電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測(cè)試裝置及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

徐軍岳

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

1 引言

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，若誤動(dòng)、拒動(dòng)對(duì)電力設(shè)備及電網(wǎng)穩(wěn)定都潛在著巨大的危害。發(fā)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置中隱藏的軟、硬件錯(cuò)誤，驗(yàn)證其工作性能，以保證繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，避免其誤動(dòng)、拒動(dòng)是繼電保護(hù)產(chǎn)品的生產(chǎn)者和運(yùn)行者都必須面對(duì)的問題，繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)是用來對(duì)各種繼電器及其成套保護(hù)裝置進(jìn)行調(diào)試的實(shí)驗(yàn)裝置，它可以按照事先編制好的測(cè)試計(jì)劃，連續(xù)自動(dòng)的完成保護(hù)的各種特性和整定值的測(cè)試。

2 測(cè)試裝置硬件配置組成分析

整個(gè)測(cè)試裝置的硬件由數(shù)據(jù)處理單元(DSP)、D/A、低通濾波、功率放大器、A/D及監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。其配置如圖1所示。

圖1 測(cè)試裝置硬件配置圖

2.1 采用DSP數(shù)據(jù)處理單元等技術(shù)

由于采用了DSP(TMS320F2812)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換和32位的數(shù)字計(jì)算精度，每周波的輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)提高到600點(diǎn)，暫態(tài)響應(yīng)速度、調(diào)頻特性和輸出精度都得到了提高和改善。測(cè)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(cè)試裝置的響應(yīng)速度，同時(shí)，串口可以與被測(cè)保護(hù)相連，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制和快速測(cè)試的同步進(jìn)行，以較高的采樣速率對(duì)7路模擬量輸出和8路開關(guān)量輸入進(jìn)行采樣，采樣值存儲(chǔ)在測(cè)試裝置的存儲(chǔ)區(qū)。在進(jìn)行濾波的同時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)接口傳回計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示出波形，可以對(duì)高達(dá)20次諧波的暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行回放。

2.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊

D/A轉(zhuǎn)換模塊與DSP的接口電路如圖2所示，圖中7路D/A轉(zhuǎn)換片選控制信號(hào)經(jīng)譯碼器選中、光電隔離后接至各數(shù)模轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)線。

圖2D/A轉(zhuǎn)換模塊與DSP接口電路

TMS320F2812的數(shù)據(jù)總線經(jīng)總線驅(qū)動(dòng)后和光電隔離后再送入數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD669，以避免外界可能存在的干擾。轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)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(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)有7塊D/A轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換后分別產(chǎn)生三相電流、三相電壓和零序電壓信號(hào)，圖中只示出了第1路，即第1塊D/A轉(zhuǎn)換芯片，其片選、控制信號(hào)對(duì)應(yīng)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(tǒng)的數(shù)字部分和其后的D/A轉(zhuǎn)換單元工作性能良好，又可以使系統(tǒng)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(yùn)放TL082和N溝道場(chǎng)效應(yīng)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(yùn)算放大器，其基本電氣特性為:輸入失調(diào)電壓為3mV；溫度漂移為10μV/℃；偏置電流為5pA；增益帶寬積GB=3M；轉(zhuǎn)換速度為13V/μs；電壓功率放大電路由輸入級(jí)、中間推動(dòng)級(jí)和輸出放大級(jí)三級(jí)構(gòu)成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過USB接口和下位機(jī)進(jìn)行通信:一方面上位機(jī)將各種控制命令和數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP，另一方面實(shí)時(shí)接收DSP發(fā)送過來的檢測(cè)數(shù)據(jù)。Windows獨(dú)有的多線程處理機(jī)制使計(jì)算機(jī)具備了同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)線程的能力。程序中所有線程運(yùn)行在同一內(nèi)存空間，擁有相同的Windows資源，故很容易共享內(nèi)存變量和Windows對(duì)象。本系統(tǒng)中，上位機(jī)在主線程中(即前臺(tái))專門處理消息，使程序能迅速響應(yīng)鍵盤命令和其他事件，而輔助線程(即后臺(tái))則完成通信、繪圖、打印及磁盤操作等。

3.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件用C語言編寫，DSP通過定時(shí)器中斷并在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)輸出。在測(cè)試裝置中充分發(fā)揮了DSP的強(qiáng)大運(yùn)算能力，使得每周波(20ms)可以完成7個(gè)通道，每通道360個(gè)點(diǎn)的函數(shù)計(jì)算。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試要求詳細(xì)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。

4.1 差動(dòng)保護(hù)極性校驗(yàn)

主變壓器帶上一定的負(fù)荷后，才能判斷出主變壓器差動(dòng)極性。在監(jiān)控后臺(tái)機(jī)上查看某一時(shí)刻主變電流采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)差流相數(shù)據(jù)的大小判斷差動(dòng)極性，也可通過對(duì)各相電流的波形分析差動(dòng)極性。正常狀態(tài)下，對(duì)于兩圈變壓器在同一時(shí)刻，主變壓器高低壓側(cè)A-a，B-b，C-c相電流波形應(yīng)正好相反，即高壓側(cè)為正半波數(shù)據(jù)，低壓側(cè)為負(fù)半波數(shù)據(jù)，且最大值相加應(yīng)為0。對(duì)于三圈變壓器，送電側(cè)與受電側(cè)電流波形相反，且最大值相加應(yīng)為0。如相反，則需等停電以后在TA二次側(cè)更改極性接線。

4.2 帶方向保護(hù)的方向校驗(yàn)

線路帶上一定的負(fù)荷后，在監(jiān)控后臺(tái)機(jī)上查看某一時(shí)刻同相電流電壓數(shù)據(jù)并進(jìn)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(yīng)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(shù)據(jù)內(nèi)電流最大值落后電壓最大值幾個(gè)采樣點(diǎn)；否則，線路保護(hù)方向錯(cuò)誤。根據(jù)裝置采樣頻率可以算出兩點(diǎn)之間的角度，如12點(diǎn)采樣，則兩點(diǎn)之間為360°/12=30°。同理，可校驗(yàn)B，C兩項(xiàng)。

5 常見問題及解決方法

后臺(tái)機(jī)顯示電流、電壓不準(zhǔn)確。應(yīng)查看后臺(tái)機(jī)TV、TA變比設(shè)置是否正確，再查看二次接線是否有誤，TA二次側(cè)是否被短接。

后臺(tái)機(jī)顯示線路、主變各側(cè)功率不準(zhǔn)確。功率方向應(yīng)沿襲流出母線為正、流入母線為負(fù)的規(guī)定，若現(xiàn)場(chǎng)有功率測(cè)量裝置，可直接通過測(cè)量二次電流、電壓、相位即可算出功率。若現(xiàn)場(chǎng)無功率測(cè)量裝置，可采用兩表法或三表法根據(jù)公式P=√3UIcosΦ計(jì)算功率，如算出的功率與顯示不一致，則用相序表測(cè)量裝置電壓相序、電流相序、電流極性是否正確，可以在開關(guān)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(tái)機(jī)上觀察三相電流數(shù)據(jù)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(yīng)查電流極性是否正確，各電壓等級(jí)母線上進(jìn)出有功功率應(yīng)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(yīng)相等。如不相等，可根據(jù)變電所實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)判斷哪個(gè)功率方向不正確，功率反的功率點(diǎn)將TA極性對(duì)調(diào)即可。

需要注意的是主變送電側(cè)、受電側(cè)有功功率和無功功率不一定完全相等。由于主變傳輸?shù)氖且曉诠β?，只要送電?cè)等于受電側(cè)的視在功率即可。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束后，針對(duì)試運(yùn)行期間反映出來的問題進(jìn)行消缺處理，并做好計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)備份和調(diào)試資料的整理交接。至此，一個(gè)綜合自動(dòng)化變電所的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作結(jié)束。

4 結(jié)束語

新型繼電保護(hù)裝置特別是微機(jī)保護(hù)的推廣應(yīng)用，對(duì)相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)提出了更新、更高的要求，繼電保護(hù)測(cè)試裝置的開發(fā)與應(yīng)用對(duì)提高繼電保護(hù)測(cè)試水平、防止繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。本測(cè)試裝置可以更加真實(shí)地模擬各種復(fù)雜的故障，更準(zhǔn)確地檢驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行情況和動(dòng)作特性。

[1]劉柳.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)技術(shù)前瞻[J].四川電力技術(shù),2009-06-20.

[2]朱建鋼.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)常見故障分析[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化,2010-02-08.