场运行时的电力一次系统网络图以及主要电力系统一次设备的参数；接着，基于获取到的电力一次系统一次设备的参数，测试人员在实时数字仿真系统中选用合适的电气元件数学模型，输入真实的参数，完全按照电力一次系统网络图使用导线进行连接，生成电力一次系统仿真网络。

前述的在实际测试过程中，根据测试项目，在电力一次系统仿真网络中添加故障元件，测试时触发故障。

前述的一次电压获得方法为：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电压按比例线性缩小一定倍数后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出该与一次电压成正比的小信号电压，经电压放大器放大后，再经电压互感器后，即得到电力一次系统仿真网络中的故障指示器安装处的一次电压；其中，缩小倍数等于电压放大器放大倍数乘以电压互感器的变比。

前述的一次电流获得方法：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电流按比例线型缩小一定倍数后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出与一次电流成正比的小信号电压，经电流放大器放大后，将电流放大器输出的导线按固定方向绕适当圈数后，将被测故障指示器卡接在绕好的电流导线圈上；其中，缩小倍数等于电流放大器放大倍数乘以电流导线绕的圈数。

前述的测试时，编写控制逻辑对电力一次系统仿真网络中的故障元件、断路器进行控制和操作，参照相关标准中的测试项目，对被测故障指示器的功能进行测试。

前述的如果需要测试多组故障指示器之间的配合逻辑，则通过实时数字仿真系统输出每组故障指示器安装处的一次电压、一次电流的小信号电压经放大后给每组故障指示器。

前述的当多组故障指示器安装于一条配电线路的多段时，实时数字仿真系统创建多段线路模型，多组故障指示器同时安装在线路的各段，从而对多组故障指示器之前的配合逻辑进行测试，对故障指示器能否准确的判断故障点位于输电线路的哪段位置进行测试。

前述的当多组故障指示器安装于一条母线的多条出线时，实时数字仿真系统创建带多条出线的母线模型，多组故障指示器安装于该母线的各出线上，从而对多组故障指示器的选线功能进行测试。

本发明的有益效果为：

（1）本发明运用实时数字仿真系统强大的故障模拟能力、运行方式调整能力、对电力系统元件操作的能力，可以更加全面的对故障指示器进行测试，实时数字仿真系统并能同时接入多组故障指示器，对它们之间的配合逻辑、及故障点的更加详细的定位进行测试。实时数字仿真系统输出电气量包含暂态分量，波形更接近于电网中真实故障时的波形；

（2）测试项目更加丰富、全面，除了模拟各种金属性短路故障、经过渡电阻短路故障、转换性故障等，实时数字仿真系统可以模拟更多的电力系统中的其它非故障现象（如：线路合闸励磁涌流、突然投切大负荷、重合闸成功和失败等等），以检测故障指示器是否误动；

（3）将实时数字仿真系统用于对故障指示器的测试，可根据故障指示器安装处的电力一次系统网络，创建与之完全相同的数学模型，真实的模拟出故障指示器的现场运行环境，能大大提高故障指示器现场投运后的运行可靠性。

附图说明

图1是本发明的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统连接图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统连接图，详细说明如下：

本发明的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统包括实时数字仿真系统，电压放大器，电压互感器，电流放大器和被测故障指示器。

实时数字仿真系统，是本发明测试系统的核心测试装置，其主要功能是对故障指示器的现场运行环境进行模拟。在实际测试中，可以使用RTDS或HyperSim作为本发明中的实时数字仿真系统。

实时数字仿真系统还设置外围接口装置为模拟量输出装置，其主要功能是将实时数字仿真系统所计算出的电气状态量实时地连续输出。上述，实时数字仿真系统将故障指示器安装处的一次电压、一次电流输出给模拟量输出装置，由该模拟量输出装置输出与一次电压、一次电流成正比的小信号电压。

电压放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，是一种常用的信号放大装置，将小信号电压线性放大为较大的电压信号。放大倍数是固定不变的，是功率放大器设备本身的特性，一般不可调。RTDS仿真系统中的电压和电流输出成小信号的比例是可设置的。一般输出时会考虑到功率放大器和电压互感器的放大倍数，在设置前述比例，使得RTDS中的电压和电流输出成小信号再放大后的值等于RTDS仿真系统中的电压和电流值。

电压互感器的输入端连接电压放大器的输出端，也是一种电压放大装置，将电压放大器输出的电压进行进一步放大。放大倍数是固定不变的，是电压互感器设备本身的特性，一般不可调。通过电压放大器和电压互感器的共同作用，将实时数字仿真系统输出的小信号电压逐步放大为故障指示器安装处的电力系统一次电压。电压互感器的输出端连接被测故障指示器。

电流放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，是一种常用的信号放大装置，将小信号电压线性放大为较大的电流信号。放大倍数是固定不变的，是功率放大器设备本身的特性，一般不可调。电流放大器的输出端导线按固定方向绕一定圈数，将电流进一步放大固定的倍数（倍数值等于圈数）。通过电流放大器和绕圈方式的共同作用，将实时数字仿真系统输出的小信号电压逐步放大为故障指示器安装处的电力系统一次电流。导线经绕圈后连接被测故障指示器。

在开始测试之前，测试人员首先向被测故障指示器的厂家获取被测装置在现场运行时的电力一次系统网络图以及主要电力系统一次设备的参数；接着，基于获取到的电力一次系统一次设备的参数，测试人员在实时数字仿真系统中选用合适的电气元件数学模型，输入真实的参数，完全按照电力一次系统网络图使用导线进行连接，生成电力一次系统仿真网络；然后，根据测试项目内容，在仿真网络中添加故障元件，以便在测试时触发故障。

之后，在电力一次系统仿真电网中，将某输电线路的某段（故障指示器安装处）的电压、电流按一定变比输出为小信号电压，将小信号电压放大，获得故障指示器安装处的一次电压、电流，输出给故障指示器。这样该故障指示器就好比安装于电力一次系统仿真电网中的该输电线路的该段上。这样，通过在电力一次系统仿真电网中进行故障模拟，即可对被测故障指示器的功能进行测试。

一次电压获得方法为：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电压按比例线性缩小一定倍数（缩小倍数等于电压放大器放大倍数乘以电压互感器的变比）后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出该与一次电压成正比的小信号电压，经电压放大器放大后，再经电压互感器后，即得到电力一次系统仿真网络中的故障指示器安装处的一次电压，将该一次电压通过导线接入被测故障指示器中。

一次电流获得方法：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电流按比例线型缩小一定倍数（缩小倍数等于电流放大器放大倍数乘以电流导线绕的圈数）后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出与一次电流成正比的小信号电压，经电流放大器放大后，将电流放大器输出的导线按固定方向绕适当圈数后，将被测故障指示器卡接在绕好的电流导线圈上，被测故障指示器即可采集到电力一次系统仿真网络中故障指示器安装处的一次电流。

完成上述操作后，即搭建完成基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试环境。接下来就可开展对故障指示器的测试：利用实时数字仿真系统强大的故障模拟能力（模拟在电力系统中的适当位置发生各种类型的接地短路、相间短路故障）和电力系统各种正常操作及调整运行状态的模拟能力，编写适当的控制逻辑对仿真网络中的故障元件、断路器进行控制和操作，参照相关标准中的测试项目，对被测故障指示器的功能进行测试。

如果需要测试多组故障指示器之间的配合逻辑，按照上述的过程通过实时数字仿真系统输出每组故障指示器安装处的一次电压、一次电流的小信号电压经放大后给每组故障指示器。例如：

当多组故障指示器安装于一条配电线路的多段时，实时数字仿真系统可以创建多段线路模型，多组故障指示器同时安装在线路的各段，从而能够对多组故障指示器之前的配合逻辑进行测试，对故障指示器能否准确的判断故障点位于输电线路的哪段位置进行测试。

当多组故障指示器安装于一条母线的多条出线时，实时数字仿真系统可以创建带多条出线的母线模型，多组故障指示器安装于该母线的各出线上，从而能够对多组故障指示器的选线功能进行测试。

专业人员还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本发明中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，包括实时数字仿真系统，电压放大器，电压互感器，电流放大器和被测故障指示器；

所述实时数字仿真系统用于对故障指示器的现场运行环境进行模拟；所述实时数字仿真系统设置模拟量输出装置作为外围接口装置，用于将实时数字仿真系统所计算出的电气状态量实时地连续输出；

所述电压放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，用于将小信号电压线性放大；所述电压互感器的输入端连接电压放大器的输出端，用于将电压放大器输出的电压进行进一步放大；所述电压互感器的输出端连接被测故障指示器；

所述电流放大器的输入端连接模拟量输出装置的输出端，用于将小信号电压线性放大为电流信号；所述电流放大器的输出端导线按固定方向绕一定圈数，将电流进一步放大；所述输出端导线经绕圈后连接被测故障指示器；

在开始测试之前，首先根据被测故障指示器在现场运行时的电力一次系统网络图以及主要电力系统一次设备的参数，在实时数字仿真系统中生成电力一次系统仿真网络；然后，在电力一次系统仿真电网中，将某输电线路的某段的电压、电流按一定变比输出为小信号电压，将小信号电压放大，获得故障指示器安装处的一次电压、电流，输出给被测故障指示器；最后，通过在电力一次系统仿真电网中进行故障模拟，实现对被测故障指示器的功能进行测试。

2.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真系统采用RTDS或HyperSim。

3.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，生成电力一次系统仿真网络的具体过程为：在开始测试之前，测试人员首先向被测故障指示器的厂家获取被测装置在现场运行时的电力一次系统网络图以及主要电力系统一次设备的参数；接着，基于获取到的电力一次系统一次设备的参数，测试人员在实时数字仿真系统中选用合适的电气元件数学模型，输入真实的参数，完全按照电力一次系统网络图使用导线进行连接，生成电力一次系统仿真网络。

4.根据权利要求3所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，在实际测试过程中，根据测试项目，在电力一次系统仿真网络中添加故障元件，测试时触发故障。

5.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，所述一次电压获得方法为：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电压按比例线性缩小一定倍数后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出该与一次电压成正比的小信号电压，经电压放大器放大后，再经电压互感器后，即得到电力一次系统仿真网络中的故障指示器安装处的一次电压；其中，缩小倍数等于电压放大器放大倍数乘以电压互感器的变比。

6.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，所述一次电流获得方法：将电力一次系统仿真电网中故障指示器安装处的一次电流按比例线型缩小一定倍数后通过实时数字仿真系统的模拟量输出装置输出与一次电流成正比的小信号电压，经电流放大器放大后，将电流放大器输出的导线按固定方向绕适当圈数后，将被测故障指示器卡接在绕好的电流导线圈上；其中，缩小倍数等于电流放大器放大倍数乘以电流导线绕的圈数。

7.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，测试时，编写控制逻辑对电力一次系统仿真网络中的故障元件、断路器进行控制和操作，参照相关标准中的测试项目，对被测故障指示器的功能进行测试。

8.根据权利要求1所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，如果需要测试多组故障指示器之间的配合逻辑，则通过实时数字仿真系统输出每组故障指示器安装处的一次电压、一次电流的小信号电压经放大后给每组故障指示器。

9.根据权利要求8所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，当多组故障指示器安装于一条配电线路的多段时，实时数字仿真系统创建多段线路模型，多组故障指示器同时安装在线路的各段，从而对多组故障指示器之前的配合逻辑进行测试，对故障指示器能否准确的判断故障点位于输电线路的哪段位置进行测试。

10.根据权利要求8所述的基于实时数字仿真系统的故障指示器的测试系统，其特征在于，当多组故障指示器安装于一条母线的多条出线时，实时数字仿真系统创建带多条出线的母线模型，多组故障指示器安装于该母线的各出线上，从而对多组故障指示器的选线功能进行测试。