一种继电保护动作延时分级测试系统技术方案

本实用新型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，其包括上位机和测试主机；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。本实用新型专利技术可首先通过上位机生成基于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。
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节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装置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装置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装置的动作时间，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装置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装置的整体动作时间。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装置的整体动作延时，从而测得在暂态过程中数字化继电保护装置的整体动作延时与各个环节的关系。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题为：提供一种继电保护动作延时分级测试系统，其可对罗氏线圈电子式互感器暂态过程进行仿真，进而实现数字化继电保护装置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；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，上述各接口的输出端分别连接数据采集模块；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装置的输出端，开关量采集接口的输入端连接智能终端的输出端；上位机向测试主机的主控制器发送罗氏线圈暂态数据生成命令，数据生成模块从主控制器中接收数据生成命令，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，然后将上述信号中的数据，通过主控制器输出至上位机中。本技术中，上位机采用计算机实现，测试主机中的主控制器、数据生成模块及数据采集模块分别可采用现有控制芯片。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数据生成命令通过主控制器发送至数据生成模块，数据生成模块将生成的数字量发送给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、GOOSE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、数字化继电保护装置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中进而实现测试。所述罗氏线圈暂态数据生成命令即罗氏线圈暂态过程仿真数据源，其为现有技术，可决定后续所生成的暂态测试数据信号的特征点。计算机通过软件实现罗氏线圈暂态数据生成命令的生成，以及根据采集到的数据进行相关延时测试为现有技术；利用现有控制芯片根据罗氏线圈暂态数据生成命令生成暂态测试数据信号亦为现有技术进一步的，本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OCXO50恒温晶振，-40至85度的工作温度，小于1ppb的温漂特性，-160dBc/1KHz的低相位噪声，最大10ppb/year的低老化。此高精度晶振为主控制器、数据生成模块和数据采集模块提供时钟节拍，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±2 LSB INL，内置2 ppm/°C 2.5V基准电压源；采用节省空间的2mm × 2mm 8引脚LFCSP和10引脚MSOP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1.5 LSB INL、400 kSPS 差分ADC，其差分输入特性具有更强的抗干扰性能。有益效果本技术通过上位机建立罗氏线圈在电力系统故障情况下的暂态仿真模型，然后将罗氏线圈暂态仿真数据源信号实时发送至测试主机的数据生成模块，进而通过D/A模块将微分的小模拟量信号发送至电子式互感器的采集器，建立整间隔的动态模拟数据。同时以D/A输出的小电压信号作为标准源，再采集采集器的串行数据信号输出、合本文档来自技高网...

【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；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，上述各接口的输出端分别连接数据采集模块；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装置的输出端，开关量采集接口的输入端连接智能终端的输出端；上位机向测试主机的主控制器发送罗氏线圈暂态数据生成命令，数据生成模块从主控制器中接收数据生成命令，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，然后将上述信号中的数据，通过主控制器输出至上位机中。...

【技术特征摘要】
1.一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；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，上述各接口的输出端分别连接数据采集模块；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装置的输出端，开关量采集接口的输入端连接智能终端的输出端；上位机向测试主机的主控制器发送罗氏线圈暂态数据生成命令，数据生成模块从主控制器中接收数据生成命令，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...

【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：新型
国别省市：江苏;32