摘 要:随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,微机型继电保护装置的应用越来越广泛。本文通过分析微机型继电保护测试装置结构,提出了现场调试的注意事项,并对常见问题的解决方法进行阐述,从而达到确保电网安全运行的目的。
关键词:电力系统;继电保护;测试装置;调试;解决方法
1引言
继电保护在电力系统中起着非常重要的作用,若误动、拒动对电力设备及电网稳定都潜在着巨大的危害。发现微机保护装置中隐藏的软、硬件错误,验证其工作性能,以保证继电保护装置的正确动作,避免其误动、拒动是继电保护产品的生产者和运行者都必须面对的问题,继电保护测试系统是用来对各种继电器及其成套保护装置进行调试的实验装置,它可以按照事先编制好的测试计划,连续自动的完成保护的各种特性和整定值的测试。
2测试装置硬件配置组成分析
整个测试装置的硬件由数据处理单元(DSP) 、D/A、低通滤波、功率放大器、A/D及监控计算机组成。其配置如图1所示。
2.1 采用DSP数据处理单元等技术
由于采用了DSP(TMS320F2812)数字信号处理技术以及16位的数模转换和32位的数字计算精度,每周波的输出数据点提高到600点,暂态响应速度、调频特性和输出精度都得到了提高和改善。测试装置通过并口(或USB口)与电脑相连,利用并口较高的传输速率,提高了测试装置的响应速度,同时,串口可以与被测保护相连,实现了实时控制和快速测试的同步进行,以较高的采样速率对7路模拟量输出和8路开关量输入进行采样,采样值存储在测试装置的存储区。在进行滤波的同时,数据经接口传回计算机,在计算机屏幕上实时显示出波形,可以对高达20次谐波的暂态信号进行回放。
2.2 D/A转换模块
D/A转换模块与DSP的接口电路如图2所示,图中7路D/A转换片选控制信号经译码器选中、光电隔离后接至各数模转换器的片选信号线。
TMS320F2812的数据总线经总线驱动后和光电隔离后再送入数模转换芯片AD669,以避免外界可能存在的干扰。转换完成后进行低通滤波处理以去除高频成分的影响。本模块共有7路D/A转换,对应有7块D/A转换芯片,转换后分别产生三相电流、三相电压和零序电压信号,图中只示出了第1路,即第1块D/A转换芯片,其片选、控制信号对应为CS、L1、LDAC,其中CS和L1连接在一起,均为低电平有效。
2.3 功率放大电路
功率放大电路既可以使仿真系统的数字部分和其后的D/A转换单元工作性能良好,又可以使系统模型完备精确。它所选用的元件有一般电阻、水泥电阻、高性能运放TL082和N沟道场效应管IR2FP048,水泥电阻阻值为0.01Ω,功率为5W,最大可承受电流约为23A。TL082是高性能通用型JFET输入运算放大器,其基本电气特性为:输入失调电压为3mV;温度漂移为10μV/℃;偏置电流为5pA;增益带宽积GB=3M;转换速度为13V/μs;电压功率放大电路由输入级、中间推动级和输出放大级三级构成。
3系统软件设计
3.1 上位机软件设计
上位机通过USB接口和下位机进行通信:一方面上位机将各种控制命令和数据发送给DSP,另一方面实时接收DSP发送过来的检测数据。Windows独有的多线程处理机制使计算机具备了同时运行几个线程的能力。程序中所有线程运行在同一内存空间,拥有相同的Windows资源,故很容易共享内存变量和Windows对象。本系统中,上位机在主线程中(即前台)专门处理消息,使程序能迅速响应键盘命令和其他事件,而辅助线程(即后台)则完成通信、绘图、打印及磁盘操作等。
3.2 下位机软件设计
下位机软件用C语言编写,DSP通过定时器中断并在中断服务程序中进行数值计算、数据输出。在测试装置中充分发挥了DSP的强大运算能力,使得每周波(20ms)可以完成7个通道,每通道360个点的函数计算。
4 系统调试
系统调试要求详细观察系统的运行状态,以便及时发现隐患。
4.1 差动保护极性校验
主变压器带上一定的负荷后,才能判断出主变压器差动极性。在监控后台机上查看某一时刻主变电流采样数据,根据差流相数据的大小判断差动极性,也可通过对各相电流的波形分析差动极性。正常状态下,对于两圈变压器在同一时刻,主变压器高低压侧A-a,B-b,C-c相电流波形应正好相反,即高压侧为正半波数据,低压侧为负半波数据,且最大值相加应为0。对于三圈变压器,送电侧与受电侧电流波形相反,且最大值相加应为0。如相反,则需等停电以后在TA二次侧更改极性接线。
4.2 带方向保护的方向校验
线路带上一定的负荷后,在监控后台机上查看某一时刻同相电流电压数据并进行分析。例如:线路从变电站向线路送电,则A相电压正半波最大值应超前A相电流正半波最大值一定角度(最大不超过180°),即同半波数据内电流最大值落后电压最大值几个采样点;否则,线路保护方向错误。根据装置采样频率可以算出两点之间的角度,如12点采样,则两点之间为360°/12=30°。同理,可校验B,C两项。
5 常见问题及解决方法
后台机显示电流、电压不准确。应查看后台机TV、TA变比设置是否正确,再查看二次接线是否有误,TA二次侧是否被短接。
后台机显示线路、主变各侧功率不准确。功率方向应沿袭流出母线为正、流入母线为负的规定,若现场有功率测量装置,可直接通过测量二次电流、电压、相位即可算出功率。若现场无功率测量装置,可采用两表法或三表法根据公式P=√3UIcosΦ计算功率,如算出的功率与显示不一致,则用相序表测量装置电压相序、电流相序、电流极性是否正确,可以在开关柜端子排依次短接A、B、C三相电流,并拆掉端子排至主控室或柜上装置电流线,在后台机上观察三相电流数据显示是否正确变化,由此可排查电流相序的正确性;若电流相序正确,应查电流极性是否正确,各电压等级母线上进出有功功率应平衡,各母线上所有受电间隔有功功率之和与送电间隔有功功率之和应相等。如不相等,可根据变电所实际运行状态判断哪个功率方向不正确,功率反的功率点将TA极性对调即可。
需要注意的是主变送电侧、受电侧有功功率和无功功率不一定完全相等。由于主变传输的是视在功率,只要送电侧等于受电侧的视在功率即可。系统调试结束后,针对试运行期间反映出来的问题进行消缺处理,并做好计算机监控软件的数据备份和调试资料的整理交接。至此,一个综合自动化变电所的现场调试工作结束。
4结束语
新型继电保护装置特别是微机保护的推广应用,对相应的测试技术提出了更新、更高的要求,继电保护测试装置的开发与应用对提高继电保护测试水平、防止继电保护及安全自动装置不正确动作、保障电网安全运行有着积极的现实意义。本测试装置可以更加真实地模拟各种复杂的故障,更准确地检验继电保护装置的运行情况和动作特性。
参考文献
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