電力系統(tǒng)的逐步完善以及平穩(wěn)運(yùn)行，對于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國民生活水平的提高具有不可替代的作用。確保電力系統(tǒng)健康穩(wěn)定運(yùn)行的主要措施即為繼電保護(hù)，而繼電保護(hù)裝置作為*重要以及*有效的手段，可以確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行，避免、限制電力系統(tǒng)大面積或者是較長時(shí)間停電[1]。 繼電保護(hù)測試技術(shù)涵蓋如下：繼電保護(hù)試驗(yàn)與特性參數(shù)的測量原理；測量方法以及測量專用儀表使用[2]。 文章旨在研究出檢定繼電保護(hù)測試儀的裝置， 確保繼電保護(hù)測試儀平穩(wěn)工作，意義顯著。
1 檢測裝置的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)由2部分組成，即：1）數(shù)據(jù)采集板卡；2）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[3]。 **組成部分為高速信號采集處理系統(tǒng)，圖1表示該組成部分的結(jié)構(gòu)圖。 工作流程如下：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行采樣， 采樣對象為繼電保護(hù)測試儀的電壓數(shù)據(jù)與電流數(shù)據(jù)，首先對濾波進(jìn)行放大，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作，由于系統(tǒng)的強(qiáng)電與弱電會導(dǎo)致不利現(xiàn)象的出現(xiàn)，因此，系統(tǒng)選擇光耦隔離方法，對強(qiáng)電以及弱電信號進(jìn)行區(qū)分，傳送至DSP，再通過串口RS232 通訊傳送至檢測系統(tǒng)上位機(jī)，*終在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)儲存等[4]。
按照系統(tǒng)不同部分之間功能存在的差異性，系統(tǒng)可包括如下模塊：1）信號采樣；2）輸入信號調(diào)理；3）光電隔離；4）數(shù)字信號處理；5）通信。 **模塊主要調(diào)理被采集的模擬信號，從而達(dá)到A/D電路對于信號的要求；第四模塊的主要功能是對輸入的電信號進(jìn)行采集、 處理的操作，DSP主要作用是對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，控制系統(tǒng)邏輯與時(shí)序；第五模塊的主要功能是將數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)，完成數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)顯示等過程[5]。
1.1 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)測試儀檢測裝置所采用的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)為*小系統(tǒng)[6]，該系統(tǒng)包括：數(shù)字信號處理芯片TMS320F2812；外圍擴(kuò)展電路：復(fù)位電路等，圖 2 表示數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DSP）*小系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
1.2 前端信號調(diào)理電路
本設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)測試儀檢測裝置采集的電壓信號*低值達(dá)到10mV，*高值為7 V，當(dāng)檢測電壓信號較小時(shí)，檢測裝置采集到的信號將存在較多的信號噪聲，不利于數(shù)據(jù)的處理、分析，*終將影響檢測裝置的測量精度[7]。 因此需要對采集到的電壓信號進(jìn)行放大，并對采集到的信號中的噪聲進(jìn)行過濾，以達(dá)到檢測裝置采集的信號準(zhǔn)確性。 前段采集信號調(diào)理電路如圖3所示。
1.3 通訊串口RS232電路設(shè)計(jì)
本文采用MAX232C作為繼電保護(hù)測試儀檢測裝置的通訊串口專用芯片， 通過MAX232C芯片將3.3 V的TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)變通訊串口RS232兼容的通訊信號。本次設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)測試儀檢測裝置的通訊串口選擇RxD、TxD以及GND節(jié)點(diǎn)作為通信接口，其中通訊接頭采用D型9針陽性插頭。 通訊串口專用芯片MAX232C具有智能通訊連接的特點(diǎn)，并且在高數(shù)據(jù)傳輸率狀態(tài)時(shí)仍然保持兼容；③抗電子干擾能力強(qiáng)[8]。
*低供電電壓以及*高供電電壓分別為-3.3V、3.3 V， 電源可選擇DSP系統(tǒng)電源。 通訊串口RS232電路如圖4所示。
2 檢測裝置的軟件設(shè)計(jì)
檢測裝置軟件設(shè)計(jì)涵蓋兩方面：1）數(shù)據(jù)采集卡的DSP軟件程序設(shè)計(jì)，2）PC機(jī)應(yīng)用程序的軟件設(shè)計(jì)。 其中數(shù)據(jù)采集卡的 DSP 軟件主要子程序包括：DSP 的數(shù)字信號處理芯片TMS320F2812 運(yùn)行程序；數(shù)據(jù)采集裝置運(yùn)行程序；數(shù)據(jù)通訊接口運(yùn)行程序；A/D采樣電路運(yùn)行程序。本繼電保護(hù)測試儀檢測裝置的DSP軟件程序運(yùn)行流程圖如圖5所示，數(shù)據(jù)采集裝置運(yùn)行程序流程如圖6所示。
PC 機(jī)的應(yīng)用程序采用Delphi開發(fā)，打開串口后，為確保檢定裝置處于安全運(yùn)行狀態(tài)，軟件設(shè)計(jì)過程中，無論電壓還是電流量程均為*大值。 根據(jù)采樣方式，分別從DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，在不同的存儲空間進(jìn)行存儲，調(diào)用不同的線程處理數(shù)據(jù)， 不同處理方式的數(shù)據(jù)均會在用戶主界面中進(jìn)行顯示[9]。圖7表示上位機(jī)應(yīng)用程序的流程圖。
由直、交流處理，串口設(shè)置與調(diào)標(biāo)設(shè)置3個(gè)模塊構(gòu)成了應(yīng)用程序。 為確保檢定裝置在測量過程中的高**度，設(shè)計(jì)過程中，電壓以及電流均選擇多量程，第三模塊按照不同量
程對誤差系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 檢測系統(tǒng)的人機(jī)交互主界面如圖8所示。
3 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析
為了測試檢測裝置參數(shù)檢測的精度， 測試信號源選擇LR98A 多功能校準(zhǔn)器[10]。 LR98A 多功能校準(zhǔn)器數(shù)據(jù)精度等級為0.05 級， 諧波失真度達(dá)到0.01級。 頻率*低分辨率為0.001 Hz，相序角*低分辨率為0.025°。
本檢測裝置可以分別對繼電保護(hù)測試儀采集的電流頻率和電壓頻率進(jìn)行測量， 并可以對個(gè)數(shù)據(jù)通道就行檢測，同時(shí)將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在上位機(jī)檢測界面上，上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示界面如圖9所示。
該檢測裝置可以實(shí)現(xiàn)對頻率范圍在10~1000Hz之間的電流頻率、電壓頻率進(jìn)行檢測，使用本檢測裝置對頻率標(biāo)準(zhǔn)值為30 Hz、50 Hz、100 Hz、500 Hz、800 Hz、1 000 Hz 進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1所示。
當(dāng)檢測頻率處于0~65Hz之間， 偏差處于-0.001~0.001Hz之間；當(dāng)檢測頻率處于65~450Hz之間，偏差處于-0.01~0.01Hz之間；當(dāng)檢測頻率處于450~1 000 Hz 之間，偏差處于-0.02~0.02 Hz 之間，本文設(shè)計(jì)的檢測裝置，其偏差不受檢測頻率的影響，始終保持0.001 Hz的偏差，因此，本文設(shè)計(jì)的檢定系統(tǒng)
可以達(dá)到繼電保護(hù)測試儀頻率檢測精度的要求。使用本文設(shè)計(jì)的檢測裝置逐一進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證參數(shù)包括交直流電壓與電流、諧波總畸變率、相位以及時(shí)間等，對比分析實(shí)際檢測結(jié)果與相關(guān)性能參數(shù)間存在的差異性。 結(jié)果表明：該檢定裝置可以滿足設(shè)計(jì)要求，推廣前景廣闊。
4 結(jié)束語
文章對一種繼電保護(hù)測試儀檢定裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析。 該裝置可以測量測試儀的基本參數(shù)， 測量精度可達(dá)0.05 級，該裝置的成功設(shè)計(jì)，避免使用多種儀器測試的繁瑣以及中間檢測過程中形成的誤差，簡化檢定過程，提高檢定效率。 設(shè)計(jì)過程中選擇軟件同步采樣技術(shù)，對于提升系統(tǒng)的抗干擾能力作用明顯。 經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，設(shè)計(jì)的檢定裝置實(shí)用價(jià)值較高、滿足設(shè)計(jì)要求、建議大范圍推廣使用。
