专利名称：一种实现仿真轨道交通直流馈电故障的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种实现仿真轨道交通直流馈电故障的装置及方法，尤其涉及一 种模拟轨道交通直流牵引馈电系统各类故障波形，用以检测直流保护装置的保护 性能的装置，属于仿真技术领域。
背景技术：
随着轨道交通系统的快速发展，直流牵引供电系统得到了越来越广泛的应 用，从而使直流牵引网络线路馈电系统保护装置在直流牵引供电系统中得到广泛 应用。
由于验收费用昂贵，直流保护装置出厂时性能难以做到对每台都进行大电流 短路保护动态模拟试验验收，及在轨道交通牵引变电站中使用的直流保护装置， 为了检验装置保护功能的正确性，直接从现场获得短路电流有一定的局限性。从 而需要有一个能仿真现场电流短路的设备，对直流保护装置性能进行验证。
市场上还没有专用于轨道交通牵引变电站的直流保护装置保护功能的测试 设备，现场环境中正在使用的有以下两种方式 一为通过建立模拟电路来模拟产 生直流短路时的电流变化，但是这种方式产生的电流波形数据不明确，难以设定 保护装置的保护值，而且设备庞大不具便携性，现场使用不方便；另一为使用市 场上任意波形发生器加电压-电流变送器组合的方式，任意波形发生器一般都没 有专门针对于短路电流波形的生成，要用点方式才能把整个短路电流波形描绘保 存输出，在应用上非常不方便，对于不同的短路情况，就得对应给它画波形，做 不到波形智能产生，大大增加了调试人员的工作负担。
发明内容
本发明的目的是提供一种能仿真现场电流短路的设备，对直流保护装置性能 进行验证的实现仿真轨道交通直流馈电故障的装置及方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种实现仿真轨道交通直流馈电 故障装置，其特征在于，由嵌入式系统、D/A转换模块、平移放大模块、V/I转 换模块、输出接口组成，嵌入式系统与D/A转换模块连接，D/A转换模块分别与
平移放大模块、V/I转换模块连接，平移放大模块、V/I转换模块分别与输出接 口连接。
所述的嵌入式系统由中央处理器、动态随机存储器、快闪存储器、扩展接口、 以太网接口和RS-232串行接口组成，中央处理器连接RS-232串行接口，并通 过数据地址控制总线分别连接动态随机存储器、快闪存储器、扩展接口和以太网 接口，嵌入式系统通过扩展接口连接D/A转换模块。'
所述的D/A转换模块由D/A芯片、基准芯片、模拟电压输出组成，中央处理 器通过扩展接口连接D/A芯片，D/A芯片分别与基准芯片和模拟电压输出连接。
所述的平移放大模块电阻R44、 R45、 R50、 R54和R5、负载电阻RL、稳压管 D16和运算放大器U24A组成，模拟电压输出连接Vaout， V0UT+与V0UT-连接输 出接口，运算放大器U24A的2脚通过电阻R44和l脚连接，同时与电阻R50连 接，运算放大器U24A的3脚同时与电阻R54和电阻45连接，运算放大器U24A 的2脚同时与负载电阻RL正极和稳压管D16的输入端连接，负载电阻RL负极与 稳压管D16的输出端连接。
所述的V/I转换模块由运算放大器U22A，三极管Q3、 Q7、电阻R58、 二极 管D12和负载电阻RL组成，模拟电压输出连接Vaout， IOUT+与I0UT-连接输出 接口，运算放大器U22A的1脚连接三极管Q3的基极，2脚连接三极管Q7的发 射极，3脚连接Vaout，三极管Q3的发射极连接三极管Q7的基极，三极管Q3 的集电极与三极管Q7的集电极、二极管D12连接后与负载电阻RL连接，三极管 Q7的发射极通过电阻R58、 二极管D12与负载电阻RL连接。
一种实现仿真轨道交通直流馈电故障的方法，其特征在于，采用C语言和 汇编语言在嵌入式操作系统平台上编制程序，运行在实现仿真轨道交通直流馈电 故障装置里，其方法为 A.过电流瞬时保护IOP波形输出方法为 第l步设置输出方式及系数
设置IOP波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出^『，设
置相应输出方式对应的转换零偏0/G「w或C/7G,^ 、满度系数C7/G,^或
第2步IOP参数设置
根据待测保护装置的IOP参数要求，设置起动电流及保持时间、脱扣值1>>、 延时时间1:〉〉、结束电流及保持时间； 第3步IOP参数百分比调整
根据待测保护装置的IOP脱扣动作要求，调整脱扣值1>>、延时时间0〉； 第4步波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置瞬时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置瞬时未误动作。
B. 过电流延时保护OCP波形输出方法为 第l步设置输出方式及系数
设置OCP波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出/。w，设 置相应输出方式对应的转换零偏或C7/G一^ 、满度系数C//GK_M或
第2步OCP参数设置
根据待测保护装置的OCP参数要求，设置起动电流及保持时间、脱扣值I〉、
延时时间t〉、结束电流及保持时间； 第3步OCP参数百分比调整
根据待测保护装置的OCP脱扣动作要求，调整脱扣值I〉、延时时间t〉； 第4步波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置延时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置延时未误动作；
C. 热反时限保护TIP波形输出方法为 第l步设置输出方式及系数
设置TIP波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出/。m，设
置相应输出方式对应的转换零偏O/G^w或CZ/G,^ 、满度系数Ci/GK_M或 第2步TIP参数设置
根据待测保护装置的TIP参数要求，设置起动电流及保持时间、过负荷电流 I—mes、基本电流I—th、时间常数T—th、修正因数K—spl、告警值K—warn、脱扣 值K—trip、复位值iereset、结束电流及保持时间； 第3步TIP参数百分比调整
调整过负荷电流I—mes，并根据调整后的I—mes计算告警时间t—warn,脱扣
时间t—trip; 第4步波形选择
根据测试需求选择告警波形或脱扣波形；
第5步波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；
在过负荷电流I—mes的百分比调整为小于95%时产生的波形，待测保护装置 可靠动作；在过负荷电流I一mes的百分比调整为大于105%时产生的波形，待测 保护装置未误动作；
D.近区短路上升率保护RORJNS波形输出方法为 第l步设置输出方式及系数
设置RORJNS波形的输出表现方式，可以选择电压输出K。^或电流输出
，设置相应输出方式对应的转换零偏C/Z(^-w或C/ZG w 、满度系数C7/GK_M
第2步ROR一INS参数设置
根据待测保护装置的R0R—INS参数要求，设置起动电流及保持时间、电流上 升率di/dt—ins、脱扣值增量I一ins、脱扣延时时间t一ins、允许回落时间t—1、 结束电流及保持时间； 第3步ROR一INS参数百分比调整
根据待测保护装置的R0R_INS脱扣动作要求，调整电流上升率di/dt—ins、
脱扣值增量I—ins、脱扣延时时间t—ins、允许回落时间t—1; 第4步波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置近区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置近区未误动作； E.远区短路上升率保护ROR一DEL波形输出方法为 第l步设置输出方式及系数
设置ROR—DEL波形的输出表现方式，可以选择电压输出J^w或电流输出 /。^ ，设置相应输出方式对应的转换零偏<^/<^_"或0/(^_^ 、满度系数C/Z(^省
第2步ROR一DEL参数设置
根据待测保护装置的ROR—DEL参数要求，设置起动电流及保持时间、电流上 升率di/dt—del、脱扣值增量I—del、脱扣延B^时间t—del、结束电流及保持时间。 第3步ROR一DEL参数百分比调整
根据待测保护装置的R0R_DEL脱扣动作要求，调整电流上升率di/dt一del、 脱扣值增量I一del、脱扣延时时间t一del; 第4步波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置远区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置远区未误动作。
本发明模拟产生轨道交通直流馈电线路短路故障、过负荷等的各电流变化波 形，用以验证直流保护装置的各类保护功能，如过电流瞬时保护、过电流延时保 护、热反时限保护、近区短路上升率保护、远区短路上升率保护。输出波形分辨 率为100us，从而提出验证基准，能仿真现场电流短路的设备，对直流保护装置 性能进行验证。
本发明的优点是
1. 采用数字式仿真方式，大大縮小了装置的体积，拥有更大的便携性；
2. 采用相应保护方式的波形智能生成，做到了故障仿真的简便性；
3. 波形输出可以电压或电流输出，能够更多的适应市场上的其他直流保护 装置。
图1为一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置结构示意图； 图2为嵌入式系统电路结构框图； 图3为D/A转换模块结构框图； 图4为平移放大模块原理图； 图5为V/1转换模块原理图； 图6为过电流瞬时保护IOP波形输出流程图； 图7为过电流延时保护OCP波形输出流程图； 图8为热反时限保护TIP波形输出流程图； 图9为近区短路上升率保护RORJNS波形输出流程图； 图10为远区短路上升率保护ROR一DEL波形输出流程图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一歩说明。 实施例
以YJD-5000轨道交通直流馈电故障仿真装置为例，其参数要求为 如图l所示，为一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置结构示意图， 一种 实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在于，由嵌入式系统、D/A转换模 块、平移放大模块、V/I转换模块、输出接口组成，嵌入式系统与D/A转换模块 连接，D/A转换模块分别与平移放大模块、V/I转换模块连接，平移放大模块、 V/I转换模块分别与输出接口连接，故障仿真波形信号经放大后从输出接口输 出，也可以经过V/I转换为电流后从输出接口输出。
如图2所示，为嵌入式系统电路结构框图，所述的嵌入式系统由中央处理器、 动态随机存储器、快闪存储器、扩展接口、以太网接口和RS-232串行接口组成， 中央处理器连接RS-232串行接口，并通过数据地址控制总线分别连接动态随机 存储器、快闪存储器、扩展接口和以太网接口，嵌入式系统通过扩展接口连接
D/A转换模块，实现故障仿真波形信号的转换输出，嵌入式系统通过以太网接口 连接计算机，RS-232串行接口是嵌入式系统的调试接口，还可作为指令与数据
传输的备用通道。
嵌入式系统的中央处理器采用ARM9系列芯片S3C2410A，动态随机存储器 采用芯片HY57V561620CT-H ，快闪存储器采用芯片E28F128J3C150，扩展接 口采用芯片SN74LVTH16245A，网络接口采用芯片CS8900A,串行接口采用芯 片MAX3232,芯片外围电路以及各芯片之间的连接方法，参照相应的芯片使用 说明。
如图3所示，为D/A转换模块结构框图，所述的D/A转换模块由D/A芯片、 基准芯片、模拟电压输出组成，中央处理器通过扩展接口连接D/A芯片，D/A芯 片分别与基准芯片和模拟电压输出连接，基准芯片为D/A芯片提供转换基准然后 输出模拟电压值，D/A芯片采用10us转换时间16位数模转换芯片DAC8544，基 准芯片采用4. 096V基准电压输出芯片MCP1541。
D/A变换模拟电压输出计算公式<formula>formula see original document page 13</formula>
65536
其中^^为D/A模拟电压输出值，F/^为基准参考电压，D为装载到DAC
寄存器的二进制码元的十进制表现形式。
如图4所示，为平移放大模块原理图，所述的平移放大模块电阻R44、 R45、 R50、 R54和R5、负载电阻RL、稳压管D16和运算放大器U24A组成，模拟电压 输出连接Vaout， V0UT+与VOUT-连接输出接口，运算放大器U24A的2脚通过电 阻R44和1脚连接，同时与电阻R50连接，运算放大器U24A的3脚同时与电阻 R54和电阻45连接，运算放大器U24A的2脚同时与负载电阻RL正极和稳压管 D16的输入端连接，负载电阻RL负极与稳压管D16的输出端连接。
运算放大器TL062组成的差分输入放大器，Vref为电平平移基准，各电阻 与运算放大器TL062配合组成了放大电路。
电压平移放大转换输出计算公式
<formula>formula see original document page 13</formula>将式(1)代入式(2)得到:
<formula>formula see original document page 14</formula>将电路中的实际电阻值代入式(3)得到
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中^^为电压输出值，F^f为基准参考电压，Z)为装载到DAC寄存器的
二进制码元的十进制表现形式。
如图5所示，为V/I转换模块原理图，所述的V/I转换模块由运算放大器 U22A，三极管Q3、 Q7、电阻R58、 二极管D12和负载电阻RL组成，模拟电压输 出连接Vaout， IOUT+与I0UT-连接输出接口，运算放大器U22A的1脚连接三极 管Q3的基极，2脚连接三极管Q7的发射极，3脚连接Vaout，三极管Q3的发射 极连接三极管Q7的基极，三极管Q3的集电极与三极管Q7的集电极、二极管D12 连接后与负载电阻RL连接，三极管Q7的发射极通过电阻R58、 二极管D12与负 载电阻RL连接，运算放大器TLE2142与Q3、 Q7、 R58组成了一个恒流输出电路。
V/I转换恒流输出公式
<formula>formula see original document page 14</formula>将式U)代入式(5)得到
W = r舰x+履 (6) 65536
将电路中的实际电阻值代入式(6)得到
<formula>formula see original document page 14</formula>其中/。^为电流输出值，r^^为基准参考电压，Z)为装载到DAC寄存器的二进
制码元的十进制表现形式。
一种实现仿真轨道交通直流馈电故障的方法，采用C语言和汇编语言在嵌 入式操作系统平台上编制程序，运行在实现仿真轨道交通直流馈电故障装置里， 其方法为
A.如图6所示，为过电流瞬时保护IOP波形输出流程图，过电流瞬时保护IOP
波形输出方法为
第l步仿真设置输出方式及系数
设置IOP波形的输出表现方式，可以选择电压输出F^r或电流输出/。w。设
置相应输出方式对应的转换零偏C/ZC^w或C/ZG,々、满度系数C//(^_w或
根据仿真的轨道交通直流馈电保护装置的参数，设置为电流输出，转换零偏
为C7/G/—^ =12mA，满度系数为0/G,—M =1250x1000，即相当于4一20mA对应
于-10000A—10000A。 第2步仿真IOP参数设置
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的IOP参数，设置起动电流及保持时 间、脱扣值1>〉、延时时间1:>〉、结束电流及保持时间。
设置起动电流1000A，起动电流保持时间50ms，脱扣值I〉>=9000A,延时时 间t〉Xms，结束电流1000A,结束电流保持,时间500ms。 第3步仿真IOP参数百分比调整
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的10 脱扣动作要求，调整脱扣值1>>、 延时时间t>>。 -
必须可靠动作，设置脱扣值1〉〉百分比=105%，延时时间0>百分比=105%。 波形为先输出1000A保持50ms，接着输出9450A保持1. lms，接着输出1000A 保持500ms，然后波形输出结束； 第4步仿真波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置瞬时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置瞬时未误动作。
数据点生成及输出，以第一个点为例，第一点要求输出的值为IOOOA， ， f 1000 、
C恥"
<formula>formula see original document page 15</formula> ，代入公式(7)反向推导得
、^ 乂
x9830400 = 30720 。 D值写入DAC寄存器，使D/A输出电压
r^/r =K， x7^7 = 1.92 V ，K。w经过V/I转换模块输出电流 65536
/Wf =^L = 1^ = 12.8mA。其它波形数据点以此类推，波形输出使轨道交通 oy A58 150
直流馈电保护装置可靠动作。
B.如图7为过电流延时保护0CP波形输出流程图，过电流延时保护(OCP)波 形输出方法为
第l步仿真设置输出方式及系数
设置OCP波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出/^,。设 置相应输出方式对应的转换零偏C7/G^w (或C7/G,^p)、满度系数C7/G「M (或
根据仿真的轨道交通直流馈电保护装置的参数，设置为电压输出，转换零偏 为C7/Gr^ =0V，满度系数为C/ZG^M =833.33，即相当于-12V — 12V对应于
-10000A—10000A。
第2步仿真OCP参数设置
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的0CP参数要求，设置起动电流及保持 时间、脱扣值I〉、延时时间t〉、结束电流及保持时间；
设置起动电流1000A，起动电流保持时间50ms，脱扣值I〉=6000A，延时时 间t〉-ls,结束电流1000A，结束电流保持时间500ms。 第3步仿真OCP参数百分比调整
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的0CP脱扣动作要求，调整脱扣值1>、 延时时间t〉。
必须无误动作，设置脱扣值1〉百分比=95%，延时时间1:〉百分比=95%。波形 为先输出1000A保持50ms，接着输出5700A保持950ms,接着输出1000A保持 500ms，然后波形输出结束。 第4步仿真波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置延时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置延时未误动作。
数据点生成及输出，以第一个点为例，第一点要求输出的值为1000A，
<formula>formula see original document page 17</formula> ，代入公式(4)反向推导得
<formula>formula see original document page 17</formula>。 D值写入DAC寄存器，使D/A输出电压
<formula>formula see original document page 17</formula> ，^。w经过平移放大模块输出电压 65536
<formula>formula see original document page 17</formula>。其它波形数据点
九50 九50
以此类推，波形输出使轨道交通直流馈电保护装置无误动作。
C.如图8所示，为热反时限保护TIP波形输出流程图，热反时限保护TIP波形
输出方法为 第l步仿真设置输出方式及系数
设置TIP波形的输出表现方式，可以选择电压输出&^或电流输出/。^。设
置相应输出方式对应的转换零偏C/ZGrw (或C/ZG,—w)、满度系数C//(^^ (或
根据仿真的轨道交通直流馈电保护装置的参数，设置为电流输出，转换零偏 为C7/G一^ =12mA，满度系数为C//G/HW = 1250x 1000 ，即相当于4~20mA对应于
-10000A—IOOOOA。 第2步仿真TIP参数设置
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的TIP参数要求，设置起动电流及保持 时间、过负荷电流Ijnes、基本电流IJh、时间常数乙th、修正因数l^spl、告 警值K—warn、脱扣值K—trip、复位值Kjeset、结束电流及保持时间；
设置起动电流1000A，起动电流保持时间50ms，过负荷电流I_mes=5000A， 基本电流I—th =2700A，时间常数T_th =300s，修正因数K—spl=100%，告警值 K—warn=80%,脱扣值K—trip=94%，复位值K—reset=80%，结束电流IOOOA，结束
电流保持时间500ms 。
第3步仿真TIP参数百分比调整
调整过负荷电流I—mes百分比=95%，并根据调整后的I—mes计算告警时间 t—warn，脱扣时间t_trip; 第4步仿真波形选择
根据测试需求选择告警波形或脱扣波形。
必须可靠动作，配置脱扣时间t一trip二热反时限公式(I—mes百分比二95Q/c)。 波形为先输出1000A保持50ms,接着输出5000A保持124s，接着输出1000A保 持500ms，然后波形输出结束。 第5步仿真波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。波形输出使轨道交通直流馈电保 护装置可靠动作。
在过负荷电流I—mes的百分比调整为小于95%时产生的波形，待测保护装置 可靠动作；在过负荷电流I一mes的百分比调整为大于105%时产生的波形，待测 保护装置未误动作。
D.如图9所示，为近区短路上升率保护RORJNS波形输出流程图，近区 短路上升率保护(ROR一INS)波形输出方法为 第1步仿真设置输出方式及系数
设置RORJNS波形的输出表现方式，可以选择电压输出F。^或电流输出
/。w。设置相应输出方式对应的转换零偏C7/G^w (或C/fG一^ )、满度系数
根据仿真的轨道交通直流馈电保护装置的参数，设置为电流输出，转换零偏
为OZG,^ =12mA,满度系数为C/fG,^ =1250x1000，即相当于4 20mA对应于
-10000A—10000A。
第2步仿真ROR—INS参数设置
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的ROR—INS参数要求，设置起动电流及 保持时间、电流上升率di/dt—ins、脱扣值增量Ijns、脱扣延时时间tjns、允许
回落时间t一l、结束电流及保持时间；
设置起动电流IOOOA，起动电流保持时间50ms，电流上升率di/dt—ins =200A/ms，脱扣值增量I—ins=3000A,脱扣延时时间t_ins=4ms,允许回落时间 t—l=lms，结束电流1000A，结束电流保持时间500ms。 第3步仿真RORJNS参数百分比调整
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的ROR一INS脱扣动作要求，调整电流上 升率di/dt一ins、脱扣值增量Ijns、脱扣延时时间t—ins、允许回落时间t—1;
必须可靠动作，设置电流上升率di/dt_ins百分比=105%，脱扣值增量I_ins 百分比=105%，脱扣值增量I一ins百分比405M，允许回落时间t—1=95%。波形为 先输出1000A保持50ms，接着连续输出上升率为210A/ms保持4. 2ms，接着上升 率渐渐的趋于0达到4150A并维持50ms,接着输出1000A保持500ms，然后波形 输出结束。
第4步仿真波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。波形输出使轨道交通直流馈电保 护装置可靠动作。
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置近区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置近区未误动作。 E.如图10所示，为远区短路上升率保护ROR一DEL波形输出流程图，远区短
路上升率保护(ROR—DEL)波形输出方法为 第l步仿真设置输出方式及系数
设置ROR_DEL波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出
/。OT。设置相应输出方式对应的转换零偏C7/C^^ (或CZ/G,^)、满度系数
根据仿真的轨道交通直流馈电保护装置的参数，设置为电流输出，转换零偏 为0/G一^ =12mA，满度系数为C7/G/屮=1250x1000，即相当于4 20mA对应于
-10000A 10000A。
第2步仿真ROR一DEL参数设置
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的R0R一DEL参数要求，设置起动电流及 保持时间、电流上升率di/dt一del、脱扣值增量I—del、脱扣延时时间t—del、结束 电流及保持时间。
例如设置起动电流1000A，起动电流保持时间50ms，电流上升率di/dt_del =50A/ms，脱扣值增量I—de]=3000A，脱扣延时时间t—del=50ms，结束电流IOOOA， 结束电流保持时间500ms。 第3步仿真ROR—DEL参数百分比调整
根据待测轨道交通直流馈电保护装置的R0R一DEL脱扣动作要求，调整电流上 升率di/dt一del、脱扣值增量I—del、脱扣延时时间t—del。
必须无误动作，设置电流上升率di/dt—del百分比=95%，脱扣值增量I—del 百分比=95%，脱扣值增量I—del百分比=95%。波形为先输出1000A保持50ms， 接着连续输出上升率为45A/ms保持lms，接着上升率渐渐的趋于0达到3850A 并维持45ms，接着输出1000A保持500ms，然后波形输出结束。 第4步仿真波形生成并输出
根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出。波形输出使轨道交通直流馈电保 护装置无误动作。
在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置远区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置远区未误动作。
最后结论；只有全部通过以上5类保护波形的正确检测，才能确认保护装置 正常。
权利要求
1.一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在于，由嵌入式系统、D/A转换模块、平移放大模块、V/I转换模块、输出接口组成，嵌入式系统与D/A转换模块连接，D/A转换模块分别与平移放大模块、V/I转换模块连接，平移放大模块、V/I转换模块分别与输出接口连接。
2. 根据权利要求1所述的一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在 于，所述的嵌入式系统由中央处理器、动态随机存储器、快闪存储器、扩展 接口、以太网接口和RS-232串行接口组成，中央处理器连接RS-232串行接 口，并通过数据地址控制总线分别连接动态随机存储器、快闪存储器、扩展 接口和以太网接口，嵌入式系统通过扩展接口连接D/A转换模块。
3. 根据权利要求1所述的一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在 于，所述的D/A转换模块由D/A芯片、基准芯片、模拟电压输出组成，中央 处理器通过扩展接口连接D/A芯片，D/A芯片分别与基准芯片和模拟电压输 出连接。
4. 根据权利要求1所述的一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在 于，所述的平移放大模块电阻R44、 R45、 R50、 R54和R5、负载电阻RL、稳 压管D16和运算放大器U24A组成，模拟电压输出连接Vaout， V0UT+与V0UT-连接输出接口，运算放大器U24A的2脚通过电阻R44和l脚连接，同时与电 阻R50连接，运算放大器U24A的3脚同时与电阻R54和电阻45连接，运算 放大器U24A的2脚同时与负载电阻RL和稳压管D16的输入端连接，负载电 阻RL负极与稳压管D16的输处端连接。
5. 根据权利要求1所述的一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在 于，所述的V/I转换模块由运算放大器U22A，三极管Q3、 Q7、电阻R58、 二 极管D12和负载电阻RL组成，模拟电压输出连接Vaout， IOUT+与IOUT-连 接输出接口，运算放大器U22A的1脚连接三极管Q3的基极，2脚连接三极 管Q7的发射极，3脚连接Vaout,三极管Q3的发射极连接三极管Q7的基极， 三极管Q3的集电极与三极管Q7的集电极、二极管D12连接后与负载电阻RL 连接，三极管Q7的发射极通过电阻R58、 二极管D12与负载电阻RL连接。
6.根据权利要求1所述的一种实现仿真轨道交通直流馈电故障的方法，其特征 在于，采用C语言和汇编语言在嵌入式操作系统平台上编制程序，运行在实 现仿真轨道交通直流馈电故障装置里，其方法为A. 过电流瞬时保护IOP波形输出方法为 第l步仿真设置输出方式及系数设置iop波形的输出表现方式，可以选择电压输出r。w或电流输出/。『设置相应输出方式对应的转换零偏C7/<;—i/3或CM7,屮、满度系数C//GK—M或 第2步仿真IOP参数设置根据待测轨道交通直流馈电保护装置的iop参数要求，设置起动电流及保持时间、脱扣值1〉>、延时时间1:〉〉、结束电流及保持时间； 第3步仿真IOP参数百分比调整根据待测轨道交通直流馈电保护装置的10 脱扣动作要求，调整脱扣值1〉>、延时时间t〉〉；第4步仿真波形生成并输出根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置瞬时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置瞬时未误动作；B. 过电流延时保护OCP波形输出方法为 第l步仿真设置输出方式及系数设置ocp波形的输出表现方式，可以选择电压输出f^^或电流输出/^^，设置相应输出方式对应的转换零偏CMVw或0/G一w 、满度系数C7/G^^或第2步仿真OCP参数设置根据待测轨道交通直流馈电保护装置的0cp参数要求，设置起动电流及保持 时间、脱扣值I〉、延时时间t〉、结束电流及保持时间； 第3步仿真OCP参数百分比调整根据待测轨道交通直流馈电保护装置的0CP脱扣动作要求，调整脱扣值I〉、 延时时间t〉；第4步仿真波形生成并输出根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置延时可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置延时未误动作； C.热反时限保护TIP波形输出方法为-第l步仿真设置输出方式及系数设置TIP波形的输出表现方式，可以选择电压输出F。^或电流输出/。w，设置相应输出方式对应的转换零偏0/<^—^或<^/<^_^ 、满度系数0/G卜w或第2步仿真TIP参数设置根据待测轨道交通直流馈电保护装置的TIP参数要求，设置起动电流及保持 时间、过负荷电流I—mes、基本电流I—th、时间常数乙th、修正因数I^spl、告 警值K—warn、脱扣值K—trip、复位值K—reset、结束电流及保持时间； 第3步仿真TIP参数百分比调整调整过负荷电流I_mes,并根据调整后的I—mes计算告警时间t—warn，脱扣 时间t_trip;第4步仿真波形选择根据测试需求选择告警波形或脱扣波形； 第5步仿真波形生成并输出根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；在过负荷电流I—mes的百分比调整为小于95%时产生的波形，待测保护装置 可靠动作；在过负荷电流I一mes的百分比调整为大于105%时产生的波形，待测 保护装置未误动作； D. 近区短路上升率保护RORJNS波形输出方法为第1步仿真设置输出方式及系数设置ROR—INS波形的输出表现方式，可以选择电压输出F。^或电流输出 /。w ，设置相应输出方式对应的转换零偏C//C^_iP或C/ZG一^ 、满度系数C7/(^_w第2步仿真ROR一INS参数设置根据待测轨道交通直流馈电保护装置的R0R一INS参数要求，设置起动电流及 保持时间、电流上升率di/dt—ins、脱扣值增量I—ins、脱扣延时时间tjns、允许 回落时间tj、结束电流及保持时间； 第3步仿真RORJNS参数百分比调整根据待测轨道交通直流馈电保护装置的ROR—INS脱扣动作要求，调整电流上 升率di/dtjns、脱扣值增量I一ins、脱扣延时时间t—ins、允许回落时间t_l; 第4步仿真波形生成并输出根据设定的波形参数、D/A通道的电压i电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置近区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置近区未误动作；E. 远区短路上升率保护ROR—DEL波形输出方法为 第l步仿真设置输出方式及系数设置ROR一DEL波形的输出表现方式，可以选择电压输出^^或电流输出/。w，设置相应输出方式梦应的转换零偏CM^屮或a/G一^、满度系数CM^省第2步仿真ROR一DEL参数设置根据待测轨道交通直流馈电保护装置的R0R_DEL参数要求，设置起动电流及 保持时间、电流上升率di/dt—del、脱扣值增量I一del、脱扣延时时间t—del、结束 电流及保持时间；第3步仿真ROR—DEL参数百分比调整 根据待测轨道交通直流馈电保护装置的ROR—DEL脱扣动作要求，调整电流上 升率di/dt一del、脱扣值增量I一del、脱扣延时时间t—del; 第4步仿真波形生成并输出根据设定的波形参数、D/A通道的电压或电流转换系数，生成一个完整的输 出波形，分成0.1ms—个输出点进行连续输出；在参数百分比调整值大于105%时产生的波形，待测保护装置远区可靠动作； 在参数百分比调整值小于95%时产生的波形，待测保护装置远区未误动作。
全文摘要
本发明涉及一种实现仿真轨道交通直流馈电故障装置，其特征在于，由嵌入式系统、D/A转换模块、平移放大模块、V/I转换模块、输出接口组成，嵌入式系统与D/A转换模块连接，D/A转换模块分别与平移放大模块、V/I转换模块连接，平移放大模块、V/I转换模块分别与输出接口连接。本发明模拟产生轨道交通直流馈电线路短路故障、过负荷等的各电流变化波形，用以验证直流保护装置的各类保护功能，如过电流瞬时保护、过电流延时保护、热反时限保护、近区短路上升率保护、远区短路上升率保护。输出波形分辨率为100us，从而提出验证基准，能仿真现场电流短路的设备，对直流保护装置性能进行验证。
文档编号G06F17/50GK101187956SQ20071017245
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者叶晓飞, 应森杰, 赵泰峰, 陈定坤 申请人:上海申贝科技发展有限公司