继电保护装置测试系统硬件设计与实现

王 浩，汪玉雯，牛韩勇

(西门子电力自动化有限公司，南京 211100)

1 引言

数字化继电保护装置用于电力系统的监控与保护，对于保护逻辑计算以及保护出口动作的准确性，及时性具有很高要求，最基本的要求是保护装置不拒动，不误动。保护装置的测试系统，必须包括:

(1)所有的IO板卡硬件测试:CPU板卡，开关量输入板卡，开关量输出板卡，电压电流互感器板卡，通讯板卡等。

(2)电压电流互感器系数校正。

(3)保护功能逻辑验证。

传统的人工调试继电保护装置，测试效率低并且人为误差大，可能会误测或者漏测某些重要的测试，一旦这样的装置投入现场应用，会有很大的安全隐患。介绍了一种基于 Agilent34980A，Agilent电源，Agilent信号发生器，Omicron以及电流切换矩阵等设备组成的自动化测试硬件平台。该硬件平台已经实现并投入到生产应用，经实际验证，提高了保护装置功能测试的效率，节省了装置从组装到出厂的周期，且平台稳定可靠度高。

2 测试系统平台系统结构

本测试系统涉及到测试PC，测试夹具，测试机柜，其整体结构如图1所示。

·测试PC

用于运行自动化测试软件，与待测装置，测试设备进行通讯以及远动命令控制等。其通讯方式有LAN，USB以及RS485三种方式，相应接口及功能如表1所示。

表1 测试PC通讯接口

·测试夹具

用于固定待测装置，并将待测装置的电气信号连接至测试机柜上的Test Adapter(电气信号适配单元)。

·测试机柜

安装各种自动化测试所需要的仪器仪表等，是整套自动化测试硬件平台的核心。

图1 测试系统整体结构图

3 测试系统功能介绍

3.1 测试硬件选型

测试机柜作为本测试系统的核心，硬件选型非常重要，必须具备如下条件:

(1)满足待测保护装置的所有硬件测试需求。包括模拟量的发生和测量，开关量的触发和检测，以及功率要求等。

(2)具有成熟与稳定的编程接口，便于测试PC控制。

(3)便于测试系统升级。

(4)便于安装和接线。

鉴于以上标准，本系统选择了基于 Agilent34980A为主控制器，再配以电源，信号发生器，电流切换矩阵等，作为基本的测试平台。测试系统功能结构如图2所示。

图2 测试系统功能结构图

3.2 测试硬件设备

本系统的测试设备，均采用LAN接口，分配静态IP地址。较GPIB，串口等方式相比，接线简单，速度提升，稳定性也加强。Agilent 34980A作为主机箱，可以根据需求配置不同的板卡，目前配置了5个板卡，还有3个插槽可以用于将来系统升级。并且所有设备，厂家提供相应的编程接口，方便测试PC的控制。

3.3 测试设备驱动控制

测试PC通过LAN接口，利用可编程仪器标准命令集SCPI，驱动和控制测试设备。SCPI命令是ASCII字符串，通过物理传输层传入仪器。命令由一连串的关键字构成，有的还需要包括参数。通常仪器对于 SCPI查询命令的反馈也为 ASCII码。SCPI命令举例:

*IDN? 获取设备ID信息。

ROUT:CLOS(@3010)关闭Agilent34980A插槽3模块上的通道10

MEAS:CURR:DC?(@1043)获取Agilent34980A内部DMM在1043通道上的测量值

表2 测试设备介绍

3.4 测试系统功能实现

本系统可以检测大部分重要的硬件回路，如下:

·电源供电回路测试;

·LED，LCD，键盘测试;

·通讯模块测试;

·电压电流通道的幅值与相位测试;

·开关量输入输出测试;

·0－20mA直流输入输出测试;

·保护逻辑功能测试;

每一个测试模块，都会涉及到待测装置与测试设备之间信号的电气连接，本文以开关量输入回路和0－20mA直流模拟量输出回路为例，介绍其硬件电路的测试方法。

3.4.1 开关量输入回路

如图3所示，测试PC控制软件，通过驱动Agilent34937板卡相应的继电器常开节点，将Agilent N5751A开入电源引入左侧的待测装置，再通过USB通讯报文，获取待测装置当前此开入量状态，进行比较判断。

3.4.2 0－20mA直流模拟量输出回路

如图4所示，测试PC控制软件，通过USB通讯报文，控制待测装置输出直流信号量，通过驱动Agilent34937板卡相应的继电器常开节点，将此直流信号引入Agilent34921的电流信号测试回路，之后再接入到Agilent34980内部测量模块，进行电流信号的测量，最后驱动Agilent34980内部测量模块，获取该测量值，进行比较判断。

图3 开关量输入回路

图4 0－20mA直流模拟量输出回路

4 测试结果与结论

该测试系统已经成功测试300多台继电保护装置，结合测试软件，可以生成测试报告，实时报告测试结果，便于用户在实验完成后分析数据。验证了基于LAN通讯接口的稳定性，Agilent控制设备的实时性和Omicron信号源的精确性。

［1］美国NI公司.Measurement Studio User’s Manual［M］.National Instruments Corporation，2001.

［2］余文芳.赵文敏.基于Agilent34970A数据采集仪构成的计算机测试系统［J］.自动化仪表，2004，25(10):46 －48.

［3］周军涛.陈怀民.基于GPIB和Agilent34970A的数据采集系统软件设计［J］.测控技术，2007，26(4):71 －73.

［4］朱清利.王吉浩.Agilent37717在SDH测试中的应用［J］.电信科学，2000，16(4):57 －59.