一种小电流接地选线测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于现场闭环性能检测的小电流接地选线测试仪，属电力系统设备测试技术领域。
【背景技术】
[0002]国内小电流接地选线装置的原理和软硬件结构不尽相同，原理以基于暂态信号处理算法为主，信号特征受配电网运行方式和故障类型影响很大，传统测试手段只能输入稳态故障信号，测试可靠性、环境真实性、测试流程以及测试效率等诸多方面带来的问题亟需得到有效解决，无法检验小电流接地选线装置的选线性能，传统方法是针对想象的特定故障形式，未能充分考虑电网的实际运行工况，也无法真实还原故障发生时的动态和暂态分量，测试环境、测试流程、测试规范都不具有针对性，不能适应于小电流接地选线装置的现场性能测试；另外人工测试具有如下弊端:强调单体测试不对装置在系统中的协调配合能力进行测试；采用逐项测试，重视基本功能，忽略装置动态性能等一些实际运行中更重要的性能测试；临时搭建测试环境，装置测试的项目多，测试工具零散。配电网运行人员缺少具有针对性的接地选线设备现场小型测试仪，能够方便的将其带到实际现场，针对待测设备所在的电网架构和运行工况，当场进行一对一的特定检验，直接校核该选线设备的性能是否能满足工作要求，对于选线设备的参数设定，缺少整定依据，特别是当配电网的网架容易发生变化，那么选线设备的参数设置也应该随之进行调整。往往有些选线设备在刚刚投运时，动作正确率还较高，但是在一段时间后，特别网架发生变化后，可靠性大幅降低。这将势必对电网特定保护功能的实现以及安全稳定运行造成不可估量的后果。
[0003]因此，设计一种适用于现场闭环性能检测的小电流接地选线闭环性能测试仪器，与现场待测设备联合成闭环测试系统，从而检验其真实的选线准确率，以及选线策略和参数设定的合理性，简化测试操作流程，自动完成闭环性能测试，提高设备运维检修效率，以达到快速准确确定故障点，加快查找配电网线路接地故障查找时间、缩短用户停电时间及提高居民用户供电可靠率的目的，并推动配网自愈乃至配电自动化领域的进一步发展。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于，提供一种适用于现场闭环性能检测的小电流接地选线测试仪器，实现小电流接地选线装置性能的现场闭环测试以及功能策略校验。
[0005]本实用新型的技术方案是，本实用新型一种适用于现场闭环性能检测的小电流接地选线闭环性能测试仪由人机界面模块、主控模块、PCI总线及控制模块、波形数据库管理及控制模块、模拟信号输出控制模块、开入开出信号控制模块、通信控制模块组成。主控模块分别与人机界面模块、PCI总线双向连接；PCI总线分别双向连接PCI总线控制模块、开入开出信号控制模块、波形数据库管理及控制模块、通信控制模块；模拟信号输出控制模块连接PCI总线。
[0006]主控模块，基于PGM9588嵌入式硬件平台，PGM9588嵌入式硬件平台采用ARM9处理器，平台RAM存储容量达256MB，FLASH存储容量达16GB，实现仪器主控程序和高级应用软件的运行，从波形数据库中预先提取测试波形，结合用户选择的测试项目形成具体的测试流程和步骤；自动控制测试过程，并形成测试报告，实现现场自动闭环性能策略的生成及测试流程的控制；
[0007]PCI总线控制模块包括由CPLD芯片、PCI桥接芯片、双口 RAM、单片机MCU组成的硬件电路。单片机MCU分别双向连接CPLD芯片和双口 RAM ；CPLD芯片双向分别连接双口 RAM和PCI桥接芯片；PCI桥接芯片双向分别连接双口 RAM和PCI总线。
[0008]桥接芯片采用PCI9054芯片，支持32位数据，单片机MCU采用32位高性能STM32F103处理器芯片，提升数据传输速率和可靠性，传输不受主控制器影响，支持插件热交换，扩展性和兼容性强。
[0009]人机界面模块，基于ARM嵌入式控制平台，用于实现测试波形文件和测试报告浏览查看，信号输出通道和通信接口参数配置。
[0010]波形数据库管理及控制模块，用于存入和调用数据库中的测试波形。
[0011]模拟信号输出控制模块包括PCI接口芯片、FPGA芯片、DAC芯片、信号调理电路和电压电流放大电路；PCI接口芯片双向连接FPGA芯片；FPGA芯片连接DAC芯片；DAC芯片连接信号调理电路；信号调理电路连接电压电流放大电路；PCI接口芯片的输入端连接PCI总线。
[0012]模拟信号输出控制模块基于FPGA和PCI总线接口的设计，FPGA采用基于N1S软核的EP4C15芯片，数模转换采用16位DAC3282高速转换芯片，用于将接地故障特征电压、电流信号通过16位DA控制卡将DDS数字信号转换后为模拟小信号，再经信号调理和隔离电路至功率放大模块，得到与系统二次相对应的电压和电流模拟信号，提供给选线设备进行测试；
[0013]开入开出信号控制模块包括开关量输入电路，开关量输入电路可兼容空接点和O?250V电位接点。电位方式时O?8V为合，13?250V为分。开关量可以方便地对各相开关触头的动作时间和动作时间差进行测量。
[0014]通信控制模块，支持以太网和RS485接口，以太网接口芯片采用CS8900A，用于实现离线故障波形数据的导入，支持待测小电流接地选线装置的各种通信接口类型及标准协议，能获取待测设备的动作及选线结果信息。
[0015]所述测试仪通过搭离线的典型配电网模型，精确模拟各种方式下小电流接地系统的单相接地故障场景，将反映故障特征的电流电压信号导入小电流接地选线测试仪，与待测设备联合闭环测试系统，自动化完成闭环测试，能够在现场全面验证待测小电流接地选线装置各种常规及极端情况下的运行工况和选线能力。
[0016]所述人机界面模块基于ARM嵌入式控制平台，，根据小电流接地的实际情况可设置测试流程和测试项目。
[0017]所述主控模块根据用户设置的小电流接地系统的运行方式和接地方式参数，从波形数据库中预先提取测试波形，结合用户选择的测试项目形成具体的测试流程和步骤。
[0018]所述波形数据库存储的波形包括，典型测试场景模型搭建时考虑到配电网单母线、单母线分段不同运行方式，不接地系统、消弧线圈接地系统和小电阻接地系统不同接地方式，低阻接地故障、高阻接地故障、弧光接地故障、间歇式接地故障不同故障类型的多重组合，所形成典型场景下小电流接地选线测试的故障波形。
[0019]所述信号输出模块的信号输出精度为0.2级，响应时间不大于5ms，能够完全反应单相接地故障的暂态信息，能保证测试仪完成32路馈线的现场测试，且功放系统性能稳定，输出功率、幅值满足暂态测试要求。
[0020]本实用新型的工作原理是，基于PGM9588主控模块和PCI总线的硬件构架，实现闭环性能测试，在用户界面内通过导入实际现场录波且能够方便地进行测试场景的搭建和模型参数的调整，从而获取故障环境下的故障特征电压、电流信号，并将录波或者获取的故障特征电压、电流信号通过网口或者光纤传送至小电流接地装置测试仪，测试仪将接收到的数字信号经数模转换后变为模拟信号，再经由放大装置得到与系统二次侧相对应的电压和电流模拟信号，提供给选线设备进行测试，测试仪能完成32路馈线的现场测试，功放系统性能稳定，输出功率、幅值满足暂态测试要求；能够完全反应单相接地故障的暂态分量。
[0021]本实用新型为了获得能够真实准确地反映出各种所测配电网的实际运行工况，并能模拟各种故障状态，输出故障关键电流电压波形数据，建立小电流接地选线在各种网架、各种接地方式和各种故障类型下典型测试场景模型。对配电网架构、中性点接地方式、电压及电流互感器配置类型等因素，并利用归纳结果还原配电终端的一般运行场景，搭建基于配电网仿真软件搭建灵活的配电网模型。
[0022]本实用新型依据配电网的运行经验，结合小电流接地系统现场实际情况，模拟得到相应的故障特征电压、电流信号，形成典型场景下小电流接地选线测试的故障波形，设计了一种适用于