電力系統微機保護測試裝置及現場調試

徐軍岳

（金華電業局，浙江 金華 321017）

1 引言

繼電保護在電力系統中起著非常重要的作用，若誤動、拒動對電力設備及電網穩定都潛在著巨大的危害。發現微機保護裝置中隱藏的軟、硬件錯誤，驗證其工作性能，以保證繼電保護裝置的正確動作，避免其誤動、拒動是繼電保護產品的生產者和運行者都必須面對的問題，繼電保護測試系統是用來對各種繼電器及其成套保護裝置進行調試的實驗裝置，它可以按照事先編制好的測試計劃，連續自動的完成保護的各種特性和整定值的測試。

2 測試裝置硬件配置組成分析

整個測試裝置的硬件由數據處理單元(DSP)、D/A、低通濾波、功率放大器、A/D及監控計算機組成。其配置如圖1所示。

圖1 測試裝置硬件配置圖

2.1 采用DSP數據處理單元等技術

由于采用了DSP(TMS320F2812)數字信號處理技術以及16位的數模轉換和32位的數字計算精度，每周波的輸出數據點提高到600點，暫態響應速度、調頻特性和輸出精度都得到了提高和改善。測試裝置通過并口(或USB口)與電腦相連，利用并口較高的傳輸速率，提高了測試裝置的響應速度，同時，串口可以與被測保護相連，實現了實時控制和快速測試的同步進行，以較高的采樣速率對7路模擬量輸出和8路開關量輸入進行采樣，采樣值存儲在測試裝置的存儲區。在進行濾波的同時，數據經接口傳回計算機，在計算機屏幕上實時顯示出波形，可以對高達20次諧波的暫態信號進行回放。

2.2 D/A轉換模塊

D/A轉換模塊與DSP的接口電路如圖2所示，圖中7路D/A轉換片選控制信號經譯碼器選中、光電隔離后接至各數模轉換器的片選信號線。

圖2D/A轉換模塊與DSP接口電路

TMS320F2812的數據總線經總線驅動后和光電隔離后再送入數模轉換芯片AD669，以避免外界可能存在的干擾。轉換完成后進行低通濾波處理以去除高頻成分的影響。本模塊共有7路D/A轉換，對應有7塊D/A轉換芯片，轉換后分別產生三相電流、三相電壓和零序電壓信號，圖中只示出了第1路，即第1塊D/A轉換芯片，其片選、控制信號對應為 CS、L1、LDAC，其中 CS 和L1連接在一起，均為低電平有效。

2.3 功率放大電路

功率放大電路既可以使仿真系統的數字部分和其后的D/A轉換單元工作性能良好，又可以使系統模型完備精確。它所選用的元件有一般電阻、水泥電阻、高性能運放TL082和N溝道場效應管IR2FP048，水泥電阻阻值為0.01Ω，功率為 5W，最大可承受電流約為23A。TL082是高性能通用型JFET輸入運算放大器，其基本電氣特性為:輸入失調電壓為3mV；溫度漂移為10μV/℃；偏置電流為5pA；增益帶寬積GB=3M；轉換速度為13V/μs；電壓功率放大電路由輸入級、中間推動級和輸出放大級三級構成。

3 系統軟件設計

3.1 上位機軟件設計

上位機通過USB接口和下位機進行通信:一方面上位機將各種控制命令和數據發送給DSP，另一方面實時接收DSP發送過來的檢測數據。Windows獨有的多線程處理機制使計算機具備了同時運行幾個線程的能力。程序中所有線程運行在同一內存空間，擁有相同的Windows資源，故很容易共享內存變量和Windows對象。本系統中，上位機在主線程中(即前臺)專門處理消息，使程序能迅速響應鍵盤命令和其他事件，而輔助線程(即后臺)則完成通信、繪圖、打印及磁盤操作等。

3.2 下位機軟件設計

下位機軟件用C語言編寫，DSP通過定時器中斷并在中斷服務程序中進行數值計算、數據輸出。在測試裝置中充分發揮了DSP的強大運算能力，使得每周波(20ms)可以完成7個通道，每通道360個點的函數計算。

4 系統調試

系統調試要求詳細觀察系統的運行狀態，以便及時發現隱患。

4.1 差動保護極性校驗

主變壓器帶上一定的負荷后，才能判斷出主變壓器差動極性。在監控后臺機上查看某一時刻主變電流采樣數據，根據差流相數據的大小判斷差動極性，也可通過對各相電流的波形分析差動極性。正常狀態下，對于兩圈變壓器在同一時刻，主變壓器高低壓側A-a，B-b，C-c相電流波形應正好相反，即高壓側為正半波數據，低壓側為負半波數據，且最大值相加應為0。對于三圈變壓器，送電側與受電側電流波形相反，且最大值相加應為0。如相反，則需等停電以后在TA二次側更改極性接線。

4.2 帶方向保護的方向校驗

線路帶上一定的負荷后，在監控后臺機上查看某一時刻同相電流電壓數據并進行分析。例如：線路從變電站向線路送電，則A相電壓正半波最大值應超前A相電流正半波最大值一定角度（最大不超過180°），即同半波數據內電流最大值落后電壓最大值幾個采樣點；否則，線路保護方向錯誤。根據裝置采樣頻率可以算出兩點之間的角度，如12點采樣，則兩點之間為360°/12=30°。同理，可校驗B，C兩項。

5 常見問題及解決方法

后臺機顯示電流、電壓不準確。應查看后臺機TV、TA變比設置是否正確，再查看二次接線是否有誤，TA二次側是否被短接。

后臺機顯示線路、主變各側功率不準確。功率方向應沿襲流出母線為正、流入母線為負的規定，若現場有功率測量裝置，可直接通過測量二次電流、電壓、相位即可算出功率。若現場無功率測量裝置，可采用兩表法或三表法根據公式P=√3UIcosΦ計算功率，如算出的功率與顯示不一致，則用相序表測量裝置電壓相序、電流相序、電流極性是否正確，可以在開關柜端子排依次短接A、B、C三相電流，并拆掉端子排至主控室或柜上裝置電流線，在后臺機上觀察三相電流數據顯示是否正確變化，由此可排查電流相序的正確性；若電流相序正確，應查電流極性是否正確，各電壓等級母線上進出有功功率應平衡，各母線上所有受電間隔有功功率之和與送電間隔有功功率之和應相等。如不相等，可根據變電所實際運行狀態判斷哪個功率方向不正確，功率反的功率點將TA極性對調即可。

需要注意的是主變送電側、受電側有功功率和無功功率不一定完全相等。由于主變傳輸的是視在功率，只要送電側等于受電側的視在功率即可。系統調試結束后，針對試運行期間反映出來的問題進行消缺處理，并做好計算機監控軟件的數據備份和調試資料的整理交接。至此，一個綜合自動化變電所的現場調試工作結束。

4 結束語

新型繼電保護裝置特別是微機保護的推廣應用，對相應的測試技術提出了更新、更高的要求，繼電保護測試裝置的開發與應用對提高繼電保護測試水平、防止繼電保護及安全自動裝置不正確動作、保障電網安全運行有著積極的現實意義。本測試裝置可以更加真實地模擬各種復雜的故障，更準確地檢驗繼電保護裝置的運行情況和動作特性。

[1]劉柳.電力系統微機保護技術前瞻[J].四川電力技術,2009-06-20.

[2]朱建鋼.電力系統微機保護常見故障分析[J].高科技與產業化,2010-02-08.