一種用於數位化保護的傳統測試儀的接口裝置的製作方法

2023-06-01 05:11:01 1

專利名稱：一種用於數位化保護的傳統測試儀的接口裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統控制領域，具體涉及一種可將傳統測試設備數位化並應用於
數位化保護裝置測試的接口轉換設備。
背景技術：
數位化變電站的主要特徵是"一次設備智能化，二次設備網絡化"，對於數位化的
保護裝置一般採用數字式的測試儀進行測試。數字式的測試儀具備採樣值輸出乙太網接
口，輸出採樣值數據作為數字式保護裝置的輸入，同時數字式保護裝置需要的開關量輸入
也通過GOOSE乙太網報文實現，保護裝置的動作信號通過保護裝置的乙太網口輸出報文，
數字式測試設備通過乙太網接入保護的動作信號，這種方式存在如下缺點 1)數字式測試設備需要具備較多的乙太網接口，其輸入和輸出方式和傳統測試設
備完全不兼容，在需要進行傳統保護和數字保護混合測試的場合難於滿足要求。 2)數字式測試設備需要用戶重新購買，且造價較高，原先用戶大量購買的傳統測
試設備無法使用，造成很大浪費。 本發明主要針對現有技術方案的缺點提出，比較好地解決了上述問題。

發明內容
為克服現有技術中的存在的上述缺點，解決數位化變電站中保護裝置的測試問 題，本發明提供了一種用於數位化保護裝置測試的傳統測試儀的接口裝置，具體採用以下 技術方案 —種傳統測試儀接口裝置，該接口裝置一端直接通過電纜和傳統測試儀連接，另 一端通過交換機連接到待測保護裝置，輸出滿足IEC61850的報文數據，其特徵在於
所述傳統測試儀接口裝置包括AD採集模塊、開入模塊、開出模塊、管理模塊、交換 機模塊和電源模塊，所述AD採集模塊、開入模塊、開出模塊和管理模塊採用高速的內部總 線連接，裝置整體通過管理模塊和附帶的筆記本軟體連接，實現人機操作界面。開入模塊完 成測試儀開出信號的採集，開入模塊直接通過電纜採集到傳統測試儀的開出信號，然後在 開入模塊中轉換成GOOSE開入報文後傳輸到交換機，交換機根據管理模塊對和待測保護裝 置連接的外接埠的定義將GOOSE開入報文輸出到GOOSE發送埠 ，待測保護裝置從這個 外接埠上獲得按照管理模塊配置內容編碼的GOOSE開入報文，完成測試功能；
待測保護裝置從管理模塊定義的交換機GOOSE接收埠注入保護動作信息GOOSE 動作報文，開出模塊從交換機上獲得GOOSE動作報文，將GOOSE動作報文轉換為管理模塊配 置的所述裝置的對應物理接點，通過電纜將接物理接點和傳統測試儀連接，完成保護裝置 的閉環測試； 對於保護裝置使用模擬量輸入信息，採用AD模塊對測試儀輸出的模擬量進行轉 換，AD插件將輸出數據傳遞到交換機，交換機通過管理插件定義的模擬量輸出埠輸出數 據到待測保護裝置。
本發明的傳統測試儀接口裝置使用靈活，適用於各種條件下的測試要求。對於全 數字設備的測試將待測設備接到轉換裝置的乙太網交換機埠 ，根據待測裝置的過程層數 據埠定義採用管理模塊配置轉換裝置的埠定義，適用於乙太網條件下各種數字接口的 保護設備。對於僅採樣數位化或僅跳閘數位化的裝置，未數位化的部分直接和傳統測試儀 連接，數位化部分通過轉換裝置和測試儀連接。


圖1為傳統測試儀接口裝置輸入輸出功能示意圖；
圖2為傳統測試儀接口裝置內部模塊示意圖； 圖3-1為傳統測試儀接口裝置GOOSE開入報文輸出精確延時軟體邏輯圖；
圖3-2為傳統測試儀接口裝置繼電器輸出精確延時軟體邏輯圖；
圖4為傳統測試儀接口裝置AD轉換模塊示意圖。
具體實施例方式
下面根據說明書附圖對本發明的技術方案作進一步詳細說明。 本發明公開了一種傳統測試儀接口裝置，如圖1所示，該傳統測試儀接口裝置包 括採樣值(SV)和變電站通用事件(GOOSE)兩部分功能，將傳統的電纜接口轉換為光纖以太 網接口，輸出具備多個乙太網接口，配置靈活，可以適用各類乙太網功能埠的要求。所述 裝置具備GOOSE發送埠 、 GOOSE接收埠 、模擬量輸出埠 ， GOOSE發送埠 、 GOOSE接收 埠 、模擬量輸出埠的具體定義和分布由管理模塊通過交換機配置接口實現配置。
如圖2所示，所述傳統測試儀接口裝置包括AD採集模塊、開入模塊、開出模塊、管 理模塊、交換機模塊和電源模塊，所述AD採集模塊、開入模塊、開出模塊和管理模塊採用高 速的內部總線連接。本裝置採用了模塊化設計，各功能模塊採用獨立的CPU完成，通過高 速的可擴展總線連接，在開關量或模擬量個數不滿足要求時可以方便的實現擴展。獨立的 模塊化設計還可以保證各模塊功能的實時功能，對於開入和開出的報文/接點轉換功能， 接口裝置在保證較小的延時同時最大程度上確保延時的精確性，從而為測試提供了評估依 據。對於AD模塊採集部分，接口裝置可以根據外接同步信號進行同步採樣，在保證採樣輸 出延時較小的同時最大程度上保證採樣時刻的精確，AD模塊可以根據不同的裝置需求設置 不同的採樣速率。所述裝置的AD採集模塊、開入模塊、開出模塊獨立工作，在所述裝置通電 初始化時管理模塊通過內部總線將AD採集模塊、開入模塊、開出模塊的數據編碼格式發送 到各模塊，並通過交換機配置埠定義G00SE發送埠 、G00SE接收埠 、模擬量輸出埠 ， 完成配置後，各模塊開始獨立工作。 管理模塊為全裝置的配置中心，通過管理插件的配置接口可以使用附帶的配置軟 件下載配置信息，配置信息包含了 AD採集模塊、開入模塊、開出模塊的報文編碼格式，同時 可以通過附帶的配置軟體實現對交換機埠的配置，按照待測保護裝置需要接入的埠需 求配置所述接口裝置的輸出接口，可供選擇的埠類型有G00SE發送埠 、 G00SE接收端 口、模擬量輸出埠。附帶的配置軟體在筆記本上運行，通過讀入待測裝置的模型文件可以 獲得本接口裝置需要的待測保護裝置的全部模型文件信息，當模型文件中信息不全時，可 以手動設置缺漏的參數。配置軟體完成模型的解析工作，讀出模型文件中訂閱的G00SE數據集和SV數據集，讀出模型中發布的GOOSE數據集，所述接口裝置的配置工具完成的是一 個映射的工作，即將待測保護裝置模型文件中列舉的開關量輸入、開關量輸出、模擬量和所 述接口裝置自身硬體具備的開關量輸入、開關量輸出、模擬量進行連接，從而保證所述接口 裝置開入模塊、開出模塊、AD採集模塊採集的數據能夠被待測保護裝置識別。當開入模塊 的端子有輸入時，其映射的開入數據成員為1 ;當開入模塊的端子無輸入時，其映射的開入
數據成員為o。當開出模塊映射的數據集成員發生變化時，對應的開出繼電器輸出狀態隨之
變化。管理模塊從待測裝置模型中讀出測試所需的數據集，將AD轉換的結果輸出到採樣數 據幀中，每個AD模塊支持一定數量的模擬量輸入和採樣幀輸出，當數量不滿足測試需求時 採用擴張方式解決。 1 、按測試設備要求設計軟體邏輯 傳統的GOOSE數據和接點的轉換裝置為智能操作箱或智能單元，對於其要求轉換
速度儘可能地快，提高整體保護系統的動作時間指標，對於傳統測試儀轉換裝置而言，需要
增加保護裝置的動作時間，為實現精確測量，需要保證轉換裝置引入的附加延時精確可控，
傳統測試儀測試到的時間去除附加延時即為測得的動作時間，因此，所述傳統測試儀接口
裝置需要實現延時的精確控制，其軟體邏輯與常規轉換裝置有所不同。 1)精確延時實現 如圖3-1所示，所述傳統測試儀接口裝置開入變位時觸發定時中斷，在定時期間 開入模塊的CPU將開入狀態編碼後放入報文數據緩存區，待定時中斷時間到後發生中斷， 在中斷中將數據直接送至乙太網收發器。當裝置收到訂閱的乙太網報文時判斷完數據的有 效性後觸發定時中斷，在定時期間解碼報文並將映射的繼電器狀態刷新，將刷新後的數據 儲存在繼電器狀態緩存區中，待定時中斷時間到後發生中斷，在中斷中刷新繼電器開出狀 態。為保證數據延時的精確可控，開入、開出模塊為獨立的CPU控制，其輸入輸出的數據有 一定限制，當不滿足測試需求時，採用插入多個模塊的總線擴展方式解決。如圖3-1所示， 開入模塊硬體採集到開入變位後，直接觸發開入模塊內部CPU的定時中斷，在等待定時中 斷髮生期間完成GOOSE開入報文的編碼，當定時中斷發生時輸出GOOSE開入報文，從而保證 從開入變位到GOOSE開入報文發送的延時精確。 如圖3-2所示，開出模塊檢測到有GOOSE動作報文輸入後，直接觸發開出模塊內部 CPU的定時中斷，在等待定時中斷發生期間完成GOOSE動作報文的解碼，當定時中斷發生時 輸出由管理模塊預先配置制定的繼電器接點，從而保證從GOOSE動作報文輸入到繼電器接 點輸出的延時精確。
2)同步採樣功能 如圖4所示，為保證差動保護等功能的採樣同步，所述傳統測試儀接口裝置需要 接入同步信號，在採樣脈衝時刻實現同步採樣，保證轉換裝置的採樣和其它合併單元的採 樣同步，從而實現差動保護功能。當同步脈衝達到後，CPU發生外部變位中斷，在中斷中觸 發AD晶片的採樣保持邏輯，採樣保持時刻嚴格準時，等待AD晶片轉換完畢後CPU讀取AD 數據，並立即將數據發送到乙太網。為保證數據延時達到最小，數據幀的編碼工作均預先 完成，同時單個AD模塊支持的模擬量個數和報文數據幀個數均有限制，當不滿足測試需求 時，採用插入多個模塊的總線擴展方式解決。同步輸入有信號變位時觸發AD採樣，所述裝 置根據外部同步輸入的節奏進行採樣，滿足待測保護裝置不同採樣速率的要求。
2、獲得互操作性 傳統測試儀接口裝置對外支持IEC61850國際標準，以此獲得與各廠家設備的互 操作性。傳統測試儀接口裝置附帶的配置軟體能夠解析符合IEC61850-6要求的模型文件， 傳統測試儀接口裝置支持G00SE發布和GOOSE訂閱，同時具備對IEC61850-9採樣值報文的 支持，在被測裝置乙太網功能定義方面，由於採用了交換機埠配置輸出，可以兼容GOOSE、 SV獨立的模式，也可以兼容G00SE和SV合一的模式，對於裝置具備多個SV或G00SE接口的 情況也有很好的適應性。
權利要求
一種傳統測試儀接口裝置，所述接口裝置與傳統測試儀通過電纜連接，用於完成傳統測試儀的數位化，其特徵在於所述傳統測試儀接口裝置包括AD採集模塊、開入模塊、開出模塊、管理模塊、交換機模塊和電源模塊；所述AD採集模塊、開入模塊、開出模塊和管理模塊採用高速的內部總線連接；所述AD採集模塊通過電纜與所述傳統測試儀的模擬量電纜接口相連，通過交換機向待測保護裝置輸出使用的模擬量輸入信息；開入模塊通過電纜和所述傳統測試儀開出繼電器接點連接，完成待測保護裝置開關狀態量採集；開出模塊通過電纜與所述傳統測試儀開入採集部分連接，完成待測保護裝置輸出報文的接點轉換工作；管理模塊完成對交換機的配置功能，同時接收數位化裝置系統配置器配置的待測保護裝置的模型文件，完成對輸出數據內容和格式的規範，交換機在所述接口裝置中作為輸出擴展部分，通過內部靈活配置實現不同的輸出組合；所述電源模塊為所述接口裝置提供所需直流電源。
2. 根據權利要求1所述的傳統測試儀接口裝置，其特徵為通過所述管理模塊對所述 模型文件的解析獲得開入模塊、開出模塊、AD採集模塊的輸入輸出信息，通過內部高速總線 下載到開入模塊、開出模塊、AD採集模塊；所述開入模塊將所採集的所述傳統測試儀的開出信號轉換為G00SE報文輸出到交換 機，交換機根據管理模塊對各輸出埠的定義將GOOSE報文輸出到相應埠 ，待測保護裝 置從所述相應埠上獲得相關的GOOSE報文開入信息完成測試功能；待測保護裝置從管理模塊定義的交換機埠注入保護動作信息GOOSE報文，所述開出 模塊從交換機上獲得GOOSE報文，將報文轉換為對應接點後，開出模塊通過電纜將接點接 至傳統測試儀，完成保護裝置的閉環測試；管理模塊通過內部總線將開入模塊、開出模塊、AD採集模塊的報文格式分別下發到開 入模塊、開出模塊、AD採集模塊，通過交換機的配置埠將開入模塊、開出模塊、AD採集模 塊的埠和交換機外接埠進行邏輯上的連接，從而實現不同數據的流向控制。
3. 根據權利要求l所述的傳統測試儀接口裝置，其特徵為所述接口裝置內管理模塊 通過解析IEC61850模文件和配置文件支持IEC618560的模型配置，實現了 IEC61850-8-1 中的G00SE通信服務和IEC61850-9中的採樣值通信服務，具備與各廠家設備的互操作性。
全文摘要
本發明公開了一種傳統測試儀接口裝置，該技術包括以下內容使用電纜與傳統測試儀連接，接入傳統測試儀的模擬量輸出和開關量輸入輸出，通過本裝置的轉換後輸出滿足IEC61850標準的數位訊號，完成對數位化條件下二次設備的測試。本發明屬於電力系統控制領域，可用於解決數位化條件下傳統測試儀大量閒置的問題，經濟效益顯著，具有廣泛的推廣意義。
文檔編號H04L12/26GK101795226SQ20101003426
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月19日 優先權日2010年1月19日
發明者萬新梁, 張建峰, 曹津平, 朱海, 沈宇, 塗少良, 覃朝雲, 黃昕 申請人:華北電網有限公司;華北電網有限公司唐山供電公司;北京國電華北電力工程有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司