CN109709416A - 一种地铁直流测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种地铁直流测试装置，包括通过SPI总线连接的DSP和DAC模块，其中，DSP通过SPI接口连接DAC模块控制AD输出；DSP具备CAN模块，通过背板CAN总线与继电保护测试装置进行通讯；继电保护测试软件设置开关量、通讯报文和4‑20mA直流量的状态序列下发给继电保护测试装置，继电保护测试装置经CAN总线向直流测试装置发送4‑20mA直流输出命令和对时报文，继电保护测试装置与直流测试装置同步输出开关量、通讯报文和4‑20mA直流量。此种测试装置可满足地铁直流保护装置4‑20mA直流的保护功能测试需求及高频率采样速率要求，降低测试装置成本，通过与继电保护测试装置配合，实现对地铁直流保护装置各种复杂故障的闭环测试。本发明还公开一种地铁直流测试方法。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种具备4-20mA直流输出功能的地铁直流测试装置及测试方法。
背景技术
目前电力系统领域基于安全、实用、功耗、成本等因素的考虑，越来越多的使用4-20mA电流作为保护装置传输信号，尤其是地铁直流保护装置，通常具备过流保护、反时限保护、电流上升率保护(di/dt)、电流增量保护、线路测试、自动重合闸等保护功能。
地铁直流保护装置采集的二次电流值为直流4-20mA，另外，地铁牵引系统从故障发生到切除故障往往只有几十毫秒，除去继电器输出留给保护装置动作的时间小于10ms，意味着保护装置采样速率非常快，为了保证速动性，现在先进的地铁直流保护装置采样速率均为10MHz。现有针对地铁直流保护的测试装置主要有两种：1、专用4-20mA信号发生器；2、少量高端继电保护测试装置，内嵌或外接4-20mA输出通道。
第一种测试装置价格便宜，但只能对地铁直流保护装置进行定性测试，无法针对装置的时间特性、动作特性等保护性能测试，也不能形成地铁直流保护装置的闭环测试。第二种测试装置可实现多状态直流量稳定输出，针对地铁直流保护装置的过流保护、反时限保护、电流增量保护形成完整的闭环测试，但在按照di/dt方式设置输出直流量时无法满足保护装置10MHz采样频率的需求，并且价格昂贵，市场上主流型号继电保护测试装置的外接4-20mA模块需要十万元左右。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种地铁直流测试装置及测试方法，可满足地铁直流保护装置4-20mA直流的保护功能测试需求及高频率采样速率要求，降低测试装置成本，通过与继电保护测试装置配合，实现对地铁直流保护装置各种复杂故障的闭环测试。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种地铁直流测试装置，包括通过SPI总线连接的DSP和DAC模块，其中，DSP通过SPI接口连接DAC模块控制AD输出；DSP具备CAN模块，通过背板CAN总线与继电保护测试装置进行通讯；继电保护测试软件设置开关量、通讯报文和4-20mA直流量的状态序列下发给继电保护测试装置，继电保护测试装置经CAN总线向直流测试装置发送4-20mA直流输出命令和对时报文，继电保护测试装置与直流测试装置同步输出开关量、通讯报文和4-20mA直流量。
上述DSP采用16位dsPIC33系列DSP，主频支持40MHz，支持两路SPI模块。
上述DAC模块采用亚德诺半导体公司生产的16位AD5422数模转换器，内置可编程电流源，输出电流范围为4-20mA。
一种地铁直流测试方法，包括如下步骤：
步骤1，继电保护测试软件编辑测试用例下发给继电保护测试装置；
步骤2，继电保护测试装置根据测试用例生成开关量、定值设置、直流量的状态序列，开关量和定值修改直接输出至地铁直流保护装置，直流量输出命令通过CAN总线传送至地铁直流测试装置；
步骤3，继电保护测试装置定时向地铁直流测试装置发送对时报文；
步骤4，地铁直流测试装置解析继电保护测试装置发送过来的直流输出命令，拟合成多状态4-20mA直流电流，与继电保护测试装置同步输出；
步骤5，继电保护测试装置根据地铁直流保护装置返回的硬接点和软报文判别动作逻辑正确性，完成闭环测试。
上述步骤2中，继电保护测试装置发送给直流测试装置的直流输出命令有三种：直流输出状态报文、开始输出报文、停止输出报文；直流测试装置接收到直流输出状态报文，将报文内容解析后按序储存，待收到开始输出的命令后，在整秒时刻与继电保护测试装置同步输出，如果中途收到停止输出报文立即暂停输出。
采用上述方案后，本发明用于地铁直流保护领域装置的测试和定检，直流测试装置由直流输出模块和总线接口构成；通过CAN总线接收测试命令报文和对时报文；直流输出模块支持多状态4-20mA直流量输出，每个状态可设递变功能，输出频率20MHz。直流测试装置接收继电保护测试装置的报文，通过解析报文完成直流通道激励量设置，与继电保护试验装置同步输出，继电保护试验装置读取地铁直流保护装置的硬接点及软报文动作信息进行判别，完成闭环测试。
本发明的有益效果是：仅增加一台用于输出4-20mA的测试装置，与传统继电保护测试装置配合即可完成地铁直流保护装置完整保护功能的闭环测试,本发明硬件成本仅数千元，使用成本显著降低。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是本发明的输出波形图；
图3是本发明的测试环境连接图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种地铁直流测试装置，包括通过SPI总线连接的DSP和DAC模块，其中，DSP采用16位dsPIC33系列DSP，主频支持40MHz，支持两路SPI模块，并通过SPI接口连接DAC控制AD输出，直流通道的DAC模块采用亚德诺半导体公司生产的16位AD5422数模转换器，内置可编程电流源，输出电流范围可编程设置为4-20mA，同时具有灵活的串行外设接口，支持SPI模块。DSP具备两个增强型CAN模块，测试装置可通过背板CAN总线与继电保护测试装置通讯，定时接收对时报文，保持时钟同步。
所述直流测试装置的直流通道输出多状态4-20mA直流电流，每个状态可按照递增、递减方式设置，输出频率高达20MHz，满足对地铁直流保护装置中过流保护、反时限保护、电流上升率保护、电流增量保护等各保护功能测试需求。
进一步的，继电保护测试软件设置开关量、通讯报文和4-20mA直流量的状态序列下发给继电保护测试装置，继电保护测试装置经CAN总线向地铁直流测试装置发送4-20mA直流输出命令和对时报文，继电保护测试装置与直流测试装置同步输出开关量、通讯报文和4-20mA直流量。
本发明还提供一种地铁直流测试方法，该测试方法是与传统继电保护测试装置配合完成地铁直流保护装置的闭环测试，测试步骤是：
继电保护测试软件编辑测试用例下发给继电保护测试装置；
继电保护测试装置根据测试用例生成开关量、定值设置、直流量的状态序列，开关量和定值修改直接输出至地铁直流保护装置，直流量输出命令通过CAN总线传送至地铁直流测试装置；
继电保护测试装置定时向地铁直流测试装置发送对时报文；
地铁直流测试装置解析继电保护测试装置发送过来的直流输出命令，拟合成多状态4-20mA直流电流，与继电保护测试装置同步输出；
继电保护测试装置根据地铁直流保护装置返回的硬接点和软报文判别动作逻辑正确性，完成闭环测试。
继电保护测试装置发送给直流测试装置的直流输出命令有三种：直流输出状态报文、开始输出报文、停止输出报文。直流测试装置接收到直流输出状态报文，将报文内容解析后按照各状态的输出起始值、输出时间、变化率等储存起来，待收到开始输出的命令后，在整秒时刻与继电保护测试装置同步输出，如果中途收到停止输出报文立即暂停输出。由于直流测试装置功能简单，仅须负责4-20mA直流输出，其DSP工作负载很低，经测算，其单个任务周期小于40μs，在实际工作时，设置DSP的中断周期为50μs，如图2所示。直流测试装置每50μs更新一次输出值，而地铁直流保护装置每100μs采样一次，这样就有效地保证了采样的实时性，尤其是计算di/dt时更为准确。
如图3所示，通过测试软件设置继电保护测试装置开关量、通信报文和4-20mA直流量的状态序列，直流测试装置经CAN总线接收继电保护测试装置的4-20mA直流输出命令和对时报文，继电保护测试装置与直流测试装置同步输出至地铁直流保护装置。继电保护测试装置接收地铁直流保护装置反馈的动作出口和软报文，由测试软件判断动作情况是否符合要求，完成对保护装置进行完整的闭环测试。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种地铁直流测试装置，其特征在于：包括通过SPI总线连接的DSP和DAC模块，其中，DSP通过SPI接口连接DAC模块控制AD输出；DSP具备CAN模块，通过背板CAN总线与继电保护测试装置进行通讯；继电保护测试软件设置开关量、通讯报文和4-20mA直流量的状态序列下发给继电保护测试装置，继电保护测试装置经CAN总线向直流测试装置发送4-20mA直流输出命令和对时报文，继电保护测试装置与直流测试装置同步输出开关量、通讯报文和4-20mA直流量。
2.如权利要求1所述的一种地铁直流测试装置，其特征在于：所述DSP采用16位dsPIC33系列DSP，主频支持40MHz，支持两路SPI模块。
3.如权利要求1所述的一种地铁直流测试装置，其特征在于：所述DAC模块采用16位数模转换器，内置可编程电流源，输出电流范围为4-20mA。
4.一种地铁直流测试方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，继电保护测试软件编辑测试用例下发给继电保护测试装置；
步骤2，继电保护测试装置根据测试用例生成开关量、定值设置、直流量的状态序列，开关量和定值修改直接输出至地铁直流保护装置，直流量输出命令通过CAN总线传送至地铁直流测试装置；
步骤3，继电保护测试装置定时向地铁直流测试装置发送对时报文；
步骤4，地铁直流测试装置解析继电保护测试装置发送过来的直流输出命令，拟合成多状态4-20mA直流电流，与继电保护测试装置同步输出；
步骤5，继电保护测试装置根据地铁直流保护装置返回的硬接点和软报文判别动作逻辑正确性，完成闭环测试。
5.如权利要求4所述的一种地铁直流测试方法，其特征在于：所述步骤2中，继电保护测试装置发送给直流测试装置的直流输出命令有三种：直流输出状态报文、开始输出报文、停止输出报文；直流测试装置接收到直流输出状态报文，将报文内容解析后按序储存，待收到开始输出的命令后，在整秒时刻与继电保护测试装置同步输出，如果中途收到停止输出报文立即暂停输出。
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