主页 > 技术文章 > 电力系统自动化继电保护装置测试研究分析 2024-10-15

电力系统自动化继电保护装置测试研究分析

摘要：简单扼要地介绍了继电保护测试装置的类型、发展阶段和测试的基本原理;重点研究分析了采用IEC61850标准的自动化继电保护装置的测试技术,包括与传统测试技术的差别、搭建方法和统一建模的继电保护测试装置的组建方法。
        电力自动化系统的发展在很大程度上受继电保护装置技术的制约[1],因而加快继电保护装置技术的发展是十分迫切和必要的,然而继电保护装置的发展离不开测试技术的进步。继电保护测试就是进行继电保护试验和测量继电保护的特性参数[2],在保证电力系统安全可靠运行方面起着重要作用。本文针对继电保护测试技术的发展,介绍了继电保护测试装置的基本原理,并研究分析了自动化继电保护装置的测试技术特点。
1、继电保护测试装置的类型和发展阶段：
    1.1 继电保护测试装置的类型[3]
    第一种类型由功能强大的仿真软件包和先进的实时数字仿真器件组成,主要模拟电力系统的电磁暂态过程。其特点是硬件结构复杂,电力系统元件模型库较齐全,应用面广,但价格昂贵。比较典型的有法国DTNA数字暂态网络分析仪、西门子NETOMA电力系统仿真软件包等。
    第二种类型是针对某一类专门用途而设计的测试系统,具有结构简单,便于携带,价格较便宜的特点。
    1.2继电保护测试装置的发展阶段[2,3,4]
    第一代微机型继电保护试验仪,以单片机为智能控制器,计算速度较慢,精度较差。
    第二代微机型继电保护试验仪,以PC机(笔记本电脑)做为智能控制器,采用DOS操作系统,具有较强的计算功能,精度能达到0.5级。
    第三代微机型继电保护试验仪,以PC机和串口为硬件基础;软件采用Windows界面,界面友好;功能模块化,具有可扩展电压、电流插件,能实现连续变频。
    第四代微机型继电保护试验仪,充分利用网络技术和数据库技术,具有良好的技术支持、方便的用户服务及灵活的硬件扩展特点;性能高、精度高,能实现实时仿真,可自动生成试验报告,具有辅助专家功能等。
2、继电保护测试装置的基本原理[3,4]
    继电保护测试装置一般由主机(下位机)、计算机(上位机)及辅助设备组成。
    主机将标准的电流、电压信号经过内部处理转化成所设定测试条件下的电流、电压信号,加载到被试验的继电保护装置上,检测其逻辑功能和动作特性,并且根据国际、国家标准(GB/T 7261-2008《继电保护和安全自动装置基本试验方法》)对测试结果进行标定和评价。
继电保护测试装置的试验方式分手动和自动试验两种。手动试验可以通过主机上的手动控制开关,使变量按设置的步长进行增减,也可以通过计算机上的鼠标和键盘上的功能键来完成变量的递增或递减。自动试验是通过计算机的软件,将试验项目全部试验过程中所有参数变化的要求进行编程,自动完成产品的试验。
3、自动化继电保护装置测试技术的研究分析
    3.1数字化继电保护装置与传统继电保护装置的差别[5,6]
    随着IEC61850规约的推广和智能电气设备的发展,电气系统自动化继电保护技术进入了新的数字化阶段。符合IEC61850标准的数字化保护装置与传统的继电保护装置在结构上有着相当大的差别,其差别体现在以下几个方面:
    1）.硬件差别。传统保护由模拟量输入接口单元、开关量输入输出接口、数据处理单元、人机接口、通信接口等组成。采用IEC61850标准的保护则由光接口单元、中央处理单元、开入开出单元、人机接口和通信接口等组成。
    2）.产品检测方式的不同。⑴装置测量准确度方面。传统方式通过PT/CT交流采样,而IEC61850的方式是接收过程层送来的数字信号——光PT/CT或者电子式PT/CT。⑵SOE分辨率试验。传统方式的考核对象是继电保护装置。IEC61850方式的考核对象是过程层数字模块。
    3）.时间同步性。IEC61850要求测试系统的各个单体光数字转换装置、数字保护设备等之间信号的传输必须满足同步性要求。传统模式没有要求一定同步。
    4）.实时性要求。IEC61850要求闭环仿真测试系统各个环节满足实时性要求。传统模式没有这种要求。
    由于IEC61850标准的数字化保护装置与传统的继电保护装置在结构上的巨大差别,传统的测试技术不能用于IEC61850标准的数字化保护装置。
    3.2数字化继电保护测试系统的搭建方法[6,7]
    数字化继电保护对测试系统的基本要求有3点:⑴能够输出基于IEC 61850-9标准的采样值报文,并且能够模拟电力系统的各种故障,故障参数可以设置;⑵能够发送GOOSE报文给被测装置,模拟变电位置信息、闭锁信号等各种开入量信息;⑶能够接收被测装置发送的GOOSE报文并正确解析,给出GOOSE报文携带的信息。
    在数字化继电保护测试系统中必须有光速据转化装置(合并装置)将模拟信号转化为GOOSE报文传送给被测继电保护装置,同时接收被测继电保护装置发出的GOOSE动作信号并解析为开关模拟量信号.并反馈至继电保护测试仪,以此形成数字继电保护装置的闭环测试系统。
    3.3统一建模的继电保护测试装置[8-10]
    电力系统日趋复杂化和智能化,微机型智能继电保护测控装置的种类也日趋多样化。元件保护,线路保护,辅助保护,智能配网终端及用于测量控制的各类测控装置层出不穷。在这种情况下需要提供统一的整机自动测试平台。图2是统一建模的继电保护测试装置示意图。
    图2 统一建模的继电保护测试装置示意图
    统一建模的系统要求:⑴测试仪必须具有全自动,全闭环校验的能力;⑵测试仪本身需要具有数据通讯的能力,可以接收命令和执行命令,并接受上位机的控制。
    用一台主机同时控制多台测试仪一起工作。每一台测试仪调试一台保护装置,测试结束后,各台测试仪通过数据通信,将测试结果上送到主机,形成历史文档。如果和保护测控装置的条形码识别系统结合,其历史记录将更加完整。采用这样的调试方式,可以最大限度的减少调试人员的工作量,实现对大批量测试对象的测试。中央控制PC机在开始调试之前对每台测试仪进行单独的远程配置,并将测试方案导入到相应的测试仪中,设置测试标准;在调试过程中,对多台测试仪的调试过程进行集中监控管理;调试结束后,对每台被测试仪完成调试报告并且存入数据库。所以,在整机调试线上,只要有一位管理员控制中央控制PC机,即可同时对多台装置进行全自动调试。
    开发这样的系统主要在于开发继电保护测试装置各类I/O接口插件和整机测试模型组态软件。基于数字化继电保护装置的硬件架构实现这样的系统并不困难,关键是整机测试模型组态软件的开发。
    软件系统可以使用三层体系结构:⑴界面层。界面层上按照用户使用的位置不同分为远程界面部分和现场界面部分,分别对应于远程工作站和现场控制上位机。⑵逻辑层。逻辑层中包含了所有本系统的核心模块,每个模块都是按面向对象的程序设计思想对其功能进行封装,被上层的界面层的操作来调用,其结果返回给界面或是存入数据库中。⑶数据层。数据层即数据库存储部分,可以用系统自带的单机型数据库,也可使用联机数据库。
4、结论：
自动化继电保护装置在电网中的应用越来越普遍,对该装置的安装校验和定期检验日益成为一项繁重的工作,研究和采用新的适应当前和今后继电保护装置的测试系统的方法十分重要,也具有很好的现实意义。

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