一種小電流接地選線測(cè)試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)性能檢測(cè)的小電流接地選線測(cè)試儀，屬電力系統(tǒng)設(shè)備測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)小電流接地選線裝置的原理和軟硬件結(jié)構(gòu)不盡相同，原理以基于暫態(tài)信號(hào)處理算法為主，信號(hào)特征受配電網(wǎng)運(yùn)行方式和故障類型影響很大，傳統(tǒng)測(cè)試手段只能輸入穩(wěn)態(tài)故障信號(hào)，測(cè)試可靠性、環(huán)境真實(shí)性、測(cè)試流程以及測(cè)試效率等諸多方面帶來(lái)的問(wèn)題亟需得到有效解決，無(wú)法檢驗(yàn)小電流接地選線裝置的選線性能，傳統(tǒng)方法是針對(duì)想象的特定故障形式，未能充分考慮電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況，也無(wú)法真實(shí)還原故障發(fā)生時(shí)的動(dòng)態(tài)和暫態(tài)分量，測(cè)試環(huán)境、測(cè)試流程、測(cè)試規(guī)范都不具有針對(duì)性，不能適應(yīng)于小電流接地選線裝置的現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試；另外人工測(cè)試具有如下弊端:強(qiáng)調(diào)單體測(cè)試不對(duì)裝置在系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)配合能力進(jìn)行測(cè)試；采用逐項(xiàng)測(cè)試，重視基本功能，忽略裝置動(dòng)態(tài)性能等一些實(shí)際運(yùn)行中更重要的性能測(cè)試；臨時(shí)搭建測(cè)試環(huán)境，裝置測(cè)試的項(xiàng)目多，測(cè)試工具零散。配電網(wǎng)運(yùn)行人員缺少具有針對(duì)性的接地選線設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)小型測(cè)試儀，能夠方便的將其帶到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，針對(duì)待測(cè)設(shè)備所在的電網(wǎng)架構(gòu)和運(yùn)行工況，當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行一對(duì)一的特定檢驗(yàn)，直接校核該選線設(shè)備的性能是否能滿足工作要求，對(duì)于選線設(shè)備的參數(shù)設(shè)定，缺少整定依據(jù)，特別是當(dāng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架容易發(fā)生變化，那么選線設(shè)備的參數(shù)設(shè)置也應(yīng)該隨之進(jìn)行調(diào)整。往往有些選線設(shè)備在剛剛投運(yùn)時(shí)，動(dòng)作正確率還較高，但是在一段時(shí)間后，特別網(wǎng)架發(fā)生變化后，可靠性大幅降低。這將勢(shì)必對(duì)電網(wǎng)特定保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)以及安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不可估量的后果。
[0003]因此，設(shè)計(jì)一種適用于現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)性能檢測(cè)的小電流接地選線閉環(huán)性能測(cè)試儀器，與現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)設(shè)備聯(lián)合成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，從而檢驗(yàn)其真實(shí)的選線準(zhǔn)確率，以及選線策略和參數(shù)設(shè)定的合理性，簡(jiǎn)化測(cè)試操作流程，自動(dòng)完成閉環(huán)性能測(cè)試，提高設(shè)備運(yùn)維檢修效率，以達(dá)到快速準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)，加快查找配電網(wǎng)線路接地故障查找時(shí)間、縮短用戶停電時(shí)間及提高居民用戶供電可靠率的目的，并推動(dòng)配網(wǎng)自愈乃至配電自動(dòng)化領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種適用于現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)性能檢測(cè)的小電流接地選線測(cè)試儀器，實(shí)現(xiàn)小電流接地選線裝置性能的現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)測(cè)試以及功能策略校驗(yàn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，本實(shí)用新型一種適用于現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)性能檢測(cè)的小電流接地選線閉環(huán)性能測(cè)試儀由人機(jī)界面模塊、主控模塊、PCI總線及控制模塊、波形數(shù)據(jù)庫(kù)管理及控制模塊、模擬信號(hào)輸出控制模塊、開入開出信號(hào)控制模塊、通信控制模塊組成。主控模塊分別與人機(jī)界面模塊、PCI總線雙向連接；PCI總線分別雙向連接PCI總線控制模塊、開入開出信號(hào)控制模塊、波形數(shù)據(jù)庫(kù)管理及控制模塊、通信控制模塊；模擬信號(hào)輸出控制模塊連接PCI總線。
[0006]主控模塊，基于PGM9588嵌入式硬件平臺(tái)，PGM9588嵌入式硬件平臺(tái)采用ARM9處理器，平臺(tái)RAM存儲(chǔ)容量達(dá)256MB，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)容量達(dá)16GB，實(shí)現(xiàn)儀器主控程序和高級(jí)應(yīng)用軟件的運(yùn)行，從波形數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先提取測(cè)試波形，結(jié)合用戶選擇的測(cè)試項(xiàng)目形成具體的測(cè)試流程和步驟；自動(dòng)控制測(cè)試過(guò)程，并形成測(cè)試報(bào)告，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)閉環(huán)性能策略的生成及測(cè)試流程的控制；
[0007]PCI總線控制模塊包括由CPLD芯片、PCI橋接芯片、雙口 RAM、單片機(jī)MCU組成的硬件電路。單片機(jī)MCU分別雙向連接CPLD芯片和雙口 RAM ；CPLD芯片雙向分別連接雙口 RAM和PCI橋接芯片；PCI橋接芯片雙向分別連接雙口 RAM和PCI總線。
[0008]橋接芯片采用PCI9054芯片，支持32位數(shù)據(jù)，單片機(jī)MCU采用32位高性能STM32F103處理器芯片，提升數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性，傳輸不受主控制器影響，支持插件熱交換，擴(kuò)展性和兼容性強(qiáng)。
[0009]人機(jī)界面模塊，基于ARM嵌入式控制平臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)試波形文件和測(cè)試報(bào)告瀏覽查看，信號(hào)輸出通道和通信接口參數(shù)配置。
[0010]波形數(shù)據(jù)庫(kù)管理及控制模塊，用于存入和調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)試波形。
[0011]模擬信號(hào)輸出控制模塊包括PCI接口芯片、FPGA芯片、DAC芯片、信號(hào)調(diào)理電路和電壓電流放大電路；PCI接口芯片雙向連接FPGA芯片；FPGA芯片連接DAC芯片；DAC芯片連接信號(hào)調(diào)理電路；信號(hào)調(diào)理電路連接電壓電流放大電路；PCI接口芯片的輸入端連接PCI總線。
[0012]模擬信號(hào)輸出控制模塊基于FPGA和PCI總線接口的設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA采用基于N1S軟核的EP4C15芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換采用16位DAC3282高速轉(zhuǎn)換芯片，用于將接地故障特征電壓、電流信號(hào)通過(guò)16位DA控制卡將DDS數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后為模擬小信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理和隔離電路至功率放大模塊，得到與系統(tǒng)二次相對(duì)應(yīng)的電壓和電流模擬信號(hào)，提供給選線設(shè)備進(jìn)行測(cè)試；
[0013]開入開出信號(hào)控制模塊包括開關(guān)量輸入電路，開關(guān)量輸入電路可兼容空接點(diǎn)和O?250V電位接點(diǎn)。電位方式時(shí)O?8V為合，13?250V為分。開關(guān)量可以方便地對(duì)各相開關(guān)觸頭的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間差進(jìn)行測(cè)量。
[0014]通信控制模塊，支持以太網(wǎng)和RS485接口，以太網(wǎng)接口芯片采用CS8900A，用于實(shí)現(xiàn)離線故障波形數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，支持待測(cè)小電流接地選線裝置的各種通信接口類型及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能獲取待測(cè)設(shè)備的動(dòng)作及選線結(jié)果信息。
[0015]所述測(cè)試儀通過(guò)搭離線的典型配電網(wǎng)模型，精確模擬各種方式下小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障場(chǎng)景，將反映故障特征的電流電壓信號(hào)導(dǎo)入小電流接地選線測(cè)試儀，與待測(cè)設(shè)備聯(lián)合閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)化完成閉環(huán)測(cè)試，能夠在現(xiàn)場(chǎng)全面驗(yàn)證待測(cè)小電流接地選線裝置各種常規(guī)及極端情況下的運(yùn)行工況和選線能力。
[0016]所述人機(jī)界面模塊基于ARM嵌入式控制平臺(tái)，，根據(jù)小電流接地的實(shí)際情況可設(shè)置測(cè)試流程和測(cè)試項(xiàng)目。
[0017]所述主控模塊根據(jù)用戶設(shè)置的小電流接地系統(tǒng)的運(yùn)行方式和接地方式參數(shù)，從波形數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先提取測(cè)試波形，結(jié)合用戶選擇的測(cè)試項(xiàng)目形成具體的測(cè)試流程和步驟。
[0018]所述波形數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的波形包括，典型測(cè)試場(chǎng)景模型搭建時(shí)考慮到配電網(wǎng)單母線、單母線分段不同運(yùn)行方式，不接地系統(tǒng)、消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)不同接地方式，低阻接地故障、高阻接地故障、弧光接地故障、間歇式接地故障不同故障類型的多重組合，所形成典型場(chǎng)景下小電流接地選線測(cè)試的故障波形。
[0019]所述信號(hào)輸出模塊的信號(hào)輸出精度為0.2級(jí)，響應(yīng)時(shí)間不大于5ms，能夠完全反應(yīng)單相接地故障的暫態(tài)信息，能保證測(cè)試儀完成32路饋線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，且功放系統(tǒng)性能穩(wěn)定，輸出功率、幅值滿足暫態(tài)測(cè)試要求。
[0020]本實(shí)用新型的工作原理是，基于PGM9588主控模塊和PCI總線的硬件構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)性能測(cè)試，在用戶界面內(nèi)通過(guò)導(dǎo)入實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)錄波且能夠方便地進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景的搭建和模型參數(shù)的調(diào)整，從而獲取故障環(huán)境下的故障特征電壓、電流信號(hào)，并將錄波或者獲取的故障特征電壓、電流信號(hào)通過(guò)網(wǎng)口或者光纖傳送至小電流接地裝置測(cè)試儀，測(cè)試儀將接收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號(hào)，再經(jīng)由放大裝置得到與系統(tǒng)二次側(cè)相對(duì)應(yīng)的電壓和電流模擬信號(hào)，提供給選線設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試儀能完成32路饋線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，功放系統(tǒng)性能穩(wěn)定，輸出功率、幅值滿足暫態(tài)測(cè)試要求；能夠完全反應(yīng)單相接地故障的暫態(tài)分量。
[0021]本實(shí)用新型為了獲得能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映出各種所測(cè)配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況，并能模擬各種故障狀態(tài)，輸出故障關(guān)鍵電流電壓波形數(shù)據(jù)，建立小電流接地選線在各種網(wǎng)架、各種接地方式和各種故障類型下典型測(cè)試場(chǎng)景模型。對(duì)配電網(wǎng)架構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式、電壓及電流互感器配置類型等因素，并利用歸納結(jié)果還原配電終端的一般運(yùn)行場(chǎng)景，搭建基于配電網(wǎng)仿真軟件搭建靈活的配電網(wǎng)模型。
[0022]本實(shí)用新型依據(jù)配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合小電流接地系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，模擬得到相應(yīng)的故障特征電壓、電流信號(hào)，形成典型場(chǎng)景下小電流接地選線測(cè)試的故障波形，設(shè)計(jì)了一種適用于