CN201364382Y - 氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置 - Google Patents

Abstract

氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置，由连接三个电压互感器和三个电流互感器的六通道A/D采样芯片、DSP芯片、FPGA芯片、光电转换模块和光纤接口构成；三个电压互感器和三个电流互感器的输出连接相应六通道的A/D采样芯片，同时对三路电压和三路电流进行采样；A/D采样芯片的数据输出连接DSP芯片，DSP芯片的输出连接FPGA芯片，FPGA芯片的输出连接光电转换模块，由FPGA芯片驱动光电转换模块将数据转换为支持预设通讯协议的光信号，通过光电转换模块连接光纤接口。本实用新型测试装置将通过电力系统仿真软件模拟得到比较精确的MOV故障波形文件或MOV真实故障录波文件导入继电保护测试仪。

Description

氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统二次设备测试装置，尤其适用于测试串补系统中金属氧化锌避雷器的继电保护装置。

背景技术

金属氧化物避雷器(MOV)是串补系统中的一个重要设备。在电力系统中为了提高系统的输送容量，采用在线路中串联电容器组，改变线路参数，减小线路阻抗的技术。由于串联的电容器组在过电压的情况下容易造成损害，因此往往在串补电容器两端并联MOV以此来限制过电压。但当过电压超过一定值后MOV导通，有电流通过，同时开始累积能量，由于MOV容量有限，当累积的能量超过其额定值后MOV有可能造成损害甚至发生爆炸，因此在串补系统的保护系统中均要配置金属氧化物避雷器继电保护装置(简称MOV保护装置)。由于串补设备一般位于高压绝缘平台上，对绝缘要求非常高，因此目前几乎所有的串补系统均采用电子式互感器作为测量器件，其通讯介质为光纤，其输出信号为数字量信号，可直接输入到保护设备中，也就是说MOV保护装置具备直接收电压、电流数字信号量的功能。

由于MOV的非线性特性，其导通电流也呈非线性特征，由于串补系统中均采用一次值测量，MOV故障电流往往达到数千安培，现有的继电保护测试装置很难模拟出MOV的故障状态，另外串补中的MOV保护装置绝大部分为基于光数字信号的电子式互感器，而现有继电保护测试装置输出为模拟量，因此对MOV保护装置测试及校验带来困难。

目前国内主要有两种方法于测试MOV保护装置。一种方法是在保护装置内设置测试模式，在测试模式下用常规继电保护测试仪输出0～100V电压0～5A电流到保护装置，保护装置内部对输入数据简单乘以一定系数即当做MOV电流进行保护逻辑判断，其缺点在于并未能真实模拟故障一次电流。另一种方法是根据MOV的特性设计比较简单电路来模拟低功率下的MOV电流，其缺点在于功能比较单一，不同串补站MOV的特性不一样，很难完全模拟真实故障。

以上测试方法均无法真实模拟系统故障时MOV电流波形，而MOV保护包括短时能量保护、高温保护、高电流保护，保护要求动作速度快、灵敏度高，输入信号稍有偏差对保护动作的正确性影响很大。现有的测试方法的缺点在于不能完全真实的反映系统故障时MOV的故障电流，因此很难有效的验证MOV保护装置的动作正确性。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种能真实模拟MOV故障一次电流、电压光数字信号量的的装置，用于调试基于数字量的MOV保护装置。

本实用新型技术方案如以下所述：氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置，由连接三个电压互感器和三个电流互感器的六通道A/D采样芯片、DSP芯片、FPGA芯片、光电转换模块和光纤接口构成；三个电压互感器和三个电流互感器的输出连接相应六通道的A/D采样芯片，A/D采样芯片同时对三路电压和三路电流进行采样；A/D采样芯片的数据输出连接DSP芯片，DSP芯片的输出连接FPGA芯片，FPGA芯片的输出连接光电转换模块，由FPGA芯片驱动光电转换模块将数据转换为支持预设通讯协议的光信号，通过光电转换模块连接光纤接口。

本实用新型的改进是：设有低通滤波器(LPF)连接在三个电压互感器和三个电流互感器的输出端，再连接A/D采样芯片。即先通过低通滤波器(LPF)进行滤波，然后利用模拟数字转换芯片(A/D)将模拟量进行采样与保持，将得到的数字量送入直读存储器进行缓存，然后进入数字信号处理芯片(DSP)进行处理，DSP芯片通过从人机接口模块获取的参数，对数据进行处理完成数据缩放及通讯规约转过程，按照预设通讯协议将数据进行打包写入现场可编程门阵列芯片(FPGA)，最后由FPGA芯片驱动光电转换模块将数据转换为支持预设通讯协议的光信号，最后通过光纤接口发送出去。

氧化锌避雷器的继电保护装置采用本实用新型测试时步骤如下：

(1)将通过电力系统仿真软件模拟比较精确的MOV故障波形文件或MOV真实故障录波文件导入带有故障回放功能的继电保护测试仪，根据故障电流、电压大小设置缩放系数1/k，使输出的模拟电流、电压分别控制在继电保护测试仪输出的正常输出范围内；

(2)将(1)中继电保护测试仪输出的电流、电压输入到本实用新型的测试装置内，测试装置以预设的采样频率进行采样并转换为数字量；再通过预设的缩放系数k使输出的数字量还原为原始录波文件的幅值；

(3)本实用新型测试装置发出光信号通过光纤输入到支持数字信号输入的MOV保护装置中进行测试。

需要将(1)中所获得的波形文件保存成COMTRADE91/99标准格式文件，再将保存后的文件导入支持该标准格式的继电保护测试仪进行回放。

本实用新型测试装置输入的模拟信号包括三相电流，三相电压；通过人机接口模块包括液晶屏幕以及旋转可调节按钮设置参数：缩放系数(1/k)、采样频率、额定电流电压值、光纤通讯波特率，通讯协议。

本实用新型测试装置采用6通道16位A/D芯片；采用主频为大于200MHz的DSP芯片，采样频率设置在5k～12kHz范围内，DSP芯片采用C语言软件编程，完成数据缩放以及通讯协议转换过程，将所得数据打包写入FPGA芯片。

本实用新型测试装置将输入模拟量经过缩放后根据预设的通讯协议参数输出具有标准通讯协议(IEC60044-8或者IEC61850-9-1)的光数字信号量。

缩放系数k值的设置：例如实际故障电流幅值范围为-6000A到6000A，由于继电保护装置无法输出如此大的电流，因此设置缩放系数为k＝0.002，则继电保护装置输出电流幅值范围为-12A到12A，这样就得到MOV故障电流的模拟量，波形不变，幅值缩小。所述具体设置操作步骤可参考所使用的继电保护测试仪说明书。

本实用新型的有益效果：本实用新型能够给MOV保护装置提供更加真实的故障电流波形，从而准确的验证MOV保护装置的动作逻辑。本实用新型测试装置的特点是输出的数字波形仿真程序高，实现简单，大部分利用现有的技术和设备。本实用新型的测试装置的功能可以合并到目前的常规继电保护测试仪，作为常规继电保护测试仪一个扩展功能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施案例的软件数据流程图。

①为电力系统仿真软件，要求能导出支持COMTRADE91/99的故障录波文件。

②为继电保护测试仪，要求能支持故障回放功能，其采样频率支持5KHz以上。

③为本实用新型实施案例的测试装置，其结构如图2所示。

④为待测试的串补MOV保护装置。

⑤电力行业通用的COMTRADE91/99格式故障录波文件

图2本实用新型实施案例的测试装置硬件结构框图。

图3某串补站仿真模型图。

图4模拟MOV故障的电流波形以及累积能量图。

图5MOV保护装置录波文件图。

具体实施方式

采用本实用新型对MOV保护装置进行测试的步骤如下：

步骤一：通过以下3种方式得到MOV故障电流波形录波文件，并将文件另存为格式为COMTRADE91/99的录波文件。

(1)根据串补站系统设计参数，建立模型，使用电力系统仿真软件(比如PSCAD/EMTDC软件)模拟各种故障得到不同故障模式下比较真实的MOV故障电流波形录波文件。

(2)通过设计部门或用户得到不同故障模式下的MOV真实故障电流录波文件。

(3)若是仅测试MOV保护装置逻辑功能可直接借用其它站的MOV真实故障电录波文件。

步骤二：选择带有故障回放的继电保护测试仪，将在步骤一中得到的录波文件导入到测试仪中，根据故障电流、电压大小设置缩放系数1/k，使输出电流电压控制在在继电保护试验仪输出正常范围内(一般输出电压0～120V、输出电流0～30A)。

步骤三：将步骤二所输出电流、电压输入到本实用新型实施案例的测试装置内，以8～12kHz的采样频率进行采样，并转换为数字量，根据装置内预设的置缩放参数k，使输出数字量还原为原始录波文件幅值。

本实用新型实施案例的测试装置使用的电子元器件：采用3个变比为100V∶4V的TV，3个变为比5A∶175mV的TA，使用6通道16位(A/D)采样芯片，同时对3路电压3路电流进行采样；采样数据进入主频为400MHz的DSP芯片进行处理，通过C语言软件编程完成数据缩放后以及通讯协议转换功能；将所得数据打包写入8K LEs的FPGA芯片，FPGA芯片驱动光电转换模块将数据转换为支持预设通讯协议(IEC60044-8或者IEC61850-9-1)的光信号，通过光纤接口发送出去，光电转换模块波长为多模850nm，接头类型ST，发送光功率-15±3dBm，接收灵敏度为-28±3dBm。

步骤四：本实用新型实施案例的测试装置同时发出3路光信号(3路信号完全一致)通过光纤输入到MOV保护装置中用于测试。

下面给出一个本实用新型实施案例测试装置的实测样例：

根据某串补站创建仿真模型如图3所示，然后根据实际参数设置MOV的伏安特性值，并设置故障点与故障类型，进行仿真，得到如图4所示MOV故障电流波形以及累积能量。再将图4所示的波形存为故障录波文件，通过本实用新型实施案例测试装置将其生成模拟MOV故障电流的数字信号输入到保护装置中，保护装置动作，得到如图5所示故障录波文件。

比较图4和图5可见两者的故障电流波形几乎完全一致，两者的计算得到的能量与仿真模拟的能量值也几乎完全一致，说明本实用新型实施案例的测试装置能够正确模拟MOV故障电流波形。

Claims (2)

1、氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置，由连接三个电压互感器和三个电流互感器的六通道A/D采样芯片、DSP芯片、FPGA芯片、光电转换模块和光纤接口构成；其特征是三个电压互感器和三个电流互感器的输出连接相应六通道的A/D采样芯片，A/D采样芯片同时对三路电压和三路电流进行采样；A/D采样芯片的数据输出连接DSP芯片，DSP芯片的输出连接FPGA芯片，FPGA芯片的输出连接光电转换模块，由FPGA芯片驱动光电转换模块将数据转换为支持预设通讯协议的光信号，通过光电转换模块连接光纤接口。

2、根据权利要求1所述的氧化锌避雷器的继电保护装置的测试装置，其特征是设有低通滤波器连接在三个电压互感器和三个电流互感器的输出端，再连接A/D采样芯片。

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