2M 光接口测试仪检测装置的研究与设计

邱细虾，万 敏，方美明，蔡耀广，曾 润

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山528000）

2M 光接口测试仪检测装置的研究与设计

邱细虾，万 敏，方美明，蔡耀广，曾 润

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山528000）

针对继电保护测试仪检测装置具有检测过程复杂、涉及检测仪器种类较多、检测精度要求较高等特点，本文对继电保护测试仪的检测装置进行设计与研究。首先对检定装置的整体结构进行设计，对检测数据采集、数据处理以及数据传输通信等电路模块硬件进行合理设计，并根据实际检测需要设计上位机实时检测界面和主要组态程序。采用LR98A多功能校准器对该检测装置进行测试，结果表明本文设计的继电保护测试仪检测装置具有测量过程简单、检测设备轻便、检测结果精度高、人际交互界面友好等优点。

继电保护测试仪；检测装置；电参数测量；数据采集

电力系统的逐步完善以及平稳运行，对于社会经济的发展以及国民生活水平的提高具有不可替代的作用。确保电力系统健康稳定运行的主要措施即为继电保护，而继电保护装置作为最重要以及最有效的手段，可以确保电力设备的安全运行，避免、限制电力系统大面积或者是较长时间停电[1]。继电保护测试技术涵盖如下：继电保护试验与特性参数的测量原理；测量方法以及测量专用仪表使用[2]。文章旨在研究出检定继电保护测试仪的装置，确保继电保护测试仪平稳工作，意义显著。

1　检测装置的硬件设计

系统由2部分组成，即：1）数据采集板卡；2）上位机监控系统[3]。第一组成部分为高速信号采集处理系统，图1表示该组成部分的结构图。工作流程如下：数据采集处理系统进行采样，采样对象为继电保护测试仪的电压数据与电流数据，首先对滤波进行放大，然后进行模数转换操作，由于系统的强电与弱电会导致不利现象的出现，因此，系统选择光耦隔离方法，对强电以及弱电信号进行区分，传送至DSP，再通过串口RS232通讯传送至检测系统上位机，最终在计算机上实现采集数据显示、数据记录、数据分析、数据储存等[4]。

图1　检测装置结构框图

按照系统不同部分之间功能存在的差异性，系统可包括如下模块：1）信号采样；2）输入信号调理；3）光电隔离；4）数字信号处理；5）通信。第二模块主要调理被采集的模拟信号，从而达到A/D电路对于信号的要求；第四模块的主要功能是对输入的电信号进行采集、处理的操作，DSP主要作用是对数据进行采集，控制系统逻辑与时序；第五模块的主要功能是将数据传至计算机，完成数据计算、数据分析以及数据显示等过程[5]。

1.1DSP系统的设计

本文设计的继电保护测试仪检测装置所采用的数据采集处理系统为最小系统[6]，该系统包括：数字信号处理芯片TMS320F2812；外围扩展电路：复位电路等，图2表示数据采集处理系统（DSP）最小系统架构如图2所示。

1.2前端信号调理电路

本设计的继电保护测试仪检测装置采集的电压信号最低值达到10 mV，最高值为7 V，当检测电压信号较小时，检测装置采集到的信号将存在较多的信号噪声，不利于数据的处理、分析，最终将影响检测装置的测量精度[7]。因此需要对采集到的电压信号进行放大，并对采集到的信号中的噪声进行过滤，以达到检测装置采集的信号准确性。前段采集信号调理电路如图3所示。

图2　DSP最小系统架构

图3　采集信号调理电路

1.3通讯串口RS232电路设计

本文采用MAX232C作为继电保护测试仪检测装置的通讯串口专用芯片，通过MAX232C芯片将3.3 V的TTL/CMOS电平转变通讯串口RS232兼容的通讯信号。本次设计的继电保护测试仪检测装置的通讯串口选择RxD、TxD以及GND节点作为通信接口，其中通讯接头采用D型9针阳性插头。通讯串口专用芯片MAX232C具有智能通讯连接的特点，并且在高数据传输率状态时仍然保持兼容；③抗电子干扰能力强[8]。最低供电电压以及最高供电电压分别为-3.3 V、3.3 V，电源可选择DSP系统电源。通讯串口RS232电路如图4所示。

图4　通讯串口RS232电路图

2　检测装置的软件设计

检测装置软件设计涵盖两方面：1）数据采集卡的DSP软件程序设计，2）PC机应用程序的软件设计。其中数据采集卡的 DSP软件主要子程序包括：DSP的数字信号处理芯片TMS320F2812运行程序；数据采集装置运行程序；数据通讯接口运行程序；A/D采样电路运行程序。本继电保护测试仪检测装置的DSP软件程序运行流程图如图5所示，数据采集装置运行程序流程如图6所示。

PC机的应用程序采用Delphi开发，打开串口后，为确保检定装置处于安全运行状态，软件设计过程中，无论电压还是电流量程均为最大值。根据采样方式，分别从DSP进行数据的读取，在不同的存储空间进行存储，调用不同的线程处理数据，不同处理方式的数据均会在用户主界面中进行显示[9]。图7表示上位机应用程序的流程图。

由直、交流处理，串口设置与调标设置3个模块构成了应用程序。为确保检定装置在测量过程中的高精确度，设计过程中，电压以及电流均选择多量程，第三模块按照不同量程对误差系数进行计算。检测系统的人机交互主界面如图8所示。

图5　检测装置DSP软件程序运行流程图

图6　数据采集装置运行程序流程

图7　上位机应用程序流程图

3　系统测试及结果分析

为了测试检测装置参数检测的精度，测试信号源选择LR98A多功能校准器[10]。LR98A多功能校准器数据精度等级为0.05级，谐波失真度达到0.01级。频率最低分辨率为0.001 Hz，相序角最低分辨率为0.025°。

本检测装置可以分别对继电保护测试仪采集的电流频率和电压频率进行测量，并可以对个数据通道就行检测，同时将检测数据实时显示在上位机检测界面上，上位机数据显示界面如图9所示。

该检测装置可以实现对频率范围在10～1 000 Hz之间的电流频率、电压频率进行检测，使用本检测装置对频率标准值为30 Hz、50 Hz、100 Hz、500 Hz、800 Hz、1 000 Hz进行检测，检测结果如表1所示。

图8　检测系统人机交互主界面

图9　测试数据显示界面

表1　频率标准值检测结果

当检测频率处于0～65 Hz之间，偏差处于-0.001～0.001 Hz之间；当检测频率处于65～450 Hz之间，偏差处于-0.01～0.01 Hz之间；当检测频率处于450～1 000 Hz之间，偏差处于-0.02～0.02 Hz之间，本文设计的检测装置，其偏差不受检测频率的影响，始终保持0.001 Hz的偏差，因此，本文设计的检定系统可以达到继电保护测试仪频率检测精度的要求。使用本文设计的检测装置逐一进行验证，验证参数包括交直流电压与电流、谐波总畸变率、相位以及时间等，对比分析实际检测结果与相关性能参数间存在的差异性。结果表明：该检定装置可以满足设计要求，推广前景广阔。

4　结束语

文章对一种继电保护测试仪检定装置进行设计与验证分析。该装置可以测量测试仪的基本参数，测量精度可达0.05级，该装置的成功设计，避免使用多种仪器测试的繁琐以及中间检测过程中形成的误差，简化检定过程，提高检定效率。设计过程中选择软件同步采样技术，对于提升系统的抗干扰能力作用明显。经过实际验证，设计的检定装置实用价值较高、满足设计要求、建议大范围推广使用。

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Research and design of 2M optical interface tester

QIU Xi-xia，WAN Min，FANG Mei-ming，CAI Yao-guang，ZENG Run
（Guangdong Power Grid co.，LTD Foshan Power Supply Bureau，Foshan 528000，China）

Etection device for relay protection tester with complex testing process，which involves many testing instrument types and the characteristics of the high detection accuracy in this paper，the testing device of relay protection tester design and research.First to design the overall structure of the calibration device for detecting data acquisition，data processing and data transmission communication hardware circuit module such as reasonable design，and according to the actual test need to design of real-time detection of the host computer interface and main configuration program.Using LR98A multifunction calibrator to test the detection device，results show that the design of relay protection tester detection device is simple in measurementprocess，lighttestingequipmentandhighprecisionoftestresult，interpersonalinteraction，friendlyinterface，etc.

relay protection tester；detection device；electric parameter measurement；data acquisition

TN98

A

1674－6236（2016）22-0145-04

2016-04-11稿件编号：201604107

国家自然科学基金资助项目(51277069)

邱细虾（1976—），男，广东清远人，高级工程师。研究方向：通信技术、电力系统通信、智能电网、智能通信。