专利名称：微机保护通用仿真装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机保护通用仿真装置，对保护装置的各种信号量的操 作、输入输出和动作逻辑进行仿真。
背景技术：
电力系统的继电保护装置是保护一次设备正常运行的重要装置，为 验证保护装置的动作逻辑和参数配置的正确性需要定期对保护进行校 验，同时为提高继电保护工作人员的业务水平和能力需要对工作人员进 行培训。继电保护装置交付检修和运行人员时通常已处于运行状态，由 于电力系统供电的连续性，投入运行的微机保护装置不允许用来进行试 验、培训，因此提供一套微机保护仿真试验系统对于提高变电站检修和 运行人员、技术管理人员及高校教学的微机保护技术水平具有十分重要 的意义
与此同时，微机保护装置本身的发展也十分迅速，新的微机保护装置 不断推出，这对继电保护检修与运行人员的素质提出了更高的要求。微 机保护通用仿真装置能够提供一个仿真平台，进行多种微机保护装置的 校验培训工作，完成包括现场运行操作模拟培训，现场检验仿真和事故 辅助分析工作等。
发明内容
本发明的目的在于设计一种微机保护通用仿真装置，仿真220kV
及以下的线路保护、变压器保护及母线保护装置，实现与被仿真保护装置一致的动作逻辑，与现场的保护屏进行相同的电流电压的输入和动作 输出，完成保护检验，提供与实际保护装置相同界面的操作，对继电保 护人员进行培训。
本发明的技术方案是通用仿真装置包括机柜，在机柜的保护屏的 正面或背面安装控制主机、辅助触摸屏、模拟量输入单元、开关量输入 单元、开关量输出单元、打印机构成仿真装置；所述的控制主机包含一 个触摸屏，进行保护装置的面板显示和操作的仿真；所述的模拟量输入 单元完成电流电压模拟量采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量 输入单元完成开关量的采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量输 出单元与控制主机进行通信，执行仿真保护装置的输出。
本实用新型的微机保护通用仿真装置中，保护屏上安装压板、切换 开关、输入输出端子排和电源开关。
本实用新型的微机保护通用仿真装置中，机柜的底部安装万向轮。
所述的模拟量输入单元有一个USB接口，与控制主机进行通信，有 60路电流输入端子，20路电压输入端子，两路其它模拟量信号输入端子， 满足220kV及以下线路保护、母线保护和变压器保护的模拟量输入要求。
所述的开关量输入单元有一个USB接口，与控制主机进行通信，有 100路开关量输入端子，60路端子用于保护屏上压板、切换开关信号输 入，40路端子用于输入刀闸、断路器状态等开关量信号，满足220kV及 以下线路保护、变压器保护和母线保护的开关量输入要求。
所述的开关量输出单元有一个USB接口，接收控制主机指令，驱动 继电器输出，共有80路输出，其中40路输出各种硬接点信号，40路用 于断路器的跳合闸控制，跳闸回路的输出串入保护屏上的压板，最大满 足母线保护跳闸输出要求。
所述的控制主机为高性能工控机，附加一个辅助触摸屏，工控机本身自带的触摸屏用来显示单个元件构成的保护装置的界面，或者多元件 构成的保护装置的主保护装置界面，辅助触摸屏用来显示多元件构成的 保护装置的界面，如变压器保护的后备保护界面，触摸屏所模拟的界面 与被仿真的保护装置完全一致，显示相同的面板和液晶输出具有相同的 触摸按键以及同样的菜单，进行定值、控制字的修改和参数的调用等。
所述的控制主机仿真220kV及以下线路保护、变压器保护和母线保 护装置，和真实保护装置完全一样的输入和输出，保护装置的动作逻辑 可随保护厂家软件版本的升级而升级，可不断加入新的保护装置类型。
所述的控制主机在进行保护装置检验时，自动记录形成保护装置输 入、输出参数记录、操作记录，自动生成校验报告，并可打印。
所述的控制主机与模拟量输入、开关量输入输出单元之间通过USB 接口相连。
本发明的微机保护通用仿真装置的技术效果在于1、提供与被仿真 的保护装置完全一致的界面和操作方式，输入输出及动作逻辑相同，可 以进行保护校验练习、培训教学等；2、控制主机对电力系统常用220kV 及以下的线路、变压器及母线保护装置进行仿真，提供与被仿真保护装 置实物一样的图形界面，触摸屏上显示的控制按钮可进行操作，操作方 法和输出显示完全与被仿真保护装置一致，控制主机动作逻辑与被仿真 保护装置的动作逻辑一致；3、辅助触摸屏提供与被仿真保护装置实物一 样的图形界面，触摸屏上显示的控制按钮可进行操作，操作方法和效果 完全与被仿真保护装置一致；4、模拟量输入单元将电流电压模拟量转换 成数字量，并与控制主机进行通信；5、开关量输入单元采集压板、切换 开关和外部开关量输入信号，并将信号量编码后与控制主机进行通信；6、 开关量输出单元与控制主机进行通信，将控制主机发出的动作逻辑和信 号逻辑通过继电器接点输出；7、控制主机与模拟量输入单元、开关量输入单元和开关量输出单元之间通过USB2.0接口进行连接，满足数据采集 和动作逻辑输出的高速传输要求；8、微机保护通用仿真装置能够对不同 厂家的各种型号保护装置的不同版本进行仿真，能够增加新出现的保护 装置类型和对原有类型保护装置的仿真逻辑进行修改。
图1是微机保护通用仿真装置保护屏正面布置框图 图2是微机保护通用仿真装置保护屏背面布置框图 图3是微机保护通用仿真装置结构原理框图 图4是图3模拟量输入单元电路原理框图 图5是图3开关量输入单元电路原理框图 图6是图3开关量输出单元电路原理框图 图7是图3控制主机主程序流程框图
具体实施例方式
结合附图对本发明具体实施方式
作进一步说明如下 如图1-3所示，微机保护通用仿真装置包括机柜，在机柜的保护屏的 正面或背面安装控制主机、辅助触摸屏、模拟量输入单元、开关量输入 单元、开关量输出单元和打印机构成仿真装置，所述的保护屏上还安装 压板、切换开关、输入输出端子排、电源开关，机柜的底部安装万向轮; 所述模拟量输入单元由小互感器、模数转换单元、CPU和USB2.0接口 连接组成；所述开关量输入单元由光电耦合器、开关量采集单元、CPU 和USB2.0接口连接组成；所述开关量输出单元有USB2.0接口、 CPU、 输出驱动和继电器板连接组成；所述端子排有电流输入端子、电压输入 端子、开入量输入端子和开出量输出端子；保护仿真软件有保护单元、 测量单元、控制单元、监测单元、通讯单元、故障录波单元、事件记录 单元；所述的控制主机为工控机，包括一个触摸屏，通过扩展VGA接口板与辅助触摸屏相接，通过LPT并口与打印机相连，通过USB2.0接口 与模拟量输入单元、开关量输入单元、开关量输出单元相连。
如图4所示，所述的模拟量输入单元主要用来采集保护对象的电流、 电压和变压器温度，从校验仪或其他装置输入的电压电流及温度信号经 互感器/变送器转换成电压信号，由模数转换单元转换成数字信号送入 CPU， CPU经过滤波、运算后通过USB接口将采样结果送工控机，模拟 量输入单元的各输入量由保护仿真程序事先初始化，只定义与被仿真保 护设备相适应的输入量，其他输入量将被屏蔽。
如图5所示，所述的开入量输入单元主要用来采集各类压板及外部 输入开关量信号，由开关量采集单元转换成数字信号送入CPU， CPU经 过运算编码后通过USB2.0接口将采样结果送控制主机，开关量输入单元 的各开关输入量由保护仿真程序事先初始化，只定义与被仿真保护设备 相适应的开关输入量，其他开关输入量将被屏蔽。
如图6所示，所述的开关量输出单元主要用来输出保护动作信号和 跳闸接点，装置通过USB2.0接口接收控制主机指令，由CPU将输出相 应的开出量指令去驱动单元，再由继电器输出相应的接点，开关量输出 单元的各输出量由保护仿真程序先初始化，使相应的开关输出量与被仿 真保护设备输出相对应。
如图7所示，控制主机由工控机构成，采用windows操作系统，操 作系统启动后自动加载保护仿真程序，仿真程序的设备库中提供了大量 的220kV及以下的线路保护、变压器保护及母线保护装置保护类型，根 据保护厂家、设备保护型号、软件版本号选择所要仿真的保护设备，变 压器保护装置由多个保护设备构成的成套保护须选择全部的保护设备， 确定好所要仿真的保护设备及其版本号，在控制主机的触摸屏上将显示 与被仿真保护设备相一致的外观，包括液晶显示屏、状态灯和输入按键；如果是由多元件构成的保护装置，则在辅助触摸屏显示其余单元设备的
界面，例如，被仿真的保护装置为国电南自的差动保护单元PST1203A和后备保护单元PST1204A构成的GPST1200成套变压器保护屏，则工控机的触摸屏上将显示差动保护单元PST1203A界面，辅助触摸屏显示后备保护单元PST1204A界面；工控机的触摸屏和辅助触摸屏上的显示的保护设备按键和真实的设备一样可以进行操作，触摸屏上仿真的保护装置的液晶显示器和真实的保护装置提供相一致的响应输出和菜单，进行保护定值的查询、修改和参数调用等操作。
调用界面程序同时，仿真程序还对模拟量输入单元、开关量输入输出单元进行初始化；模拟量输入单元的输入量中，将电流、电压输入信号进行定义，使其输入信号与被仿真的保护装置相对应，将未使用到的输入进行蔽，提高程序效率；如对于国电南自的GPST1200系列变压器保护，将第1一3号电流输入端子定义为高压侧差动保护电流输入，将第4—6号电流输入端子定义为中压侧差动保护电流输入，将第7—9号电流输入端子定义为低压侧差动保护电流输入，将第11一13号电流输入端子定义为高压侧后备保护电流输入，将第14一16号电流输入端子定义为中压侧后备保护电流输入，将第17—19号电流输入端子定义为低压侧后备保护电流输入，电压输入端子中将第l一4号电压输入定义为高压侧母线电压输入，将第5 — 8号电压输入定义为中压侧母线电压输入，将第9—12号电压输入定义为低压侧母线电压输入。
开关量输入单元的输入量中，将开关输入信号进行定义，使其输入信号与被仿真的保护装置相对应，将未使用到的输入进行蔽，提高程序效率；如对于国电南自的GPST1200变压器保护，将第1一40号开关量输入定义为压板输入，将第61 _70号开关量输入定义为高压侧隔离开关、断路器等相关信号的输入，将第71 — 80号开关量输入定义为中压侧隔离开关、断路器等相关信号的输入，将第81—90号开关量输入定义为低压侧隔离开关、断路器等相关信号的输入，将第91一96号开关量输入定义为变压器瓦斯、温度等开关量信号的输入。
开关量输出单元中，将保护信号和保护出口进行定义，使其输入信号与被仿真的保护装置相对应，将未使用到的开关输出量进行蔽，提高程序效率；如对于国电南自的GPST1200变压器保护，将第1一6号开关量定义为差动保护出口，将第9一15号开关量定义后备保护出口，将第18—24个开关量定义为非电量保护出口 ；将第31—50个开关量定义为信号出口。
微机保护通用仿真装置的基本工作原理模拟量输入单元的电流电压输入量经过模数转换和开关量输入单元的开关量经单片机处理后，通过USB接口送至控制主机；仿真程序一方面将送入的数据根据保护装置的功能进行显示；另一方面根据保护装置动作逻辑进行分析处理；当所加模拟及开关输入量符合保护定值或相应的动作条件，通过USB接口指令开关量输出单元输出相应的继电器接点，同时在显示屏上显示相应的状态信号和液晶画面输出，实现与被仿真保护装置的相同的保护功能；微机保护通用仿真装置还能对输入的模拟量及开关输入量进行记录，进行故障录波，自动生成校验报告和保护动作报告，通过控制主机和打印机输出。
10
权利要求
1.微机保护通用仿真装置，其特征在于通用仿真装置包括机柜，在机柜的保护屏的正面或背面安装控制主机、辅助触摸屏、模拟量输入单元、开关量输入单元、开关量输出单元、打印机构成仿真装置，控制主机通过LPT并口连接打印机，控制主机通过VGA接口连接辅助触摸屏，控制主机通过USB接口连接模拟量输入单元、开关量输入单元和开关量输出单元；所述的控制主机包含一个触摸屏，进行保护装置的面板显示和操作的仿真；所述的模拟量输入单元完成电流电压模拟量采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量输入单元完成开关量的采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量输出单元与控制主机进行通信，执行实仿真保护装置的输出。
2. 根据权利要求1所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于 保护屏上安装压板、切换开关、输入输出端子排和电源开关。
3. 根据权利要求1所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于 机柜的底部安装万向轮。
4. 根据权利要求l所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于所述的模拟量输入单元由小互感器、模数转换单元、CPU和USB接口 连接组成。
5. 根据权利要求1所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于 所述的开关量输入单元由电耦合器、开关量采集单元、CPU和USB 接口连接组成。
6. 根据权利要求1所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于所述的开关量输出单元由USB接口、CPU输出驱动器和继电器连接组 成。
7.根据权利要求2所述的微机保护通用仿真装置，其特征在于所述的端子排有电流输入端子、电压输入端子、开关量输入端子和开 关量输出端子。
全文摘要
本发明公开了微机保护通用仿真装置，所述的控制主机包含一个触摸屏，进行保护装置的面板显示和操作的仿真；所述的模拟量输入单元完成电流电压模拟量采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量输入单元完成开关量的采集，并与控制主机进行通信；所述的开关量输出单元与控制主机进行通信，执行仿真保护装置的输出。本发明仿真220kV及以下的线路保护、变压器保护及母线保护装置，实现与被仿真保护装置一致的动作逻辑，与现场的保护屏进行相同的电流电压的输入和动作输出，完成保护检验，提供与实际保护装置相同界面的操作，对继电保护人员进行培训。
文档编号H02H7/22GK101557102SQ20091002798
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者刘建戈 申请人:江苏省电力公司金湖县供电公司