智能型继电保护试验电源屏的研制

陈昌黎，石鑫

(国网咸宁供电公司，湖北咸宁437100)

智能变电站作为统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑，是必不可少的建设内容。更新的站所设施也需要更好的实验装备。新型智能型继电保护试验屏，不仅能给现场继电保护及其它试验工作提供稳定、方便的交、直流试验电源，更能提高各种试验工作的质量，保障人身、设备安全。结合咸宁供电公司实际情况，编写智能型继电保护试验屏的运行维护相关规程规范，在公司范围内推广智能型继电保护试验屏的应用，提高智能型继电保护试验电源屏的可用率。

一、继电保护试验电源屏的现状

继电保护试验电源屏是为现场继电保护工作及其它试验工作提供了稳定、方便的交、直流试验电源，为提高各种试验工作的质量，保障人身、设备安全而设置的设备。

目前电网中运行的继电保护试验电源屏普遍采用通过三相调压、升流再经桥式整流和LC电感电容滤波的模式，存在无稳压和稳流功能、直流输出不定、不易调节、纹波系数较大等问题。有些仍为指针型表计，精度低、读数难。有时甚至发生由于交流以及直流输出没有严格区分而引起的交流串入直流，导致保护和开关误动作的事故，严重威胁到电网的安全运行。

继电保护技术的发展迅速，而试验电源屏却无较大改进和创新，已经不能满足现场保护设备的试验需要，成为闲置设备。从生产实际出发，迫切需要开发输出更稳定，功能更齐全的继电保护试验电源屏。

二、智能变电站试验电源屏概况

当前智能电网快速发展，智能变电站大量采用数字式智能设备，光纤传输的光数字量接入各种装置，取代了传统的二次模拟量。故必须提供各种光纤数字量的信号源方可对保护、测控等装置进行试验。迫切需要对智能站试验电源屏进行研究，根据新要求重新设计试验电源屏的功能，开发出切实好用的智能站和常规站通用型试验电源屏。

智能型继电保护试验屏，需要给现场继电保护及其它试验工作提供稳定、方便的交、直流试验电源及各试验信号源，且兼备传统和智能变电站保护设备的试验需求，提供方便实用的试验方法和手段，并确保各种试验工作的质量、保障人身、设备安全。

三、新型试验电源屏的设计思路

1．新型试验电源屏的设计基本原则

首先，要摆脱传统试验电源屏的框架，进行全新设计。其次，根据现场试验的要求进行需求分析，制定功能框架。再次，按照满足传统变电站和智能变电站的大部分测试功能需求设计。最后，充分了解现场试验人员的需求，尽量满足现场试验的实用性要求，设计人性化、方便好用，克服老式试验电源屏脱离实际，实用性程度低，较为闲置的问题。

2．新型试验电源屏的要求和技术特点

新型试验电源屏基本设计要求如下:

(1)可提供稳流型直流电源，稳流调节范围0～10A，其最大输出电压可达0～260V。该电源可作为临时对蓄电池组充电的小容量充电机使用，可进行恒流、恒压充电。

(2)可提供一相稳压型正弦波交流电源。该电源不受变电站站用交流约束，由站用直流通过逆变产生交流电源。

(3)可提供一组由程序控制的任意调节的三相交直流型电压电流信号源。对常规变电站的各种保护、测控设备进行测试。

(4)可装设一套模拟试验器，输出多路光纤接口，模拟输出智能变电站IEC61850和IEC60044标准的数字信号，对智能变电站的各种保护、测控设备进行测试。

(5)各种输出电源和信号源采用模块式结构设计。各模块有独立人机操作界面，并有网络通信接口，具有与系统联网能力。

(6)各模块设计为屏上安装式。各模块均可从屏上取下，方便于现场实际应用。

3．新型试验电源屏的总体结构方案

试验电源屏采用模块式结构，各模块提供一或二种电源或信号源。各模块相互独立，各自集成在一个机箱内，共4个机箱安装在屏上。这种结构设计独立，便于维护，可靠性高，很适合电子式设备的安装结构。

如图1，共有四个模块组成:直流稳压稳流电源模块，交流正弦波电源模块，三相电压电流程控可调试验信号源模块，数字保护用IEC标准信号源模块。

图1智能试验电源屏总体模块结构图

四、新型试验电源屏的技术原理与各模块方案

1．直流稳压稳流电源的设计方案

本模块用于输出一路DC0～260V功率电源，主要用于对变电站各种设备的直流供电电源的适应性试验，也用于临时对蓄电池组进行充电。本电源的核心电源装置是采用先进控制技术的PWM开关电源，该电源委托专业开关电源厂家进行设计生产，其性能卓越，纹波小，稳压、稳流特性好。直流稳压稳流电源模块的原理框图如图2:

图2直流稳压稳流电源原理图

2．单相交流正弦波电源模块技术设计

本模块提供一路AC220V功率电源，主要用于站用交流失电情况下提供应急供电。本模块设计应采用站用交流和蓄电池直流电源双输入供电的方式。既接入站用交流电源，也接入蓄电池直流电源，当站用交流存在时直接接至该交流供电，站用失电时自动切换至逆变交流输出。该切换采用无缝切换技术，确保所带负载设备不出现掉电和导致数据丢失。正弦波逆变电源的原理图如图3:

图3交流正弦波逆变电源原理图

3．三相电压电流程控可调试验信号源技术设计

三相电压电流信号源借用常规型继电保护测试仪的技术原理进行设计，共三相电压、三相电流输出。各相电压电流模拟二次回路电压和电流，模拟系统出现故障时各相电流电压的变化情况，输出至保护装置进行试验。硬件电路原理框图如图4:

图4三相电压电流信号源原理图

该模块的软件参照传统三相继保仪的功能进行设计，在Windows平台上进行设计。软件需完整控制四相电压三相电流的所有瞬时变化，模拟系统各种故障情况下电压电流的变化，提供各种所需要的信号源。

4．数字保护用IEC标准信号源模块技术设计

光纤数字量信号源借用数字式继电保护测试仪的技术原理进行设计，设计4路光纤以太网输出口，用于输出IEC61850－9－1、－9－2标准的数字报文并接收 GOOSE数字报文;设计4路光纤输出串口输出IEC60044(FT3或FT3LTE)标准的数字报文;1路光纤输入串口接收IEC60044(FT3或FT3LTE)报文;另外设计1路B码对时接口和1路秒脉冲对时接口，内置一路GPS接收口。

该模块的软件参照数字式继保仪的软件功能进行设计，在Windows平台上进行设计。软件除需完整控制各光口输出各种IEC标准报文外，还需将本变电站的ICD文件保存在电脑中，需要测试时读取ICD文件对个保护装置进行自动配置，尽量减少现场测试的复杂性，减少不确定因素。

由于本模块可以输出多种标准规范的报文，故本模块的测试范围将不仅对保护进行测试，也可以对合并单元、智能开关等进行测试，测试范围将可以得到进行扩充。

五、总结及展望

1．小结

新型智能试验电源屏在我公司文笔山变电站试验投运以来，针对变电站的试验需要做了多种试验，实践证明了本电源屏的使用方便性。本装置的优点:

(1)装置针对常规变电站和智能站都提供了各种类型的试验信号源，相当程度满足了现场的多种试验需求。

(2)各种信号的质量标准比较高，大大超过了传统试验电源屏电源性能标准。可以满足大部分试验的电源和信号源需要。给现场试验提供了很大的方便性。

(3)完全摆脱了老式试验电源屏不受试验人员欢迎，经常闲置的现状。是对老式试验电源屏的突破性的技术进步。

2．进一步改进设想

由于本智能试验电源屏目前还仅在文笔变电站一个站使用，目前积累的经验还非常少，还需进行大量的现场使用试验，也还需要在更多变电站试验运行，以积累大量使用经验，以进行进一步改进完善，使其更加合理和好用。这是目前本项目下一步必须开展的工作。

［1］冯军．智能变电站原理及测试技术［M］．北京:中国电力出版社，2011．

［2］国家电网公司．国家电网公司企业标准(Q/GDW441－2010):智能变电站继电保护技术规范［M］．北京:中国电力出版社，2010．

［3］裘永卫，赵任元，张兰香．PDY－1继电保护试验电源屏［Z］．国家科技成果．

［4］周守智，刘金平，张俊贞，等．LBD－PGY型继电保护试验电源屏［Z］．国家科技成果．