繼電保護(hù)裝置測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 浩，汪玉雯，牛韓勇

(西門子電力自動(dòng)化有限公司，南京 211100)

1 引言

數(shù)字化繼電保護(hù)裝置用于電力系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)，對(duì)于保護(hù)邏輯計(jì)算以及保護(hù)出口動(dòng)作的準(zhǔn)確性，及時(shí)性具有很高要求，最基本的要求是保護(hù)裝置不拒動(dòng)，不誤動(dòng)。保護(hù)裝置的測(cè)試系統(tǒng)，必須包括:

(1)所有的IO板卡硬件測(cè)試:CPU板卡，開關(guān)量輸入板卡，開關(guān)量輸出板卡，電壓電流互感器板卡，通訊板卡等。

(2)電壓電流互感器系數(shù)校正。

(3)保護(hù)功能邏輯驗(yàn)證。

傳統(tǒng)的人工調(diào)試?yán)^電保護(hù)裝置，測(cè)試效率低并且人為誤差大，可能會(huì)誤測(cè)或者漏測(cè)某些重要的測(cè)試，一旦這樣的裝置投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，會(huì)有很大的安全隱患。介紹了一種基于 Agilent34980A，Agilent電源，Agilent信號(hào)發(fā)生器，Omicron以及電流切換矩陣等設(shè)備組成的自動(dòng)化測(cè)試硬件平臺(tái)。該硬件平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并投入到生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，提高了保護(hù)裝置功能測(cè)試的效率，節(jié)省了裝置從組裝到出廠的周期，且平臺(tái)穩(wěn)定可靠度高。

2 測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本測(cè)試系統(tǒng)涉及到測(cè)試PC，測(cè)試夾具，測(cè)試機(jī)柜，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

·測(cè)試PC

用于運(yùn)行自動(dòng)化測(cè)試軟件，與待測(cè)裝置，測(cè)試設(shè)備進(jìn)行通訊以及遠(yuǎn)動(dòng)命令控制等。其通訊方式有LAN，USB以及RS485三種方式，相應(yīng)接口及功能如表1所示。

表1 測(cè)試PC通訊接口

·測(cè)試夾具

用于固定待測(cè)裝置，并將待測(cè)裝置的電氣信號(hào)連接至測(cè)試機(jī)柜上的Test Adapter(電氣信號(hào)適配單元)。

·測(cè)試機(jī)柜

安裝各種自動(dòng)化測(cè)試所需要的儀器儀表等，是整套自動(dòng)化測(cè)試硬件平臺(tái)的核心。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3 測(cè)試系統(tǒng)功能介紹

3.1 測(cè)試硬件選型

測(cè)試機(jī)柜作為本測(cè)試系統(tǒng)的核心，硬件選型非常重要，必須具備如下條件:

(1)滿足待測(cè)保護(hù)裝置的所有硬件測(cè)試需求。包括模擬量的發(fā)生和測(cè)量，開關(guān)量的觸發(fā)和檢測(cè)，以及功率要求等。

(2)具有成熟與穩(wěn)定的編程接口，便于測(cè)試PC控制。

(3)便于測(cè)試系統(tǒng)升級(jí)。

(4)便于安裝和接線。

鑒于以上標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)選擇了基于 Agilent34980A為主控制器，再配以電源，信號(hào)發(fā)生器，電流切換矩陣等，作為基本的測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.2 測(cè)試硬件設(shè)備

本系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備，均采用LAN接口，分配靜態(tài)IP地址。較GPIB，串口等方式相比，接線簡(jiǎn)單，速度提升，穩(wěn)定性也加強(qiáng)。Agilent 34980A作為主機(jī)箱，可以根據(jù)需求配置不同的板卡，目前配置了5個(gè)板卡，還有3個(gè)插槽可以用于將來系統(tǒng)升級(jí)。并且所有設(shè)備，廠家提供相應(yīng)的編程接口，方便測(cè)試PC的控制。

3.3 測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制

測(cè)試PC通過LAN接口，利用可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集SCPI，驅(qū)動(dòng)和控制測(cè)試設(shè)備。SCPI命令是ASCII字符串，通過物理傳輸層傳入儀器。命令由一連串的關(guān)鍵字構(gòu)成，有的還需要包括參數(shù)。通常儀器對(duì)于 SCPI查詢命令的反饋也為 ASCII碼。SCPI命令舉例:

*IDN? 獲取設(shè)備ID信息。

ROUT:CLOS(@3010)關(guān)閉Agilent34980A插槽3模塊上的通道10

MEAS:CURR:DC?(@1043)獲取Agilent34980A內(nèi)部DMM在1043通道上的測(cè)量值

表2 測(cè)試設(shè)備介紹

3.4 測(cè)試系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)可以檢測(cè)大部分重要的硬件回路，如下:

·電源供電回路測(cè)試;

·LED，LCD，鍵盤測(cè)試;

·通訊模塊測(cè)試;

·電壓電流通道的幅值與相位測(cè)試;

·開關(guān)量輸入輸出測(cè)試;

·0－20mA直流輸入輸出測(cè)試;

·保護(hù)邏輯功能測(cè)試;

每一個(gè)測(cè)試模塊，都會(huì)涉及到待測(cè)裝置與測(cè)試設(shè)備之間信號(hào)的電氣連接，本文以開關(guān)量輸入回路和0－20mA直流模擬量輸出回路為例，介紹其硬件電路的測(cè)試方法。

3.4.1 開關(guān)量輸入回路

如圖3所示，測(cè)試PC控制軟件，通過驅(qū)動(dòng)Agilent34937板卡相應(yīng)的繼電器常開節(jié)點(diǎn)，將Agilent N5751A開入電源引入左側(cè)的待測(cè)裝置，再通過USB通訊報(bào)文，獲取待測(cè)裝置當(dāng)前此開入量狀態(tài)，進(jìn)行比較判斷。

3.4.2 0－20mA直流模擬量輸出回路

如圖4所示，測(cè)試PC控制軟件，通過USB通訊報(bào)文，控制待測(cè)裝置輸出直流信號(hào)量，通過驅(qū)動(dòng)Agilent34937板卡相應(yīng)的繼電器常開節(jié)點(diǎn)，將此直流信號(hào)引入Agilent34921的電流信號(hào)測(cè)試回路，之后再接入到Agilent34980內(nèi)部測(cè)量模塊，進(jìn)行電流信號(hào)的測(cè)量，最后驅(qū)動(dòng)Agilent34980內(nèi)部測(cè)量模塊，獲取該測(cè)量值，進(jìn)行比較判斷。

圖3 開關(guān)量輸入回路

圖4 0－20mA直流模擬量輸出回路

4 測(cè)試結(jié)果與結(jié)論

該測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)成功測(cè)試300多臺(tái)繼電保護(hù)裝置，結(jié)合測(cè)試軟件，可以生成測(cè)試報(bào)告，實(shí)時(shí)報(bào)告測(cè)試結(jié)果，便于用戶在實(shí)驗(yàn)完成后分析數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了基于LAN通訊接口的穩(wěn)定性，Agilent控制設(shè)備的實(shí)時(shí)性和Omicron信號(hào)源的精確性。

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