自 20 世紀(jì) 90 年代開始，繼電保護(hù)測試儀在國內(nèi)伴隨電力系統(tǒng)自動化技術(shù)高速發(fā)展。國產(chǎn)產(chǎn)品在國內(nèi)市場已形成**占有率，硬件水平完全可以與國外同類設(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)測試所需的測試儀也穩(wěn)步發(fā)展，并不斷推陳出新。在此競爭環(huán)境下，周期內(nèi)點(diǎn)數(shù)更多、信號純度更好、系統(tǒng)軟件功能更加強(qiáng)大的繼電保護(hù)測試儀系統(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，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)測試儀系統(tǒng)設(shè)計的必然選擇。測試儀系統(tǒng)所有功能可以在嵌入式操作系統(tǒng)中實現(xiàn)，檢測提供 Windows工作界面互動。

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

2 新型繼電保護(hù)測試儀工作原理

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)計條件。①電流大于設(shè)定值時，過電流保護(hù)動作; ②電壓低于設(shè)定值時，低電壓保護(hù)啟動; 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，距離保護(hù)動作。

電氣部件工作中會存在內(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)于其中某一個對稱分量( 如零序) 的電流和電壓。繼電保護(hù)測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)測試儀硬件部分本身類似于一個電力功率信號發(fā)生器，依據(jù)測試軟件要求，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)測試儀平時掛在線路上，有相應(yīng)的三相電壓/電流輸入口，以檢測線路是否工作正常。

2. 2 軟件

繼電保護(hù)測試儀軟件依據(jù)繼電保護(hù)理論與電力系統(tǒng)測試方法，編制各種測試原理發(fā)生產(chǎn)生相應(yīng)信號參數(shù)指令，使測試儀輸出端模擬產(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作。測試軟件依據(jù)底層硬件功能，實現(xiàn)多種不同原理繼電保護(hù)測試手段［4］。

3 功能分析

該繼電保護(hù)測試儀支持在生產(chǎn)現(xiàn)場的工作態(tài)勢下對大多數(shù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集; 確認(rèn)各項指標(biāo)并進(jìn)行檢測鑒定工作; 模擬開展各種復(fù)雜瞬時性、長久性、轉(zhuǎn)換性故障，進(jìn)行整合整組試驗; 能夠?qū)﹄娏鳌㈦妷?、功率、阻抗、差動、頻率、直流、反時限、低周期、同期等常規(guī)項目做出保護(hù)性檢測鑒定。

繼電保護(hù)測試儀的試驗功能有: 交直流試驗、功率方向阻抗繼電器試驗、差動試驗、差動諧波試驗、差動保護(hù)制動特性測試、同期高低周期試驗、時間測

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

度極小，對基波產(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)測試儀的輸出及測量精度、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)、功能及試驗要求，上位機(jī)更新為嵌入式平板液晶顯示器，圖像對話直觀、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，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)展自動配置功能［5-6］。

5 功能實現(xiàn)

功能要求: 測試儀發(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或多種諧波疊加信號作為待測繼電器和自動裝置的激勵源。主控采用嵌入式計算機(jī) PCM9577，選用 Windows 操作系統(tǒng)，易于外設(shè)擴(kuò)展延伸，為將來升級換代預(yù)留了空間。編輯移植相關(guān)實驗程序，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)通信交換試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)，有利于軟件升級、提供網(wǎng)絡(luò)測試功能及其配置; 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)安裝至普通臺式機(jī)標(biāo)準(zhǔn) IDE 接口硬盤驅(qū)動器中，主控嵌入式計算機(jī) PCM9577 運(yùn)行繼電保護(hù)試驗程序，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、電流信號等。

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，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，再經(jīng)過隔離放大器送入低通濾波器得到平滑**的信號。信號連接下**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。對要求使用的開出功能試驗，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)到試驗要求［7］。

繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出動作，通過 9 路開入量狀態(tài)反饋信號回到 DSP，CPLD 內(nèi)部邏輯一旦檢測到開入量發(fā)生的變化信號，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，隨即被內(nèi)部邏輯 CPLDEPM7128 檢測發(fā)現(xiàn)。使用上述相同開入量方法，將

保護(hù)信號送往上位機(jī)試驗程序，同步切斷 DAC 輸出，達(dá)到保護(hù)測試儀的目的。

6 結(jié)語

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

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