王曉波， 張惠忠， 王鋅桐， 李　淼

(1.安徽電氣工程職業(yè)技術學院， 安徽　合肥　230051；2.國網安徽省電力有限公司培訓中心， 安徽　合肥　230022；3.合肥工業(yè)大學， 安徽　合肥　230009)

1　引言

繼電保護裝置是反映電力系統(tǒng)中電氣設備故障或者不正常工作狀態(tài)，而作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置[1]。根據規(guī)程規(guī)定，任何電氣設備在沒有繼電保護裝置的情況下，是不允許投入運行的[2]。

為了保證繼電保護裝置的正確工作，在研制、生產、安裝驗收、定期和補充檢驗各個階段，都需要十分認真地對繼電保護裝置進行試驗[3]。繼電保護試驗人員的水平直接會影響繼電保護裝置的試驗結果，因此，需要建立繼電保護實驗室以供試驗人員進行訓練學習，以提高試驗水平。

繼電保護裝置種類繁多，建設一個功能齊全的實驗室需要占用很大的實驗室面積；繼電保護裝置價格昂貴，尤其是超高壓特高壓設備的保護裝置，價格特別昂貴，建設繼電保護實驗室花費巨大；繼電保護裝置更新換代快，隨著現場實際設備的更新換代，實驗室繼電保護裝置也需要更新換代，建設壓力巨大。因此，能以較少的資金、較小的占地面積建設繼電保護實驗室，是非常有必要的。

2　虛擬繼電保護裝置的構成原理與方法

本文提出一種基于虛擬儀器的多功能型繼電保護實驗套裝，由本套裝一套設備即可完成所有需要的繼電保護裝置的實驗，并可以進行功能擴展，開發(fā)新的繼電保護裝置，以完成繼電保護裝置的更新換代的實驗需要[4]。

本文提出的裝置需要的軟件采用NI公司的LabVIEW軟件，當然也可以采用其他虛擬儀器編程軟件。硬件部分包括兩臺計算機、六塊數據采集卡(其中兩塊既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數字量輸入、輸出功能；一塊只具有模擬量輸入功能；一塊只具有模擬量輸出功能；還有另外兩塊只具有數字量輸入、輸出功能)和兩塊LED顯示屏，如圖1所示。

圖1　虛擬繼電保護裝置硬件結構圖

計算機1用來構成繼電保護測試儀；計算機2用來構成繼電保護裝置；數據采集卡1用來配合計算機1構成繼電保護測試儀，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數字量輸入、輸出功能；數據采集卡2用來配合計算機2構成繼電保護裝置，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數字量輸入、輸出功能；數據采集卡3只有數字量輸入、輸出功能，用來配合計算機1、2判斷繼電保護試驗中的接線是否正確；數據采集卡4只有數字量輸入、輸出功能，用來配合計算機1、2判斷繼電保護試驗中的接線是否正確；數據采集卡5只有模擬量輸入功能，用來配合計算機1判斷繼電保護試驗中的接線是否正確；數據采集卡6只有模擬量輸出功能，用來配合計算機2判斷繼電保護試驗中的接線是否正確；LED顯示屏1用來顯示在計算機1執(zhí)行某個程序時，數據采集卡1的端子位對應的繼電保護測試儀端子；LED顯示屏2用來顯示在計算機2執(zhí)行某個程序時，數據采集卡2的端子位對應的繼電保護裝置端子。

圖2　虛擬繼電保護裝置　　操作軟件主界面

計算機1的軟件程序主要包括三個部分，第一部分為虛擬繼電保護測試儀的驅動程序，負責啟動數據采集卡1的相關部分；第二部分為LED顯示屏的驅動程序，負責啟動LED顯示屏1的字幕顯示；第三部分為預檢測程序，負責啟動數據采集卡3和數據采集卡5的相關部分，用來判斷是否正確接線。計算機2的軟件程序主要也包括三個部分，第一部分為虛擬繼電保護裝置的驅動程序，其中包括若干個子程序，負責啟動數據采集卡2的相關部分，每個子程序使數據采集卡2對應的實際繼電保護裝置硬件含義不同，啟動不同的子程序則數據采集卡2和計算機2配合，成為不同的虛擬繼電保護裝置；第二部分為LED顯示屏的驅動程序，負責啟動LED顯示屏2的字幕顯示，也包括若干個子程序，每個子程序使LED顯示屏2顯示不同的字幕，啟動不同的子程序則LED顯示屏2用來顯示此時數據采集卡2接線端子對應的實際繼電保護裝置的端子內容；第三部分為預檢測程序，負責啟動數據采集卡4和數據采集卡6的相關部分，用來判斷是否正確接線。

為了能更清楚地說明本裝置，下面舉具體例子說明?，F在需要用本繼電保護實驗套裝進行DL-32型電流繼電器動作特性實驗。首先打開計算機1，進入主程序，進入界面情況見圖2。顯示界面1部分完全和真實的繼電保護測試儀相同，主要包括電壓、電流、數字量輸入、輸出等功能顯示，“預檢測”與“開始實驗”為兩個按鈕，當虛擬繼電保護測試儀與虛擬繼電保護裝置完成接線以后，首先不要按下“開始實驗”按鈕，要先按下“預檢測”按鈕。按下“預檢測”按鈕后，虛擬繼電保護測試儀中對應的硬件，即數據采集卡1并不發(fā)生模擬量和數字量，也就沒有電量加在數據采集卡2上，也即虛擬繼電保護裝置上，由于并沒有電量存在，不會燒壞硬件。打開計算機2，進入主程序，進入界面情況見圖3。按下“DL-32電流繼電器”按鈕后，進入界面情況如圖4，其中“顯示界面部分”用來模擬DL-32型電流繼電器。開始實驗時，按照下列步驟進行。

圖3　裝置繼電器選擇界面　　圖4　電流繼電器模擬界面

(1)打開計算機1和計算機2，分別進入計算機1和計算機2的主程序，然后在計算機2上選擇需要進行實驗的繼電保護裝置，這里選擇“DL-32電流繼電器”，此時，LED顯示屏1和LED顯示屏2按照繼電保護實驗需求(程序事先設定)進行顯示，這樣的目的是使虛擬儀器的硬件標識更加清楚。

(2)按照實驗原理接線(即圖5的接線)。

圖5　測試電流繼電器特性接線圖

(3)接線完成后，點擊計算機1此時界面中的“預檢測”按鈕，由于計算機1與計算機2具有通訊關系，此時，計算機2也會按照事先程序預定進行。計算機2中程序控制使數據采集卡6上的端子：Y6-1和Y6- 4產生電流，并且電流數值不相同，比如Y6-1上電流為5mA，Y6- 4上的電流為10mA。數據采集卡3的常開接點1和3閉合，數據采集卡4的常開接點1和4閉合。此時，如果實驗操作者接線正確，則數據采集卡5的端子Y5-1上接收到10mA的電流，端子Y5-2上接收到5mA的電流，數據采集卡5把這個數據傳送到計算機1。計算機1中預先編制好的程序如果判定數據采集卡5的端子Y5-1上接收到10mA的電流，端子Y5-2上接收到5mA的電流，則認為接線正確，否則認為接線錯誤。

(4)如果計算機1判定接線錯誤，則實驗操作者需要檢查接線，檢查并且調整接線后再進行以上步驟。如果計算機1判定接線正確，則提示實驗操作者，可以進行下一步。

(5)完成“預檢測”后，按下“開始實驗”按鈕，此時，數據采集卡6上不再發(fā)生電流，數據采集卡3和數據采集卡4的常開接點再次打開。數據采集卡1由計算機1的程序控制，加上相應的電流，可以進行正常實驗。

以上的檢測中，之所以只檢測Ia與In的接線是否正確，是因為這兩個接線端子位電流，如果接錯線會對儀器造成損壞，而無源端子即使接錯線，也不會產生損壞元器件的致命錯誤。這里，設計為不檢測，首先可以節(jié)約硬件，其次由于繼電保護實驗中接線方法可能并不唯一，這樣檢測會大大占用硬件和軟件資源。

3　結語

在實驗室的實際運行中，本裝置的優(yōu)點是非常突出的。

首先，培訓學員來自不同的現場，由于繼電保護裝置種類多、生產廠家多，如果建設普通繼電保護實驗室，必須投入大量資金、占用大面積的實驗室資源，而虛擬繼電保護實驗裝置則有效地解決了這個問題。

其次，隨著繼電保護技術的發(fā)展，必將涌現出更多的新型繼電保護裝置，如果使用傳統(tǒng)繼電保護裝置，是不容易進行擴展的[5]，使用虛擬繼電保護實驗裝置后，只需要改動計算機軟件就可以生成新型繼電保護裝置，靈活性好。

再次，本虛擬繼電保護裝置使用LED顯示屏標識接線端子，更為直觀。而且具有錯誤接線報警功能，有效地防止了硬件的損壞，延長了裝置的壽命。

但是，虛擬繼電保護實驗裝置也有缺點，主要是在外觀上和現場實際繼電保護裝置差異很大，不過，如果培訓學員摒棄心理上的因素，外觀問題其實對培訓效果沒有任何影響。

參考文獻：

[1] 張龍.電力系統(tǒng)繼電保護概述[J].卷宗，2014(11):277.

[2] 楊戟.水利發(fā)電站繼電保護裝置的運行與維護[J].黑龍江水利科技，2014(5):131-132.

[3] 關宇.電力工程中繼電保護裝置事故的應對策略[J].黑龍江科技信息，2014(24):60.

[4] 陳勁松.基于虛擬儀器的微機保護實驗系統(tǒng)研究[J].電腦知識與技術，2010(7):5381-5382.

[5] 梁宇鵬.繼電保護裝置運行的特點和原理以及問題分析[J].電子世界，2014(12):53.