一种继电保护动作延时分级测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于罗氏线圈暂态仿真的继电保护动作延时分级测试系统及方法，系统包括上位机和测试主机；上位机中设有数据源生成模块和延时测试模块；测试主机包括主控制器、数据生成模块、数据采集模块、D/A模块、A/D模块和采集接口模块。本发明专利技术首先通过数据源生成模块建立罗氏线圈在电力系统故障情况下的暂态仿真模型，然后将暂态仿真数据实时发送至测试主机，通过数据生成模块和D/A模块将微分的小模拟量信号发送至采集器，建立整间隔的动态模拟数据。同时以上述小模拟量信号作为标准源，再采集串行数据信号、合并单元的9-2数据、数字化继电保护的GOOSE数据以及智能终端的开关量，从而建立一整套测试系统，即可分别测试这些信号相对于暂态标准源的延时以及整体动作延时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及继电保护检测
，特别是一种基于罗氏线圈暂态仿真的继电保 护动作延时分级测试系统及方法。
技术介绍
智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是目前电网建设的主要方向。智能变 电站建设过程中，罗氏线圈电电子式互感器得到了一定的应用。罗氏线圈测量电流的基本 原理是法拉第电磁感应定律和安培环路定律，罗氏线圈是由非磁性材料为骨架构成的空心 线圈，在空心线圈中，二次绕在非磁性骨架上，无铁磁材料使这种传感器的线性度良好，不 饱和也无磁滞现象，因此，空心线圈具有优良的频率响应能力。但罗氏线圈二次输出的电压 e(t)和一次电流Ip(t)成微分关系，罗氏线圈原理的电子式互感器由于其输出是微分后的 信号，必须要通过积分环节来进行还原，这种微分到积分的环节所带来暂态特性的变化最 终造成的影响目前还缺乏足够的测试数据。目前国内的罗氏线圈原理的电子式互感器积分 环苄基本采取的两种技术方案，一种是软件积分，另一种是硬件积分。这两种方式在暂态特 性上的差异性也是一个未知数。这种由微分到积分的过程对于电流暂态信号的影响以及对 于基于电子式互感器的数字化继电保护动作时间的影响也是缺乏足够的测试依据。 目前数字化继电保护都是在继电保护前端加入基于IEC61950-9-2通信标准的数 字信号，然后测试数字化继电保护的动作时间，这种测试方式抛开了电子式互感器本身暂 态特性以及暂态延时所带来的影响。目前电子式互感器的暂态测试基本都是采用大电流冲 击的方式产生测试所需要的暂态过程大电流，然后再对试品连同合并单元进行测试。这种 方式所依赖的硬件试验条件高投入大，需要搭建一次系统物理动态模型实验室，这基本上 使得基于电子式互感器暂态数据的数字化继电保护动作时间特性测试变得不可能。而电子 式互感器的延时特性基本都是稳态情况下测得的，这并不能直接反映基于电子式互感器的 数字化继电保护的整体动作时间。 所以从目前现状来看，迫切需要一种装置通过对电子式互感器进行暂态仿真并输 出信号给电子式互感器，然后测试电子式互感器采集器、合并单元、数字化继电保护装置、 智能终端等多环节的分级延时以及数字化继电保护的整体动作延时，从而测得在暂态过程 中数字化继电保护的整体动作延时与各个环节的关系。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为:通过仿真罗氏线圈电子式互感器暂态过程，实现数 字化继电保护整组动作时间特性与各个环节动作延时之间关系的全局测试。 本专利技术采取的技术方案具体为:一种继电保护动作延时分级测试系统，包括上位 机、测试主机，以及依次连接的电子式互感器采集器、合并单元、数字化继电保护装置和智 能终端； 上位机包括数据源生成模块和延时测试模块;延时测试模块包括电子式互感器延 时测试单元和继电保护延时测试单元； 测试主机包括主控制器、数据生成模块、数据采集模块、D/A模块、A/D模块和采集 接口模块； 所述采集接口模块包括输出端分别连接数据采集模块的FT3信号光纤串行接口、 9-2信号光纤以太网接口、GOOSE信号光纤以太网接口和开关量采集接口；所述FT3信号光纤 串行接口的输入端连接电子式互感器采集器的输出端，9-2信号光纤以太网接口的输入端 连接合并单元的输出端，GOOSE信号光纤以太网接口的输入端连接数字化继电保护的输出 端，开关量采集接口的输入端连接智能终端的输出端； 上位机中的数据源生成模块生成罗氏线圈暂态过程仿真数据，并输出至测试主机 的主控制器中，测试主机中的数据生成模块从主控制器中接收仿真数据，进而生成暂态测 试数据，并将生成的暂态测试数据经D/A模块转换后输出至电子式互感器采集器中，同时作 为标准源输出至A/D模块中;A/D模块的输出端连接数据采集模块； 数据采集模块通过采集接口模块采集FT3信号、9-2信号、GOOSE信号以及开关量信 号，然后提取上述信号中的数据，并通过主控制器输出至上位机的延时测试模块； 根据接收到的数据，延时测试模块中的电子式互感器延时测试单元测试电子式互 感器采集器的延时特性，继电保护延时测试单元测试合并单元延时、数字化继电保护装置 动作时间、智能终端动作时间，以及继电保护整体动作延时。 本专利技术中，上位机采用计算机实现，测试主机中的主控制器负责与上位机连接，并 将接收到的罗氏线圈暂态过程仿真数据源发送至数据生成模块，数据生成模块将数字量发 送给D/A模块生成测试用小模拟量信号。数据采集模块分别采集标准源小模拟量电压信号、 采集器的光纤串行信号、以太网9-2信号、G00SE信号以及开关量硬接点信号，并分别打上精 确的时标。数据采集模块采集上述标准源、采集器、合并单元、数字化继电保护以及智能终 端的多源信号，并完成同步计算，将同步好的数据后送至上位机的电子式互感器及数字化 继电保护延时测试模块，进而实现测试。计算机通过软件实现罗氏线圈暂态过程仿真数据 源的生成，以及根据采集到的数据进行相关延时测试为现有技术。 进一步的，本专利技术的测试主机中还包括晶体振荡器，晶体振荡器的时钟信号输出 端分别连接主控制器、数据采集模块和数据生成模块。晶体振荡器可选用0CX050恒温晶 振，-40至85度的工作温度，小于lppb的温漂特性，-160dBc/lKHz的低相位噪声，最大10ppb/ year的低老化。此高精度晶振为PowerPC和FPGA提供时钟节拍，保证了时序控制的精确性， 以及长期的稳定性。 所述测试主机的主控制器采用型号为MPC8247的嵌入式微处理器。主控制器以 PowerPC为核心，MPC8247嵌入式微处理器为Freescale公司生产，属于PowerQUICC II系列， 包含一个基于PowerPC MPC603e的内核，和一个通信处理内核CPM。其双核设计具有强大的 处理能力和较高的集成度，降低了系统的组成开销，简化了电路板的设计，降低了功耗。高 频数据的发生，以及测试数据的收集均由主控制器来完成。 所述数据生成模块及数据采集模块分别采用FPGA芯片。FPGA采用Xilinx的 Spartan3系列产品XC3S1500,包含有150万个系统门，32个专用乘法器，4个数字时钟管理模 块，逻辑资源丰富，运行速度快。利用FPGA精确的时序控制能力，可完成以太网的MAC子层设 计、MAC子层与以太网控制器的接口设计，以太网数据接收，DAC的控制，A/D数据采集，同时 完成高速串行数据接收以及开关量接收。 所述D/A模块采用型号为AD5683R的数模转换器，其为ADI公司生产的16位单通道 转换器，相对精度为± 2LSB INL，内置2ppm/°C2.5V基准电压源;采用节省空间的2mm X 2mm 8引脚LFCSP和10引脚MS0P封装，可在更小的电路板空间中实现更多的功能;2mV总非调整误 差，无需初始校准或调整;4kV HBM ESD额定值，实现了系统稳健性。 A/D模块采用AD公司18位AD7690芯片，该芯片为1.5LSB INL、400kSPS差分ADC，其 差分输入特性具有更强的抗干扰性能。 本专利技术还公开基于上述测试系统的测试方法，其中： a.上位机的数据源生成模块采用暂态过程的连续时域微分技术实现罗氏线圈信 号的无损微分输出，包括以下步骤： 1)确定系统正常运行时电流：ia(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种继电保护动作延时分级测试系统，其特征是，包括上位机、测试主机，以及依次连接的电子式互感器采集器、合并单元、数字化继电保护装置和智能终端；上位机包括数据源生成模块和延时测试模块；延时测试模块包括电子式互感器延时测试单元和继电保护延时测试单元；测试主机包括主控制器、数据生成模块、数据采集模块、D/A模块、A/D模块和采集接口模块；所述采集接口模块包括输出端分别连接数据采集模块的FT3信号光纤串行接口、9‑2信号光纤以太网接口、GOOSE信号光纤以太网接口和开关量采集接口；所述FT3信号光纤串行接口的输入端连接电子式互感器采集器的输出端，9‑2信号光纤以太网接口的输入端连接合并单元的输出端，GOOSE信号光纤以太网接口的输入端连接数字化继电保护的输出端，开关量采集接口的输入端连接智能终端的输出端；上位机中的数据源生成模块生成罗氏线圈暂态过程仿真数据，并输出至测试主机的主控制器中，测试主机中的数据生成模块从主控制器中接收仿真数据，进而生成暂态测试数据，并将生成的暂态测试数据经D/A模块转换后输出至电子式互感器采集器中，同时作为标准源输出至A/D模块中；A/D模块的输出端连接数据采集模块；数据采集模块通过采集接口模块采集FT3信号、9‑2信号、GOOSE信号以及开关量信号，然后提取上述信号中的数据，并通过主控制器输出至上位机的延时测试模块；根据接收到的数据，延时测试模块中的电子式互感器延时测试单元测试电子式互感器采集器的延时特性，继电保护延时测试单元测试合并单元延时、数字化继电保护装置动作时间、智能终端动作时间，以及继电保护整体动作延时。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卜强生，袁宇波，宋亮亮，宋爽，杨毅，高磊，刘玙，嵇建飞，
申请(专利权)人：江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32