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1、(10)申请公布号 CN 102323502 A (43)申请公布日 2012.01.18 CN 102323502 A *CN102323502A* (21)申请号 201110221401.6 (22)申请日 2011.08.03 G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 上海毅昊自动化有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区毕升路 299 弄 6 号 202 室 (72)发明人 刘韶俊 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 (54) 发明名称 用于继电保护的在线闭环测试系统及其测试 方法 (57) 摘要 一种电力系统技术领。
2、域的用于继电保护的在 线闭环测试系统， 该系统包括 ： 设置于控制室内 的保护 HMI 测试控制模块与设置于一次设备本体 上继电保护模块以及与之相连的模拟故障发生器 模块， 保护 HMI 测试控制模块向模拟故障发生器 模块传输测试控制信号， 模拟故障发生器模块产 生模拟故障信号并输出至继电保护模块， 继电保 护模块发出动作指令信号并输出至模拟故障发生 器模块。 本发明在一次智能设备停运时， 对智能组 件终端的保护模块进行远方完整性在线测试， 实 现继电保护的在线功能性测试， 简化了测试工作， 提高了测试效率和系统的整体可靠性， 保证电网 的安全运行， 提高了电力系统供电的可靠性。 (51)In。
3、t.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102323511 A1/2 页 2 1. 一种用于继电保护的在线闭环测试系统， 其特征在于， 包括 ： 设置于控制室内的保 护 HMI 测试控制模块、 继电保护模块以及分别与之相连且设置于一次设备本体上的模拟故 障发生器模块， 其中 ： 保护 HMI 测试控制模块向模拟故障发生器模块传输测试控制信号， 模 拟故障发生器模块产生模拟故障信号并输出至继电保护模块， 继电保护模块发出动作指令 信号并输出至保护 HMI 测试控制模块 ； 所述的继电保护模块包括 ： 嵌入式 。
4、PLC 控制单元、 微机保护单元及与之相连的第一测 试继电器， 其中 ： 嵌入式 PLC 控制单元通过 GOOSE 与保护 HMI 测试控制模块相连， 所述的被 测微机保护单元与模拟故障发生器模块通过第一测试接点相连， 第一测试继电器对第一测 试接点进行控制， 当需要进行在线测试时通过 PLC 控制第一测试继电器， 给微机保护单元 加入模拟故障量进行在线测试操作。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的保护 HMI 测试控制模块包括 ： 与模拟 故障发生器模块相互连接的第一通信接口单元、 与继电保护模块相互连接的第二通信接口 单元、 逻辑运算单元和控制单元， 其中 ： 第一通。
5、信接口单元与模拟故障发生器模块相连并下 发由测试人员根据需要测试的项目和被测试的微机保护类型设定的测试参数， 第二通信接 口单元与继电保护模块的嵌入式 PLC 模块相连并发送自动翻线控制命令。 3. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的模拟故障发生器模块包括 ： 与保护 HMI 测试控制模块相连的第一通信接口单元、 模拟信号发生单元和模拟量输出接口， 其中 ： 第一通信接口单元接收来自保护 HMI 测试控制模块的测试参数和测试命令， 模拟信号发生 单元根据测试参数得到数字量后转换成模拟量输出至继电保护模块进行测试。 4. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的第一通信。
6、接口单元、 第二通信接口单 元为光纤通信。 5. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的模拟故障发生器模块的数字输入接 口端设有由第二测试继电器控制的第二测试接点， 该第二测试继电器与微机保护模块相 连， 当测试时， 微机保护的一个动作周期结束或者配合几个动作周期时， 则控制第二测试继 电器， 使得第二测试接点根据测试周期需要断开或连接来控制模拟信号发生单元停止或继 续模拟故障信号的输出。 6. 一种根据上述任一权利要求所述系统的测试方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 第一步， 逻辑运算单元计算出测试参数并由第一通信接口单元输出至模拟故障发生器 模块 ； 第二步， 模拟故障发生。
7、器模块的第一通信接口单元将测试参数传输至模拟信号发生单 元， 模拟信号发生单元根据测试参数由 CPU 计算出数字量， 然后通过数模转换成模拟量通 过第一测试继电器接点， 输送模拟量输出至微机保护单元模拟量输入端口 ； 第三步， 逻辑控制单元根据人工选择测试模板输出测试命令， 并由第二通信接口单元 通过 GOOSE 报文输出至继电保护模块的嵌入式 PLC 控制单元， 嵌入式 PLC 控制单元根据接 收到的测试命令完成虚端子测试环境数字化连接和启动第一测试继电器的第一测试接点， 将低电平模拟故障量导入继电器模块 ； 第四步， 被测微机保护根据输入的模拟故障量， 进行保护功能性计算， 当得到结果为一。
8、 个动作周期结束或者配合几个动作周期时， 则控制第二测试继电器， 使得第二测试接点根 据测试周期需要断开或连接来控制模拟信号发生单元停止或继续模拟故障信号的输出 ； 权 利 要 求 书 CN 102323502 A CN 102323511 A2/2 页 3 嵌入式 PLC 控制单元通过第二通信接口单元发出动作指令信号至逻辑控制单元， 逻辑 控制单元启动并记录测试过程以及测试结果 ； 所述的测试参数包括 ： 电流、 电压和 / 或阻抗 ； 所述的测试控制信号包括 ： 测试模板序列号、 启动信号或停止信号 ； 所述的模拟故障信号包括 ： 低电平信号 ； 所述的动作指令信号包括 ： 报警信号或跳闸。
9、信号。 权 利 要 求 书 CN 102323502 A CN 102323511 A1/4 页 4 用于继电保护的在线闭环测试系统及其测试方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种电力系统技术领域的装置和方法， 具体是一种用于继电保护 的在线闭环测试系统及其测试方法。 背景技术 0002 随着经济发展、 社会进步、 科技和信息化水平不断提高以及全球资源和环境问题 的日益突出， 电网发展面临新课题和新挑战。依靠现代信息、 通信和控制技术， 积极发展智 能电网， 适应未来可持续发展的要求， 已成为国际电力发展的现实选择。 作为智能电网建设 的重要支撑， 具有网络化操控、 数字化测量、 在线测试。
10、和状态监测特征的智能化一次设备， 为电力系统的安全稳定运行奠定了物质基础， 为优化电网的运行、 调度提供充分的数据和 调节手段。 0003 智能一次设备是智能电网中的重要电气设备， 它用来变压、 切断和接通负荷电路， 以及切断故障电路， 防止事故扩大， 保证安全运行。 智能组件终端是与传统电气一次设备组 合后实现完成间隔控制的设备， 是智能一次设备的一个重要组成部分。现有智能化方法往 往是用 “智能终端 + 一次设备” 的模式， 采用的智能终端只有执行跳合闸命令的功能， 没有 保护功能。 达不到一次智能设备的要求， 增加保护功能可以满足一次智能设备的要求， 但是 给测试带来许多困难， 使保护可。
11、靠性得不到保证。 然而， 如果在增加保护功能的同时增加在 线测试功能。就可满足上述所有要求。据了解目前国内的智能终端， 全都不具备上述能力。 0004 经过对现有技术的检索发现 ： 2009 年 12 月电力系统保护与控制的第 24 期刊的 继电保护测试系统设计 中公开了一种保护测试系统及其实现方法， 该系统采用 PC 机 +PLC 架构， 实现了继电保护离线现场智能测试。但是该现有系统还必须在现场与保护装置 人工接线， 不具备在线测试功能。 发明内容 0005 本发明针对现有技术存在的上述不足， 提供一种用于继电保护的在线闭环测试系 统及其测试方法， 使其在一次智能设备停运时， 对智能组件终。
12、端的保护模块进行远方完整 性在线测试， 实现继电保护的在线功能性测试。 与现有离线测试相比简化了测试工作， 提高 了测试效率和系统的整体可靠性， 为实现一次智能设备的二次系统在线测试提供了必要条 件， 保证了电网的安全运行， 提高了电力系统供电的可靠性。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的 ： 0007 本发明涉及一种用于继电保护的在线闭环测试系统， 包括 ： 设置于控制室内的保 护 HMI 测试控制模块与之相连的设置于一次设备本体上的继电保护模块及模拟故障发生 器模块， 其中 ： 保护 HMI 测试控制模块向模拟故障发生器模块传输测试控制信号， 模拟故障 发生器模块产生模拟故障信号并输。
13、出至继电保护模块， 继电保护模块发出动作指令信号并 输出至保护 HMI 测试控制模块。 0008 所述的继电保护模块包括 ： 嵌入式 PLC 控制单元、 微机保护单元及与之相连的第 说 明 书 CN 102323502 A CN 102323511 A2/4 页 5 一测试继电器， 其中 ： 嵌入式 PLC 控制单元通过 GOOSE 与保护 HMI 测试控制模块相连， 所述 的微机保护单元与模拟故障发生器模块通过第一测试接点相连， 第一测试继电器对第一测 试接点进行控制， 当需要进行在线测试时通过 PLC 控制第一测试继电器， 给微机保护单元 加入模拟故障量进行在线测试操作。 0009 所述的。
14、保护 HMI 测试控制模块包括 ： 与模拟故障发生器模块相互连接的第一通信 接口单元、 与继电保护模块相互连接的第二通信接口单元、 逻辑运算单元、 控制单元和人机 对话单元， 其中 ： 第一通信接口单元与模拟故障发生器模块相连并下发由测试人员根据需 要测试的项目和被测试的微机保护类型设定的测试参数， 第二通信接口单元与继电保护模 块的嵌入式 PLC 模块相连并发送自动翻线控制命令。由测试人员根据需要测试的项目和被 测试的微机保护类型设定的测试参数通过人机对话单元进行输入。 0010 所述的模拟故障发生器模块包括 ： 与保护 HMI 测试控制模块相连的第一通信接口 单元、 模拟信号发生单元和模拟。
15、量输出接口， 其中 ： 第一通信接口单元接收来自保护 HMI 测 试控制模块的测试参数和测试命令， 模拟信号发生单元根据测试参数得到数字量后转换成 模拟量输出至继电保护模块进行测试。 0011 所述的第一通信接口单元、 第二通信接口单元为光纤通信。 0012 所述的模拟故障发生器模块的数字输入接口端设有由第二测试继电器控制的第 二测试接点， 该第二测试继电器与微机保护模块相连， 当测试时， 微机保护单元的一个动作 周期结束或者配合几个动作周期时， 则控制第二测试继电器， 使得第二测试接点根据测试 周期需要断开或连接来控制模拟信号发生单元停止或继续模拟故障信号的输出 ； 0013 本发明涉及上述。
16、系统的测试方法， 包括以下步骤 ： 0014 第一步， 逻辑运算单元计算出测试参数并由第一通信接口单元输出至模拟故障发 生器模块 ； 0015 第二步， 模拟故障发生器模块的第一通信接口单元将测试参数传输至模拟信号发 生单元， 模拟信号发生单元根据测试参数由 CPU 计算出数字量， 然后通过数模转换成模拟 量通过第一测试继电器接点， 输送模拟量输出至微机保护单元模拟量输入端口。 0016 第三步， 逻辑控制单元根据测试类型输出测试命令， 并由第二通信接口单元通过 GOOSE报文输出至继电保护模块的嵌入式PLC控制单元， 嵌入式PLC控制单元根据接收到的 测试命令完成虚端子测试环境数字化连接和启。
17、动第一测试继电器的第一测试接点， 将低电 平模拟故障量通过第一测试继电器的第一测试接点导入被测微机保护单元 ； 0017 第四步， 被测微机保护单元根据输入的模拟故障量， 进行保护功能性计算， 当得到 结果为一个动作周期结束或者配合几个动作周期时， 则控制第二测试继电器， 使得第二测 试接点根据测试周期需要断开或连接来控制模拟信号发生单元停止或继续模拟故障信号 的输出 ； 0018 嵌入式 PLC 控制单元通过第二通信接口单元发出动作指令信号至逻辑控制单元， 逻辑控制单元启动并记录测试过程以及测试结果 ； 0019 所述的测试参数包括 ： 电流、 电压和 / 或阻抗。 0020 所述的测试控制。
18、信号包括测试模板序列号、 启动信号或停止信号。 0021 所述的模拟故障信号包括低电平信号。 0022 所述的动作指令信号包括 ： 报警信号或跳闸信号。 说 明 书 CN 102323502 A CN 102323511 A3/4 页 6 0023 本发明装置提供了在不改变继电保护基建管理模式和继电保护人员现场习惯的 情况下在线完成保护装置及二次系统的测试方法， 在不改变原来保护装置可靠性的重要前 提下， 增加了在线测试功能， 大大简化了基建时保护及回路的测试， 提高了系统的整体可靠 性， 为实现保护继电器装置及回路的 “在线测试” 提供了必要条件， 保证了保护装置及二次 系统的安全运行， 提。
19、高了电力系统供电的可靠性。 附图说明 0024 图 1 为本发明系统结构示意图。 0025 图 2 为本发明保护 HMI 测试控制模块结构示意图。 具体实施方式 0026 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 0027 实施例 0028 如图1所示， 本实例包括 ： 设置于控制室内的保护HMI测试控制模块与之相连的设 置于一次设备本体上的继电保护模块及模拟故障发生器模块， 其中 ： 保护 HMI 测试控制模 块向模拟故障发生器模块传输测试控制信号， 模拟故障发生器模块产。
20、生模拟故障信号并输 出至继电保护模块， 继电保护模块发出动作指令信号并输出至保护 HMI 测试控制模块。 0029 所述的继电保护模块包括 ： 嵌入式 PLC 控制单元、 微机保护单元及与之相连的第 一测试继电器 CSJ1， 其中 ： 嵌入式 PLC 控制单元通过 GOOSE 与保护 HMI 测试控制模块相连， 所述的被测微机保护单元与模拟故障发生器模块通过第一测试接点 CSKZ1 相连， 第一测试 继电器 CSJ1 对第一测试接点 CSKZ1 进行控制， 当需要进行在线测试时通过 PLC 控制第一测 试继电器， 进行在线测试操作。 0030 所述的保护 HMI 测试控制模块包括 ： 与模拟故。
21、障发生器模块相互连接的第一通 信接口单元、 与继电保护模块相互连接的第二通信接口单元、 逻辑运算单元和控制单元， 其 中 ： 第一通信接口单元与模拟故障发生器模块相连并下发由测试人员根据需要测试的项 目和被测试的微机保护类型设定的测试参数， 第二通信接口单元与继电保护模块的嵌入式 PLC 模块相连并发送自动翻线控制命令。由测试人员根据需要测试的项目和被测试的微机 保护类型设定的测试参数通过人机对话单元进行输入。 0031 所述的模拟故障发生器模块包括 ： 与保护 HMI 测试控制模块相连的第一通信接口 单元、 模拟信号发生单元和模拟量输出接口， 其中 ： 第一通信接口单元接收来自保护 HMI 。
22、测 试控制模块的测试参数和测试命令， 模拟信号发生单元根据测试参数得到数字量后转换成 模拟量输出至继电保护模块进行测试。 0032 所述的第一通信接口单元、 第二通信接口单元为光纤通信。 0033 本发明具体工作过程如下 ： 0034 第一步、 继电保护的在线闭环测试系统测试的前提条件判别 ： 0035 1.1 在线闭环测试系统测试的前提条件判别 ： 只在测试范围内一次设备退出运行 时， 才执行保护测试的后续步骤。判别条件如下 ： 说 明 书 CN 102323502 A CN 102323511 A4/4 页 7 0036 按照测试模板判断相关设备的侧断路器位置为分位 ； 0037 相关设备。
23、的电流低于无流门槛 ； 0038 保护 HMI 测试控制模块在同时满足上述两个条件， 则判别为在线测试系统的测试 条件满足， 驱动相应的第一测试继电器 CSJ1 的接点 CSKZ1 切换。转到第二步 ) 继续执行 ； 0039 否则， 判别在线测试条件不满足， 停止测试直接告警。 0040 第二步、 保护装置及二次系统的测试环境设定。 0041 2.1 保护 HMI 测试控制模块按照被测试装置的型号调用测试模板， 控制保护装置 内部的 PLC 自动转换到测试模式， 自动连接好测试虚连线。 0042 2.2 保护 HMI 测试控制模块按照被测试装置的型号。调用相关装置的保护模块实 际运行定值， 。
24、根据定值保护 HMI 测试控制模块计算出测试参数。 0043 第三步、 保护装置及二次系统的闭环测试。 0044 3.1 保护 HMI 测试控制模块通过光纤将计算出测试参数发送到模拟故障发生器模 块 ； 模拟故障发生器模块按照测试参数产生模拟故障低电平输送到保护模块开始测试。 0045 3.2 保护模块根据加入的模拟故障信息动作， 一方面通过第二测试继电器 CSJ2 的 接点 CSKZ2 去控制故障发生器模块停止输出。另一方面向保护 HMI 测试控制模块上送动作 报告。 0046 3.3 保护 HMI 测试控制模块通过收到的报告进行闭环分析， 如果测试正确修改测 试参数返回第一步继续进行下一个项目的测试。如果不正确告警提示保护人员。 0047 至此， 完成一个保护系统的全部在线测试步骤。 0048 这样， 不需要人工接线， 在基建和设备改造工程中间按照程序化模式通过在线测 试， 提高了保护系统的检验效率， 降低了对现场检验人员的技术要求。 配合其它二次回路的 状态监测方式。提高了系统的整体可靠性， 为实现保护继电器回路的 “状态检修” 提供了必 要条件， 保证了保护装置的安全运行， 提高了电力系统供电的可靠性。 说 明 书 CN 102323502 A CN 102323511 A1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102323502 A 。