變電站合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)及其實現(xiàn)

歐陽帆, 朱維鈞, 陳 宏, 肖俊先, 徐 浩, 李 輝

(1. 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 湖南省長沙市 410007; 2. 湖南省湘電試驗研究院有限公司, 湖南省長沙市 410004)

變電站合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)及其實現(xiàn)

歐陽帆1, 朱維鈞1, 陳 宏1, 肖俊先2, 徐 浩1, 李 輝1

(1. 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 湖南省長沙市 410007; 2. 湖南省湘電試驗研究院有限公司, 湖南省長沙市 410004)

針對變電站合并單元測試設(shè)備技術(shù)性能中“延時特性”和“準(zhǔn)確度”兩項關(guān)鍵的測試功能指標(biāo)缺乏有效校驗手段的問題,提出了一種針對變電站合并單元測試設(shè)備技術(shù)性能的校驗方法,研制了相關(guān)校驗系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)指標(biāo)。該校驗系統(tǒng)基于高性能ARM處理器+現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)+高精度AD芯片的硬件系統(tǒng),設(shè)計了電壓、電流快速采樣前置電路以減小采樣延時誤差,應(yīng)用了定頻采樣高精度幅值和相位算法以實現(xiàn)對采樣信號的高精度測量,設(shè)置了精確靈活的延時特性測試策略。隨后,應(yīng)用該校驗系統(tǒng)開展了合并單元測試設(shè)備比對性測試,基本解決了變電站合并單元測試設(shè)備核心性能無法檢測的實際問題。

智能變電站; 合并單元測試設(shè)備; 延時特性; 準(zhǔn)確度; 校驗系統(tǒng)

0 引言

依據(jù)智能變電站設(shè)計規(guī)范[1],目前在國家電網(wǎng)公司范圍內(nèi),智能變電站的電氣量采集環(huán)節(jié)采用的主要是“常規(guī)互感器+合并單元”方式。合并單元是智能變電站的重要構(gòu)成部分,是供給智能化保護(hù)、測控裝置電氣量信號的重要輸入源。由于在制造過程中選料、工藝等方面的因素,合并單元的性能隨著外界環(huán)境影響、投運時間增長以及傳感元件的老化而有可能發(fā)生變化。如果性能變化導(dǎo)致指標(biāo)越限,與之相關(guān)的保護(hù)或測控裝置都將會受到影響,甚至引起設(shè)備不正確動作,危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行[2-5]。因此,合并單元檢驗屬于二次設(shè)備狀態(tài)檢修例行試驗范圍,須按期開展。國家電網(wǎng)公司針對合并單元性能給出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其中“延時特性”和“準(zhǔn)確度”是最關(guān)鍵的兩項指標(biāo)[6-8]?，F(xiàn)場普遍應(yīng)用的檢驗合并單元的主要設(shè)備是“合并單元測試設(shè)備”,但在使用中逐漸暴露了兩個問題。

1)生產(chǎn)合并單元測試設(shè)備的廠家較多,型式多樣,功能實現(xiàn)方法(及算法)也有不同,產(chǎn)品質(zhì)量缺乏監(jiān)管。

2)隨合并單元測試設(shè)備提供的檢測報告多為準(zhǔn)確度校準(zhǔn),缺少對延時特性的校驗結(jié)果,現(xiàn)場使用的設(shè)備難以有效送檢,影響了設(shè)備的持續(xù)使用。

由于缺乏校驗手段,電網(wǎng)運檢單位難以對合并單元測試設(shè)備性能進(jìn)行校驗。當(dāng)不同測試設(shè)備對同一個被測合并單元得出了差異化的測試結(jié)果時,電網(wǎng)檢修人員往往無法準(zhǔn)確評判設(shè)備狀態(tài)。例如,在湖南某220 kV智能變電站投運一年的首次檢修中,曾出現(xiàn)過某合并單元用一臺測試儀測出的結(jié)果不符合要求,而用另一臺測試卻符合要求的情況。

相關(guān)問題也得到了行業(yè)研究人員的注意。文獻(xiàn)[9-10]分析了合并單元數(shù)字采樣各個環(huán)節(jié)延時的構(gòu)成,文獻(xiàn)[11]提出了合并單元詳細(xì)的測試方案,但對怎樣檢驗合并單元測試設(shè)備的延時特性和準(zhǔn)確度檢測功能,確保其測試精度,這方面的應(yīng)用研究偏少。

為此,本文所屬研究團(tuán)隊在檢驗合并單元測試設(shè)備性能方面開展研究,參與編制了能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 42087—2016《合并單元測試設(shè)備技術(shù)規(guī)范》[12],提出了一種用于檢測合并單元測試設(shè)備性能的測試方法并研制了其校驗系統(tǒng)[13],以解決現(xiàn)有應(yīng)用技術(shù)中對合并單元測試設(shè)備主要性能缺乏有效測試的問題,為智能電網(wǎng)可靠運行和檢修提供支持。

1 校驗系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

合并單元采樣值報文的延時特性主要由采樣轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)化、數(shù)字處理延時三部分延時構(gòu)成。對于同樣的采樣值報文,智能變電站的保護(hù)類和測控類裝置有“點對點模式”和“組網(wǎng)模式”兩種不同的接收機制。對于“點對點模式”,延時特性的誤差是三者的累加,主要體現(xiàn)在采樣后的數(shù)字處理延時;對于組網(wǎng)模式,由于規(guī)定了采樣值報文序號與同步脈沖的時間關(guān)系(比如0序號報文規(guī)定是記錄了在秒鐘整點時刻采集的值),其延時特性的誤差是采樣轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)化的誤差累加,主要體現(xiàn)在模擬元件的引入誤差[2,14]。準(zhǔn)確度則體現(xiàn)了合并單元測量模擬量信號并反映模擬量真值的接近程度。合并單元測試設(shè)備發(fā)出模擬量給合并單元或與合并單元同時接收同源模擬量,并接收合并單元發(fā)出的采樣值報文,將兩種信號進(jìn)行比較,來實現(xiàn)對合并單元性能的檢測。因此,要對合并單元測試設(shè)備進(jìn)行校驗,就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反向測試。

本文提出的合并單元測試設(shè)備校驗方法,其原理是:模擬一個高精度的合并單元,將其輸出接給被測的合并單元測試設(shè)備,按試驗設(shè)置靈活輸出不同幅值、不同延時的數(shù)字報文,觀察合并單元測試設(shè)備測得的延時特性和準(zhǔn)確度結(jié)果,并與試驗設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,從而得到合并單元測試設(shè)備的測試誤差,再對照標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)來判斷該合并單元測試設(shè)備是否滿足使用要求。而這個模擬的高精度合并單元就是“合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)”。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1虛線框內(nèi)所示,本文提出的合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)(以下簡稱“校驗系統(tǒng)”)主要由數(shù)字報文發(fā)生器模塊,電流、電壓高精度源模塊,精確時鐘模塊、上位機模塊和控制總板構(gòu)成。

圖1 合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.1 Diagram of calibration system for merging unit test equipment

校驗系統(tǒng)各個組成模塊的功能定義如下。

1)數(shù)字報文發(fā)生器模塊:該模塊采集來自系統(tǒng)內(nèi)部電流、電壓高精度源或者來自外部電流、電壓源發(fā)來的模擬量信號,按配置轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣值信號,通過光纖與被測的合并單元測試設(shè)備相連,向其發(fā)送包含了數(shù)字采樣值信號的數(shù)字報文(IEC 61850-9-2 采樣值報文、FT3碼)。

2)電流、電壓高精度源模塊:主要是一個標(biāo)準(zhǔn)源,用于向被測的合并單元測試設(shè)備發(fā)送高精度、高穩(wěn)定度的電流、電壓模擬量信號,通過試驗線與被測的合并單元測試設(shè)備相連,該電流、電壓模擬量信號也同時由系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)送給數(shù)字報文發(fā)生器模塊。

3)上位機模塊:是校驗系統(tǒng)與實驗人員的人機界面,實驗人員通過上位機模塊將測試指令下發(fā),以控制數(shù)字報文發(fā)生器模塊和電流、電壓高精度源模塊的工作。

4)精確時鐘模塊:作為精密時鐘發(fā)生器,用于發(fā)生校驗系統(tǒng)的時鐘同步觸發(fā)信號,保留了多種類型接口,可以輸出包括秒脈沖、IRIG-B碼時鐘信號在內(nèi)的多種同步信號,且均可以電或光編碼形式傳遞。也設(shè)置了接入接口,可接收精度更高的外部時鐘。

5)控制總板:用于實時處理和融合上述各模塊交互通信,并接收上位機人機界面的測試指令。

校驗系統(tǒng)與被測的合并單元測試設(shè)備通過光纖及試驗電線連接。當(dāng)采用校驗系統(tǒng)本身精度源時,試驗電線需從精度源接到被測設(shè)備(EUT),再接回數(shù)字報文發(fā)生器;當(dāng)采用外部模擬源時,試驗電線只需從外部模擬源接回到數(shù)字報文發(fā)生器。校驗系統(tǒng)模擬變電站內(nèi)電流和電壓互感器二次側(cè)模擬量,同時模擬合并單元產(chǎn)生數(shù)字報文,均發(fā)送給合并單元測試設(shè)備。通過精確調(diào)整輸出信號的時差和幅值,與合并單元測試設(shè)備上顯示的結(jié)果進(jìn)行比較,以實現(xiàn)對合并單元測試設(shè)備的性能校驗。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

按照精度測試的等級要求,測試設(shè)備的精度應(yīng)比被測試設(shè)備精度高1至2個等級。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對合并單元的采集及轉(zhuǎn)換精度提出了相應(yīng)的要求[8,15]。合并單元測試設(shè)備的精度要高于合并單元,從合并單元測試設(shè)備廠家提供的報告顯示比值精度一般在0.05級,相位精度可以換算成采樣響應(yīng)的延時特性。因此,校驗系統(tǒng)用于對合并單元測試設(shè)備進(jìn)行檢測,其精度級別必須更高。該校驗系統(tǒng)設(shè)計為不低于0.02級,以實現(xiàn)高精度和測試靈活的要求。技術(shù)指標(biāo)如下:電流、電壓輸出精度≤0.05%;電流、電壓輸出穩(wěn)定度為0.005%/2 min;電流、電壓輸入額定值In和Un分別為5 A/1 A和57.735 V;電壓在(20%～120%)Un范圍內(nèi),電壓比差≤0.02%;電壓在(20%～120%)Un范圍內(nèi),電壓角差為0.2′;電流在(1%～120%)In范圍內(nèi),電流比差≤0.02%;電流在(20～120%)In范圍內(nèi),電流角差為0.2′;電流在(1%～20%)In范圍內(nèi),電流角差為0.3′。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

針對合并單元測試設(shè)備的“延時特性”和“準(zhǔn)確度”兩項關(guān)鍵性能指標(biāo),構(gòu)建了基于高性能ARM處理器+現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)+高精度AD芯片的硬件系統(tǒng),設(shè)計了快速采樣電路,配合精確算法,以實現(xiàn)校驗系統(tǒng)的高精度測量。

2.1 電壓電流快速采樣前置電路設(shè)計

校驗系統(tǒng)的數(shù)字報文發(fā)生器模塊通過采集電流、電壓信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字報文輸出。電壓電流通道延時主要由AD前置驅(qū)動電路造成,因此在電路設(shè)計上需要兼顧采集高精度和處理延時固定。

1)電壓采集通道設(shè)計

電壓采樣前置驅(qū)動電路如圖2所示。被測電壓通道輸入額定電壓為57.735 V,通過分壓電阻轉(zhuǎn)換為1 V左右的小電壓信號,經(jīng)過由高帶寬精密儀表運算放大器組成的電壓偏置電路轉(zhuǎn)換為差分信號。其后,差分信號輸入16位高速高精度AD,采樣速率為100 Mbit/s,模數(shù)轉(zhuǎn)換時間小于10 ns。

圖2 電壓快速采樣前置通道原理圖Fig.2 Principle diagram of voltage fast sampling pre-channel

2)電流采集通道設(shè)計

電流采樣前置驅(qū)動電路如圖3所示。被測電流輸入范圍設(shè)計為0.05～6 A,電流通道分為5 A量程和1 A量程。其中5 A通道采用50 mΩ分流電阻并經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換為1 V左右的小電壓信號,1 A量程電流通道采用1 Ω分流電阻轉(zhuǎn)換為1 V左右的小電壓信號。電壓小信號經(jīng)電壓偏置電路轉(zhuǎn)換為差分信號,差分信號輸入24位高精度AD。由于電流通道與電壓通道采用的前端電路和AD不同,采樣過程中均以電壓通道為基準(zhǔn),調(diào)整電流通道超前或滯后采樣時間,消除電流通道角差。

為保證采集精度,必須嚴(yán)格控制元件選型。電壓通道分壓電阻采用了無感無容精密電阻;5 A/1 A電流通道的分流電阻采用了不小于30 W的大容量高精度分流器;模擬信號放大及電壓偏置等信號調(diào)理部分電阻、系統(tǒng)電壓溫補基準(zhǔn)元件選型應(yīng)保證溫飄特性和長期運行漂移特性優(yōu)良。

圖3 電流快速采樣前置通道原理圖Fig.3 Principle diagram of current fast sampling pre-channel

3)通道間延時差異控制

通道延時主要由AD前置驅(qū)動電路造成,一方面選擇高穩(wěn)定性元件提升整體性能,另一方面需要對通道間延時差異進(jìn)一步調(diào)整確認(rèn)。為此搭建了一個三通道數(shù)據(jù)采集器,專門測試前置驅(qū)動電路延時。該采集器3個通道采用相同電路設(shè)計,通道之間的角差小于0.05′,3個采樣通道分別接至AD前置驅(qū)動電路輸入端和電壓電流兩個輸出端,采用正弦波信號進(jìn)行測試。經(jīng)測試,AD各通道傳輸延時差小于0.1 μs,折合工頻相角誤差約為0.11′。

分析可知,前置電路從信號輸入到采樣完成,綜合延時誤差不會超過0.2 μs。研制中,為盡量補償信號傳遞過程中的延時造成的誤差,系統(tǒng)將電壓通道設(shè)置為提前0.1 μs采樣。

2.2 定頻采樣高精度幅值和相位算法

采樣頻率調(diào)整適應(yīng)性是本校驗系統(tǒng)的測試項目之一,它通過適當(dāng)調(diào)整電壓電流頻率來檢查被測合并單元測試設(shè)備的讀值準(zhǔn)確度。智能變電站合并單元采用定頻采樣方式,工頻每周期采樣率采用80點采樣。通常采用傅里葉變換計算離散采樣序列幅值,要求為整數(shù)周期,而在實際測試過程中,頻率偏離50 Hz時,可能造成“頻率泄露”[16-19]?！邦l率泄露”是使計算結(jié)果出現(xiàn)誤差的常見現(xiàn)象,不同廠家的合并單元測試設(shè)備對采樣算法不盡相同,通常表現(xiàn)為計算所得幅值讀數(shù)隨時間變化圍繞真實值波動,增大測量偏差,因此校驗系統(tǒng)本身必須對因頻率泄露帶來的誤差進(jìn)行處置。相角計算也同樣會碰到上述問題。為此,校驗系統(tǒng)算法應(yīng)用了一種定頻采樣高精度幅值和相角算法,可以以較小的運算量獲得高精度的幅值和相位值。

1)定頻采樣高精度幅值算法

校驗系統(tǒng)接收內(nèi)部模塊或外部儀器發(fā)來的模擬量信號,按測試要求,輸入信號是基于基波的單一正弦波,諧波含量很小。因此,可以用基波同步采樣得到一個離散采樣序列,定義為X(k):

(1)

式中:k=0,1,2,…;A為采樣序列幅值;N為按基波同步采樣下每周期采樣點數(shù);fb為基波頻率;f為輸入信號的實際頻率;θ為采樣初始相角。此時A,f,θ未知,且A是待求對象。

若輸入信號頻率與基波頻率有偏差,即f≠fb,則校驗系統(tǒng)在基波同步采樣頻率下的N不能與輸入信號周期同步,存在采集點數(shù)誤差。為此,需要建立以輸入信號頻率為標(biāo)準(zhǔn)分割采樣的離散采樣序列。

首先,采用過零點算法對連續(xù)若干次獲得值進(jìn)行平均計算,得到實際采樣序列的頻率f;采樣序列周期t=1/f,計算第一個過零點位置為tc0,則得到基于周期t的信號波形的初始相角θ:

(2)

對X(k)采用線性插值算法,按1/(Nf)采樣間隔進(jìn)行重采樣,因輸入信號源為單一正弦波,諧波含量很小,經(jīng)仿真驗證,由插值算法引入的幅值誤差很小,相對于頻率偏差引入的誤差可以忽略。由此得到新的離散采樣序列X(k)′:

(3)

X(k)′的采樣頻率與輸入信號頻率比固定為N,即X(k)′與輸入信號頻率同步,從而消除了采集點數(shù)誤差。對采樣序列X(k)′進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)運算,由于頻率偏差,還得不到幅值A(chǔ),而是帶有誤差的幅值A(chǔ)′。在頻率誤差不變情況下,A與A′之間存在固定的誤差系數(shù)n。

為求得n,相應(yīng)地,依照X(k),在基波同步采樣下構(gòu)造一個離散采樣序列Y(k):

(4)

與X(k)不同的是,Y(k)的幅值A(chǔ)y已知。然后,同樣采用線性插值算法按1/(Nf)采樣間隔對離散采樣序列Y(k)進(jìn)行重采樣,得到采樣序列Y(k)′:

(5)

對采樣序列Y(k)′進(jìn)行DFT運算,得到帶有誤差的幅值A(chǔ)y′。從而獲得誤差系數(shù)n:

(6)

由于X(k)與Y(k)方法一致,對Y(k)求得的誤差系數(shù)n可直接用于X(k)。將式(6)的值代入X(k)序列,最終可得到離散采樣序列X(k)的幅值A(chǔ):

(7)

2)定頻采樣高精度相位算法

按照采樣過零點的相位計算方法誤差仍然較大,因此校驗系統(tǒng)應(yīng)用了一種定頻采樣高精度相位算法。相位算法與幅值算法相似,但獨立運行。

設(shè)有離散采樣序列X(k)(見式(1)),初始相角θ未知。構(gòu)造一個與X(k)同幅值、同頻率的離散采樣序列X(k)′,并規(guī)定其初始相角為0°,如下式所示:

(8)

將X(k)與X(k)′兩個序列逐點做差,可得新的序列ΔX(k):

(9)

因3個序列在向量圖中的關(guān)系構(gòu)成一個等腰三角形,如圖4所示,ΔX(k)就是等腰三角形的底邊,初始相角θ就是對應(yīng)的頂角。

圖4 定頻采樣相位算法各序列向量關(guān)系Fig.4 Vector relation of series in fixed frequency sampling phase algorithm

套用前述定頻采樣幅值方法,可計算得到序列ΔX(k)的幅值B,即圖4的底邊邊長。再根據(jù)正弦公式很容易就可求得初始相角θ:

(10)

2.3 延時特性測試策略

對于合并單元測試設(shè)備,影響報文絕對延時時間的因素有采樣值相角誤差、報文延時設(shè)置時間、報文抖動時間。

為測試合并單元測試設(shè)備對數(shù)字報文采樣值的相位誤差的敏感度,校驗系統(tǒng)從測試策略上采用正反邏輯,精準(zhǔn)驗證?？筛爬橐韵聨追N方式。

1)通過改變采樣通道的使能時間,調(diào)整AD采樣時刻,實現(xiàn)在數(shù)字化采樣值中精準(zhǔn)疊加相位誤差。

2)通過改變實際報文延時,與報文延時通道值構(gòu)成偏差,實現(xiàn)對點對點模式下的延時誤差精準(zhǔn)設(shè)定。

3)通過設(shè)置報文延時時間為觸發(fā)0序號報文與同步脈沖時間之間的誤差,實現(xiàn)對組網(wǎng)模式下的延時誤差精準(zhǔn)設(shè)定。

4)通過預(yù)設(shè)的報文發(fā)送間隔抖動,實現(xiàn)報文抖動時間按照測試策略精準(zhǔn)發(fā)生。

為保證系統(tǒng)實時性及報文絕對延時時間精確,系統(tǒng)同步、AD采樣、報文發(fā)送控制器均由FPGA控制實現(xiàn),合并單元測試設(shè)備顯示所得誤差即為其本身的精度誤差。

校驗系統(tǒng)以此適應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求,實現(xiàn)了對合并單元測試設(shè)備延時特性的精確、靈活的測試策略。

3 實測工作

3.1 測試方案

校驗系統(tǒng)研制后,抽取了智能變電站調(diào)試檢修現(xiàn)場應(yīng)用較多的部分國內(nèi)主流合并單元測試設(shè)備,開展比對性測試,主要考察延時特性和準(zhǔn)確度。測試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)NB/T 42087—2016《合并單元測試設(shè)備技術(shù)規(guī)范》。

按集成方式,目前國內(nèi)合并單元測試設(shè)備主要有兩類:一類是需要外接標(biāo)準(zhǔn)測試源,在此簡稱“外接式”;一類是內(nèi)置了測試源,簡稱“內(nèi)置式”;而內(nèi)置式測試設(shè)備根據(jù)其測試源信號是否引出又可分為“信號引出”和“信號不引出”兩種。

測試項目包括對合并單元測試設(shè)備的準(zhǔn)確度及延時特性兩大項,各項按照智能變電站通用的點對點模式的誤差發(fā)生機制進(jìn)行測試。在點對點方式測試模式下,校驗系統(tǒng)與被測合并單元測試設(shè)備直連,且對接入同步時鐘與不接入同步時鐘兩種情況分別測試。

對于外接式合并單元測試設(shè)備,使用校驗系統(tǒng)自帶的高精度標(biāo)準(zhǔn)源,采用電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)方式加量,在不同負(fù)荷、不同相角情況下對比合并單元測試設(shè)備與校驗系統(tǒng)顯示的測試結(jié)果,取其最大、最小、平均值及誤差;考察絕對延時方式與網(wǎng)絡(luò)對時方式下,合并單元測試設(shè)備對數(shù)字報文延時特性穩(wěn)態(tài)及發(fā)生改變時的分辨力。對于內(nèi)置式合并單元測試設(shè)備,在上述測試方案基礎(chǔ)上增加對其內(nèi)置信號源準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性的測試項目,取其各通道最大、最小、平均值及綜合誤差,按照誤差疊加的原則測出準(zhǔn)確度和延時特性,作為最終的合并單元測試設(shè)備的性能指標(biāo)測試結(jié)果。

3.2 實測情況

共有來自5個廠家的6套主流設(shè)備參與了比對性測試。因測試項目及數(shù)據(jù)較多,不能一一列舉,本文列出了各設(shè)備主要測試項目中基于額定量情況下的測試結(jié)果,如表1所示。

由表1可見,被測設(shè)備1和5的絕對延時特性誤差超過了規(guī)定的小于2 μs的要求,設(shè)備3的內(nèi)置信號源精度未滿足高于0.05級的要求;其他設(shè)備基本滿足技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的準(zhǔn)確度和延時特性要求。在測試中也發(fā)現(xiàn)了以下幾種情況,可供相關(guān)讀者參考。

1)部分設(shè)備對同一個輸出量的延時特性進(jìn)行測試時均存在一定固有偏差,且隨額定延時變化而上下浮動,說明設(shè)備在運行的穩(wěn)定性方面有待改進(jìn)。

2)同一型號的不同設(shè)備在對同一個輸出量的延時特性進(jìn)行測試時,也發(fā)現(xiàn)了固有偏差現(xiàn)象,說明設(shè)備在出廠校驗時,其校驗設(shè)備本身存在偏差。

3)部分內(nèi)置式合并單元測試設(shè)備的信號源穩(wěn)定度偏低,影響了其測試綜合指標(biāo)。

表1 合并單元測試設(shè)備比對性測試結(jié)果Table 1 Comparison test result of merging unit test equipment

4 結(jié)語

本文介紹了一種智能變電站合并單元測試設(shè)備校驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)以及開展的比對性實測情況,為校驗合并單元測試設(shè)備延時特性、準(zhǔn)確度等關(guān)鍵性能提供了比較精確的方法依據(jù),基本解決了智能變電站工作中普遍存在的合并單元測試設(shè)備校檢難的實際問題,為電網(wǎng)企業(yè)對智能變電站設(shè)備的可靠運行、管理與維護(hù)提供了技術(shù)支持,也為設(shè)備廠家進(jìn)一步提高自身設(shè)備性能提供了一種可靠的第三方參考依據(jù)。

該校驗系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用了多種硬軟件技術(shù)手段壓縮了測量誤差空間,對信號源與測試精度均實現(xiàn)考核,但對應(yīng)用環(huán)境尤其是對工作環(huán)境溫度范圍有較高要求,因此更適用于在實驗室環(huán)境下開展此類檢驗工作,這限制了其應(yīng)用范圍。此外,在模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)因器件非線性特征帶來的延時離散性和校驗系統(tǒng)溯源問題目前還不能從根本上解決,這是后續(xù)有待繼續(xù)開展研究的課題。

本文研究得到國網(wǎng)湖南省電力公司科技項目(5216A5140026)的資助,謹(jǐn)此致謝!

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Calibration System for Substation Merging Unit Test Equipment and Its Implementation

OUYANGFan1,ZHUWeijun1,CHENHong1,XIAOJunxian2,XUHao1,LIHui1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Company, Changsha 410007, China; 2. Hunan Xiangdian Test Research Institute Co. Ltd., Changsha 410004, China)

In order to solve the problems of lack of effective calibration means for the two key test performance indices “delay characteristics” and “precision” in the technical performance of substation merging unit (MU) test equipment, a calibration method for the technical performance of substation MU test equipment is proposed. The corresponding calibration system is developed, and the composition of the calibration system and its technical indices are described. Based on the hardware system of “high performance ARM processor+FPGA+high precision AD chips”, the high-speed voltage and current sampling pre-circuit is designed to reduce the sampling delay error. And the fixed frequency sampling high-precision amplitude and phase measuring algorithm is adopted for high-precision sampling value measurement. A precise and flexible test strategy for time delay is adopted. Finally, the comparison test of the MU testing equipment using the calibration system has been carried out. The practical problem that the core performance of substation MU test equipment cannot be tested is basically solved.

smart substation; merging unit test equipment; delay characteristics; precision; calibration system

2017-02-27;

2017-04-12。

上網(wǎng)日期: 2017-06-14。

歐陽帆(1979—),男,通信作者,博士,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)。E-mail： qqwjwww@163.com

朱維鈞(1982—),男,碩士,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)。

陳 宏(1974—),男,高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及其自動化技術(shù)、智能配電網(wǎng)技術(shù)。

(編輯 蔡靜雯)