专利名称：一种继电保护综合测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电测量领域，尤其涉及一种用于电力系统继电保护装置的测试或
校准装置。
背景技术：
当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及
电力系统安全运行时，需要一种能够自动向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向 所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的设备或装置，实现这种自动化措施的 设备或装置，通称为继电保护装置。 随着我国电力工业技术水平的迅速发展，各种继电保护装置被普遍采用。 继电保护装置主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电 流、电压、功率、频率等)的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油 箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不 管反应的是哪种物理量，继电保护装置都至少包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分 和执行部分。 继电保护测试仪，就是用来检测、校验各种继电保护装置的动作值正确与否的专 门仪器，其通过检测各种继电保护装置对所输入的模拟故障现象的物理量的反应速度、反 应时间、是否动作、动作时间的长短等等，来判断、调试各种继电保护装置是否能满足或达 到预定的设计/工作/保护要求。 现有的继电保护测试仪器通常功能单一，为了完成一个变配电站/所中安装的各 种类型的继电保护装置的定期校验、调试工作，通常需要实验人员携带多台各种各样的测 试仪器；例如，可能需要携带伏安特性试验仪、互感器测试仪、直流操作电源、单相继电保护 测试仪和大电流试验器等；此外，很多测试仪根据其测试对象的不同，还有单相、三相规格 之分；例如，测试/校验三相电压继电器和频率继电器时，就必须携带/使用三相检验仪， 但是三相检验仪每个电流通道输出的功率相对单相检验仪要小的多；所以在对检验速断电 流较大且有按周波的微机线路保护进行检验时，试验人员就必须同时携带单相和三相检验 仪。 这样，校验、调试工作的事先准备工作量就显得比较重，且容易发生遗漏；另一方 面，准备仪器，更换仪器接线，搬运仪器，势必会要求参加整个校验、调试工作的人员数增 加；再者，一个继电保护装置的校验/调试项目，有时会需要更换多台(台套)仪器进行试 验，浪费工作有效时间，对工作带来较大的不便。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种继电保护综合测试装置，其针对现有 常规继保装置的测试项目，对已有测试装置的电路结构和功能进行了改进/优化，使其能 够在现有测试功能的基础上，尽可能多地提供相关的测试项目/功能，只需携带一个检验
3仪就能完成对检验速断电流较大且有按周波的微机线路保护装置的检验，以减少作业人员 携带测试仪器的种类，减少接线工作量，进而达到提高工作效率，精简参加整个校验/调试 工作的人员数的目的。 本实用新型的技术方案是提供一种继电保护综合测试装置，包括单相电压/电 流输出模i央，其特征是还设置有四相电压输出模块、ARM微处理模块、DAC数/模转换模块、 DSP数字信号处理模块和通信模块；其单相电压/电流输出模块经过ARM微处理模块与通 信模块连接；其四相电压输出模块经过DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块与通信 模块连接；其通信模块与上位计算机的通信模块/端口对应连接；在上位计算机中设置有 相应的四相电压模块控制软件、电压频率模块控制软件和单相交直流电压/电流模块控制 软件。 其所述的单相电压/电流输出模块是单相交直流电压/电流的发生/输出电路。 其所述的四相电压输出模块是四通道交直流电压发生/输出电路。 其所述的ARM微处理模块包括RISC处理器芯片及其外围电路。 其所述的DAC数/模转换模块包括数/模转换器芯片及其外围电路。 其所述的DSP数字信号处理模块包括数字信号处理器芯片及其外围电路。 其所述的通信模块包括RS-232接口电路和/或USB接口电路。 其所述的上位计算机为工业控制用计算机。 进一步地，其所述的四相电压模块控制软件和电压频率模块控制软件，通过上位
计算机和通信模块，控制DSP数字信号处理模块的工作，再经DAC数/模转换模块输出需要
的波形，来控制四通道电压输出模块输出的四相电压值和所需要的频率。 其所述的单相交直流电压/电流模块控制软件，通过上位计算机和通信模块，控
制ARM微处理模块的工作，再经单相电压/电流输出模块，输出所需要的电压和/或电流。 与现有技术比较，本实用新型的优点是 1.新增4通道交流电压输出，能够满足检验各类三相低压、有压、过压、差压保护 的要求； 2.输出电压频率可调，能够满足检验各类单相、三相频率保护的要求； 3.具有了检验电压(单相、相间或三相低压、有压、过压、差压等)继电器和频率 (单相或三相)继电器的功能，只需携带一个检验仪就能完成对检验速断电流较大且有按 周波的微机线路保护装置的检验，实现了对同一工作减少人工/增加效率的发明目的。

图1是本实用新型的电原理方框图； 图2是RISC处理器芯片及其外围电路的线路图； 图3、图4和图5是数/模转换器芯片及其外围电路的线路图； 图6是数字信号处理器芯片及其外围电路的线路图； 图7是单相交直流电压/电流发生/输出电路的线路图； 图8、图9和图10是四相电压交直流发生/输出电路的线路图。 图中1为单相电压/电流输出模块，2为四相电压输出模块，3为ARM微处理模块，
4为DAC数/模转换模块，5为DSP数字信号处理模块，6-l、6-2为通信模块，7、8、9分别对
4应为四相电压模块控制软件、电压频率模块控制软件和单相交直流电压/电流模块控制软 件，A为继电保护综合测试装置，B为上位计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。 图1中，本继电保护综合测试装置A，包括单相电压/电流输出模块l，其还设置有 四相电压输出模块2、ARM微处理模块3、DAC数/模转换模块4、DSP数字信号处理模块5和 通信模块6-1 ;其单相电压/电流输出模块经过ARM微处理模块与本体的通信模块6-1连 接；其四相电压输出模块经过DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块与本体的通信模 块6-1连接；其通信模块6-1与上位计算机的通信模块/端口 6-2对应连接；在上位计算机 B中设置有相应的四相电压模块控制软件7、电压频率模块控制软件8和单相交直流电压/ 电流模块控制软件9。 具体地，其单相电压/电流输出模块是单相电压/电流的发生/输出电路。 其四相电压输出模块是由四组相同或相近电路结构的单通道交直流电压发生/ 输出电路复合组成。 其ARM微处理模块包括RISC处理器芯片及其外围电路。 其DAC数/模转换模块包括数/模转换器芯片及其外围电路。 其DSP数字信号处理模块包括数字信号处理器芯片及其外围电路。 其通信模块可以是RS-232接口电路和/或USB接口电路。 其上位计算机为PC机、工业控制用计算机或嵌入式计算机。 进一步地，由图中的信号流向关系可以看出，其四相电压模块控制软件和电压频 率模块控制软件，通过上位计算机和相对应的通信模块，控制继电保护综合测试装置中DSP 数字信号处理模块的工作，再经DAC数/模转换模块输出需要的波形，来控制四通道电压输 出模块输出的四相电压值和所需要的频率。 其单相交直流电压/电流模块控制软件，通过上位计算机和对应的通信模块，控 制继电保护综合测试装置中ARM微处理模块的工作，再经单相电压/电流输出模块，输出所 需要的电压和/或电流。 由于采用了上述电路结构，使得本综合测试装置除了能够提供单相试验所需的测 试资源外，还具有了检验电压(单相、相间或三相低压、有压、过压、差压等)继电器和频率 (单相或三相)继电器的功能。 图2中，给出了 ARM (Advanced RISC Machines,，嵌入式RISC内核)处理器 芯片U20及其外围电路的线路图，实际上是一个典型的RISC (Reduced Instruction SetComputer，嵌入式处理器)电路，其中的集成电路U20可以选用ATMEGA2561、ARM7TDMI、 ARM9TDMI、 ARM922T、 ARM940T、 RM946T、 ARM966T、 ARM10TDM1等功能相同或相近的集成电路 芯片，U21和U22可以选用74LV系列的功能相同或相近的集成电路芯片。 ARM (Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业，其设计了大量 高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。 ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行 业标准，它提供了一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以 相同的软件可在所有产品中运行。 目前ARM在手持设备市场占有90以上的份额，可以有效地縮短应用程序开发与测 试的时间，也降低了研发费用。 由于ARM架构的具体应用为现有技术，其具体工作原理、管脚定义、接口匹配以及 具体信号流向，在此不再细述，具体可参考《AVR单片机与CPLD_FPGA综合应用入门》(黄任 编著，北京航空航天大学出版社，2004年8月第1版)、《深入浅出ARM7—LPC213x (上.下)》 (周立功张华著北京航天航空大学出版社)以及《ARM嵌入式系统基础教程》(周立功著北 京航天航空大学出版)等书籍或ARM公司与PHILIPS公司相关芯片的使用手册。 图3、图4和图5中给出了数/模转换器芯片及其外围电路的线路图。 很明显，这是一个DAC数/模转换电路的标准应用形式，其中图3中的Ul 、Ul2可选 用TMS320系列或与之功能相同或相近的集成电路芯片，U2 U5、U14 U17可选TPS733X 系列或与之功能相同或相近的集成电路芯片，图4中的U7A U7E为常规LM358系列运放芯 片，U18、U26选用X1226系列或与之功能相同或相近的集成电路芯片，U19、U20可选SN65HY 系列芯片，图5中为一标准的AD77系列数/模转换电路。 基于数模转换电路亦为现有技术，故其具体工作原理、管脚定义、接口匹配以及具 体信号流向，在此不再细述。 设置DAC电路的目的是将上位计算机发出的数字指令，转化成电源发生/输出电 路可以识别/接受的模拟量控制信号。 图6中给出了数字信号处理器芯片及其外围电路的线路图。 很显然，这是一个比较标准的DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理) 应用电路，其主芯片U9A可选用TMS320系列、C5XXX系列或C6XXX系列的集成电路芯片，其 余无特殊要求。 DSP也是一种嵌入式处理器，它完全可以完成单片机的功能，两者唯一的重要的区 别在于DSP支持单时钟周期的〃 乘-加〃 运算。这几乎是所有厂家的DSP芯片的一个共有 特征。 几乎所有的DSP处理器的指令集中都会有一条MAC指令，这条指令可以把两个操 作数从RAM中取出相乘，然后加到一个累加器中，所有这些操作都在一个时钟周期内完成。 拥有这样一条指令的处理器就具备了 DSP功能。 设置DSP的目的，是将DAC输出的模拟信号"函数化"，通过用乘加(MAC)指令计算 这个多项式来近似求得sin(x)，合成一个正(余)弦波，以控制四相电压交直流发生/输出 电路的输出特性。 图7是单相交直流电压/电流发生/输出电路的线路图，其中K2、K3触点的切换， 使得U1、U2的输出发生变化，最终体现到其输出U1+和/或U2+在幅值(即电压)和频率上 的变化。 由于这是本领域的标准应用电路，本领域的技术人员完全可以理解其元件构成、 连接关系和工作原理，故不再细述。 其中的U1、U2选用LM358系列常规运放芯片即可。 图8、图9和图10是四相电压交直流发生/输出电路的线路图。[0060] 首先图8中的电压功放电路将DSP的输出信号进行对称功率放大，并输出一模拟
量信号，得到需要的控制信号波形，通过四套如图io所示的单通道电压控制电路，组合成 为一个四通道电压输出控制模块，且通过相应的继电器触点组合电路(图中未示出)，切换 图9中变压器的输出电压值，来控制四相电压功放输出的四相电压值和所需要的频率。 实际上，这部分电路模块是基于单通道电压/电流发生/输出装置的基础上，通过 控制其各通道相互之间控制信号的相位差，来达到用单相电源产生三相交/直流电源的目 的，为检验电压(单相、相间或三相低压、有压、过压、差压等)继电器和频率(单相或三相) 继电器，提供标准的信号源和/或工作电源。 图中各集成电路采用LM358系列运放芯片即可，其他无特殊要求。 由于本实用新型采用了上述技术方案，具有一机多用途的优点，新增了 4通道交
流电压输出，输出电压、频率可调，具有了检验电压(单相、相间或三相低压、有压、过压、差
压等)继电器和频率(单相或三相)继电器的功能，能够满足检验各类单相、三相频率保护
的要求；只需携带一个检验仪就能完成对检验速断电流较大且有按周波的微机线路保护装
置的检验，实现了对同一工作减少人工/增加效率的发明目的。 在实际应用过程中，本技术方案的实施，特别在对于35KV系统的常规保护系统的 测试/维护工作中，有益效果十分明显。 本实用新型可广泛用于电力系统继电保护装置的校验领域。
权利要求一种继电保护综合测试装置，包括单相电压/电流输出模块，其特征是还设置有四相电压输出模块、ARM微处理模块、DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块和通信模块；其单相电压/电流输出模块经过ARM微处理模块与通信模块连接；其四相电压输出模块经过DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块与通信模块连接；其通信模块与上位计算机的通信模块/端口对应连接；在上位计算机中设置有相应的四相电压模块控制软件、电压频率模块控制软件和单相交直流电压/电流模块控制软件。
2. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的单相电压/电流输 出模块是单相交直流电压/电流发生/输出电路。
3. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的四相电压输出模块 是四通道交直流电压发生/输出电路。
4. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的ARM微处理模块包 括RISC处理器芯片及其外围电路。
5. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的DAC数/模转换模 块包括数/模转换器芯片及其外围电路。
6. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的DSP数字信号处理 模块包括数字信号处理器芯片及其外围电路。
7. 按照权利要求l所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的通信模块包括 RS-232接口电路和/或USB接口电路。
8. 按照权利要求1所述的继电保护综合测试装置，其特征是所述的上位计算机为PC 机、工业控制用计算机或嵌入式计算机。
专利摘要一种继电保护综合测试装置，属电测量领域。包括单相电压/电流输出模块，其特征是还设置有四相电压输出模块、ARM微处理模块、DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块和通信模块；其单相电压/电流输出模块经过ARM微处理模块与通讯模块连接；其四相电压输出模块经过DAC数/模转换模块、DSP数字信号处理模块与通讯模块连接；其通讯模块与上位计算机的通讯模块/端口对应连接；在上位计算机中设置有相应的四相电压模块控制软件、电压频率模块控制软件和单相交直流电压/电流模块控制软件。其具有检验电压继电器和频率继电器的功能，实现了对减少人工/增加效率的发明目的，可广泛用于电力系统继电保护装置的校验领域。
文档编号G01R31/327GK201514448SQ20092007775
公开日2010年6月23日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者吴剑敏, 陆兴, 鲁炜 申请人:上海市电力公司超高压输变电公司