自 20 世紀(jì) 90 年代開始，繼電保護(hù)測(cè)試儀在國(guó)內(nèi)伴隨電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)高速發(fā)展。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已形成**占有率，硬件水平完全可以與國(guó)外同類設(shè)備相媲美。隨著電力事業(yè)的發(fā)展，線路保護(hù)裝置相應(yīng)增加，繼電保護(hù)測(cè)試所需的測(cè)試儀也穩(wěn)步發(fā)展，并不斷推陳出新。在此競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，周期內(nèi)點(diǎn)數(shù)更多、信號(hào)純度更好、系統(tǒng)軟件功能更加強(qiáng)大的繼電保護(hù)測(cè)試儀系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生［1］。

1 嵌入式系統(tǒng)及 DSP 的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)在獲取*佳性能和*佳使用效果同時(shí)，具有功耗低、體積小、擴(kuò)展性強(qiáng)、圖形界面友好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是綜合功能要求嚴(yán)格的專業(yè)化操作系統(tǒng)，其可靠性、功能性、加工成本、功耗與體積都得到優(yōu)化，使該嵌入式系統(tǒng)及其操作系統(tǒng)成為繼電保護(hù)測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必然選擇。測(cè)試儀系統(tǒng)所有功能可以在嵌入式操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)提供 Windows工作界面互動(dòng)。

在繼電保護(hù)測(cè)試儀低端采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器( Digital Signal Processor，DSP) ，以滿足繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)相位、幅值、頻率等高精度電氣量的測(cè)試要求，獲得極高的性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)處理數(shù)據(jù)功能。DSP 的操作控制能力有助于產(chǎn)品今后的升級(jí)換代，順應(yīng)繼電保護(hù)測(cè)試儀發(fā)展的方向和趨勢(shì)［2-3］。

2 新型繼電保護(hù)測(cè)試儀工作原理

一般情況，電力系統(tǒng)發(fā)生短路之后，線路始端測(cè)量阻抗減小、電流增大、電壓降低、電壓與電流發(fā)生變化，影響相位角改變。正常運(yùn)行狀態(tài)與故障狀態(tài)

的基礎(chǔ)參數(shù)差異，構(gòu)成各種不同工作原理繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)條件。①電流大于設(shè)定值時(shí)，過電流保護(hù)動(dòng)作; ②電壓低于設(shè)定值時(shí)，低電壓保護(hù)啟動(dòng); ③

短路點(diǎn)到安裝保護(hù)點(diǎn)之間的距離超出設(shè)定值時(shí)，距離保護(hù)動(dòng)作。

電氣部件工作中會(huì)存在內(nèi)部故障或外部故障，即使正常運(yùn)行也不例外，利用兩側(cè)電流相位或功率方向差別，構(gòu)建完成差動(dòng)保護(hù)原理和各種繼電保護(hù)裝置應(yīng)用。參數(shù)變化反映到各相的電流或電壓、相電流或線電壓，使反應(yīng)響應(yīng)于其中某一個(gè)對(duì)稱分量( 如零序) 的電流和電壓。繼電保護(hù)測(cè)試儀裝置就是基于這樣的思路進(jìn)行工作的( 圖 1) 。

2. 1 硬件

繼電保護(hù)測(cè)試儀硬件部分本身類似于一個(gè)電力功率信號(hào)發(fā)生器，依據(jù)測(cè)試軟件要求，模擬產(chǎn)生線路上各相電流與電壓波形，輸出至繼電保護(hù)裝置相應(yīng)端。繼電保護(hù)測(cè)試儀平時(shí)掛在線路上，有相應(yīng)的三相電壓/電流輸入口，以檢測(cè)線路是否工作正常。

2. 2 軟件

繼電保護(hù)測(cè)試儀軟件依據(jù)繼電保護(hù)理論與電力系統(tǒng)測(cè)試方法，編制各種測(cè)試原理發(fā)生產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)參數(shù)指令，使測(cè)試儀輸出端模擬產(chǎn)生出正?；蚍钦＿\(yùn)行情況下線路上的電流與電壓，并觀察記錄繼電器動(dòng)作。測(cè)試軟件依據(jù)底層硬件功能，實(shí)現(xiàn)多種不同原理繼電保護(hù)測(cè)試手段［4］。

3 功能分析

該繼電保護(hù)測(cè)試儀支持在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作態(tài)勢(shì)下對(duì)大多數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集; 確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)并進(jìn)行檢測(cè)鑒定工作; 模擬開展各種復(fù)雜瞬時(shí)性、長(zhǎng)久性、轉(zhuǎn)換性故障，進(jìn)行整合整組試驗(yàn); 能夠?qū)﹄娏?、電壓、功率、阻抗、差?dòng)、頻率、直流、反時(shí)限、低周期、同期等常規(guī)項(xiàng)目做出保護(hù)性檢測(cè)鑒定。

繼電保護(hù)測(cè)試儀的試驗(yàn)功能有: 交直流試驗(yàn)、功率方向阻抗繼電器試驗(yàn)、差動(dòng)試驗(yàn)、差動(dòng)諧波試驗(yàn)、差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性測(cè)試、同期高低周期試驗(yàn)、時(shí)間測(cè)

試、距離保護(hù)定值試驗(yàn)、零序保護(hù)定值試驗(yàn)、諧波疊加試驗(yàn)、狀態(tài)序列變換測(cè)量時(shí)間、I—t 特性曲線測(cè)試、功率方向繼電器測(cè)試等。要求測(cè)試儀波形失真

度極小，對(duì)基波產(chǎn)生每周波*低 360 點(diǎn)高密度擬合正弦波，*少 8 次諧波、400 Hz，足以達(dá)到 60 點(diǎn)以上的高密度輸出。

4 主要技術(shù)參數(shù)

繼電保護(hù)測(cè)試儀的輸出及測(cè)量精度、額定數(shù)據(jù)見表 1、表 2。

根據(jù)表 1、表 2 中的技術(shù)參數(shù)、功能及試驗(yàn)要求，上位機(jī)更新為嵌入式平板液晶顯示器，圖像對(duì)話直觀、易于操作掌握; 輸出下位機(jī)更新引入高速DSP，滿足幅值精度要求; 采用直流功率放大器，輸出交流和直流電氣量; 嵌入式系統(tǒng)與 DSP 硬件組合，解決通信**要素; 串行接口標(biāo)準(zhǔn)是 USB2． 0，速度支持 480 Mb /s，采用 PCI 總線接口，滿足系統(tǒng)操作與 打 印 機(jī) 需 要。同 時(shí)，PCI 總 線 工 作 頻 率 33MHz，寬度為 32 位、*大峰值傳輸率為 132 MB /s，其接口保證通信速度。適合多種機(jī)型大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅嫒菪詮?qiáng)，滿足后續(xù)故障錄波等要求。并預(yù)留空間發(fā)展自動(dòng)配置功能［5-6］。

5 功能實(shí)現(xiàn)

功能要求: 測(cè)試儀發(fā)出的幅值、頻率、相位均可調(diào)節(jié)。采用正弦電壓電流信號(hào)或多種諧波疊加信號(hào)作為待測(cè)繼電器和自動(dòng)裝置的激勵(lì)源。主控采用嵌入式計(jì)算機(jī) PCM9577，選用 Windows 操作系統(tǒng)，易于外設(shè)擴(kuò)展延伸，為將來升級(jí)換代預(yù)留了空間。編輯移植相關(guān)實(shí)驗(yàn)程序，進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行。系統(tǒng)擁有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信交換試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)，有利于軟件升級(jí)、提供網(wǎng)絡(luò)測(cè)試功能及其配置; 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)、外接 USB 接口，真彩 TFT LCD 顯示界面。閃存嵌入式操作系統(tǒng)安裝至普通臺(tái)式機(jī)標(biāo)準(zhǔn) IDE 接口硬盤驅(qū)動(dòng)器中，主控嵌入式計(jì)算機(jī) PCM9577 運(yùn)行繼電保護(hù)試驗(yàn)程序，其PCI 總線接口向下位主控制器 DSP 發(fā)出命令和參數(shù)，如要求 DSP 產(chǎn)生一定幅值、頻率、正弦電壓信

號(hào)、電流信號(hào)等。

PCI 總線接口采用 PLX 公司的 PCI9054 接口橋芯片與 DSP 通信。由于 DSP F2812 沒有與 PCI 總線直接通信的接口信號(hào)，因而接口橋 PCI9054 采用共享雙端口 RAM 的方式與 DSP 交換數(shù)據(jù)，并通過設(shè)置雙端口 RAM，通知 DSP 產(chǎn)生信號(hào)中斷主控制器( 圖 2) 。DSP 接收到指令和數(shù)據(jù)后，通過一定算法產(chǎn)生相應(yīng)的交流或者直流信號(hào)，再經(jīng)過隔離放大器送入低通濾波器得到平滑**的信號(hào)。信號(hào)連接下**功率放大電路，通過放大器放大電壓和電流，得到幅值和功率足夠大的電壓和電流。對(duì)要求使用的開出功能試驗(yàn)，通過特定的命令和數(shù)據(jù)，在上位機(jī)應(yīng)用程序中就可以做開出量，達(dá)到試驗(yàn)要求［7］。

繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作，通過 9 路開入量狀態(tài)反饋信號(hào)回到 DSP，CPLD 內(nèi)部邏輯一旦檢測(cè)到開入量發(fā)生的變化信號(hào)，立即中斷并通知 DSP。將讀取當(dāng)前開入量信息放入共享雙端口 RAM，隨即中斷PCI，向上反饋至上位機(jī)程序，做進(jìn)一步試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。由于功率放大器功耗大，且電流源不允許開路、電壓源不允許短路，由此出現(xiàn)過熱、電流源開路、電壓源短路 3 種故障狀態(tài)信號(hào)，隨即被內(nèi)部邏輯 CPLDEPM7128 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。使用上述相同開入量方法，將

保護(hù)信號(hào)送往上位機(jī)試驗(yàn)程序，同步切斷 DAC 輸出，達(dá)到保護(hù)測(cè)試儀的目的。

6 結(jié)語

繼電保護(hù)測(cè)試儀可檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置中隱藏的軟硬件錯(cuò)誤，驗(yàn)證其常態(tài)工作性能，保證繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作及其安全性能，有效防止誤動(dòng)、拒

動(dòng)發(fā)生。新型繼電保護(hù)測(cè)試儀符合電力系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)展的要求，檢測(cè)裝備性能指標(biāo)優(yōu)化，通信信號(hào)高速穩(wěn)定，互動(dòng)圖像界面直觀友好，具有效率高、發(fā)熱少、體積小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還考慮到升級(jí)和改進(jìn)諸多便利條件，符合電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。