【摘要】介绍了综合保护装置测试仪的组成原理和工作过程，详细说明了测试仪的三相电压源、三相电流源、零序电流产生单元、控制切换电路、可编程组态显示屏、主控制器等各个部件的工作原理和功能。
【关键词】主控器;三相电压源;三相电流源;可编程组态显示屏
1.前言
综合保护装置的集成化程度越来越高，结构和制造工艺越来越复杂，增加了综合保护装置潜伏缺陷的可能性。综合保护装置不但要求有较高的性能指标，而且还要有较高的质量稳定性和可靠性。它的质量稳定性不仅取决于设计的合理性、元器件的性能，而且与整个制造过程及工艺控制手段具有很大的关系。目前综合保护装置主要使用人工控制和手动调整的测试方式，不能自动的进行参数设置，需要专用的电流信号源和电压信号源。综合保护装置的功能完整性和测试数据记录，主要依靠人工的控制和依靠经验判断。必然存在测试不完全，数据分析不完整，难以保证被测试产品的质量。为了解决以上问题，提出一种解决综合保护装置检验和测试方法，并研制出综合保护装置智能测试仪，通过该仪器能够极大提高测试效率和测试质量，基本不需要人工干预，减少依靠经验判断，极大降低劳动强度和提高产品质量，确保综合保护装置功能良好、性能稳定、质量可靠。
2.硬件组成
2.1 整机组成原理
综合保护装置测试仪由三相电压源、三相电流源、零序电流产生单元、控制切换电路、可编程组态显示屏、主控制器等部分组成，其中主控制器上集成了输入输出接口、以太网通信接口、USB接口和RS485通信接口。各个部件之间通过系统总线连接，其组成原理框图如图1所示。
图1 综合保护装置智能测试仪组成原理框图
2.2 主控器原理
主控制器负责整个测试仪中的各个模块之间的调度和控制处理，负责信号分析和处理，负责显示数据的传送，与三相电压信号产生单元、三相电流信号产生单元、零序电流产生单元、可编程组态显示屏等组件之间采用系统总线的方式连接。主控制器采用双处理器结构，CPU1主要处理慢速通信，对输入输出接口进行控制。CPU2主要处理高速数据，具有USB接口，可以通过USB接口传输数据，具有自适应网络接口可以适应不同的网络设备，可与远程计算机相连接，也可与手持式设备相连接。具有高速的系统总线，可与三相电压信号产生单元、三相电流信号产生单元、零序电流产生单元、可编程组态显示屏等模块进行高速数据交换，处理信息量较大的数据。其原理框图如图2所示。
主控制器上集成了网络接口，USB接口，信号输入输出接口，RS485通信接口。网络接口可以与远程计算机相连，可以对测试仪进行远程配置和数据读取。USB接口支持鼠标和存储设备，用户可以通过USB连接鼠标对测试仪进行操作，也可以接入U盘等存储设备，读取测试数据，以便对测试结果进行分析。
图2 主控制器原理框图
信号输入输出接口，将电压电流信号送至输出接口，检测外部开关量信号输入，将开关量状态送至主控制器进行处理后送至组态显示屏显示。输入输出接口采用双层隔离方式，最大程度降低输入信号对主控器内的CPU的干扰，保证主控制器单元工作的可靠性。
RS485通信接口与综合保护装置进行通信，实现对综合保护装置的参数进行自动设定，自动恢复出厂设置，读取综合保护装置内的实时数据和故障状态。
第一路RS485接口与被测的综合保护装置通过专用协议进行通信，可以实现对综合保护装置的基本参数、保护定制、工作状态进行配置，可以读取被测综合保护装置的实时数据、故障状态、历史记录等。
第二路RS485接口与可编程组态屏进行通信，将读取被测综合保护装置的实时数据、故障状态、历史记录等信息送至组态显示屏进行显示，同时组态显示屏可以存储和记录各种故障信息。组态显示屏可以将需要设置的信息通过该接口传输给主控制器，主控制器将取得的数据处理和转换后通过第一路RS485接口对被测综合保护装置进行配置。
2.3 各个部件介绍
控制切换单元实现对三相电压、三相电流、零序电流等信号的自动投断和切换控制。
三相电压信号源主要产生三相电压信号，电压调整范围0～150V，调节步长为1V，电压相角调节范围-360°～+180°，调节步长为1°。三相电流源主要产生电流信号，电流输出范围为0～90A，每项电流源最大输出电流为30A，三相电流源可以合并输出，最大输出电流可达90A。电流信号调节步长为0.1A，电流相角调节范围-360°～+180°，调节步长为1°。
三相电压产生单元具有过压保护、欠压保护、短路保护、过载保护、缺相保护、漏电保护等保护功能，三相电流源具有过载保护、过热保护等功能，当任何一项保护功能动作时，测试仪立即声光报警，并停止电压和电流输出。可以有效的保证测试仪的工作可靠性，避免因待测设备问题导致仪器损坏，漏电保护功能可以有效保护操作人员的人身安全，避免因操作人员误操作或误触碰而触电。
零序电流信号由电流信号经过零序电流互感器和滤波电路处理所得，其大小和相角受三相电流信号控制。
可编程组态显示屏，具有用户界面可编程和用户程序可编程。用户可以计算机上绘制好自己的软件界面，设定好操作按键，通过USB接口下载到组态屏内。该可编程组态屏支持触摸功能，同时也支持USB鼠标，方面用户操作。
3.工作过程
将被测设备与综合保护装置测试仪（以下简称测试仪）连接，测试仪上电后自动加载上次存储的电压、电流、零序电流等信号源的数值和角度，用户根据需要设置电压和电流值。设置完毕后按信号启动按钮，三相电压电流信号送至信号输出接口，测试仪的设置界面自动隐藏，并将新设置电压电流参数存储，此时测试仪进入测试界面。用户可以对综合保护装置的功能进行参数设置和功能测试，按下自动测试按钮后，测试仪先对综合保护装置进行参数配置，配置完毕后开始测试，在测试过程中，如果被测设备存在问题，会进行声音提示和显示提示。测试完毕后自动将测试结果存储，将测试故障突出显示，用户可以在组态显示内查询多达500条的测试记录，当测试记录存储满时，自动覆盖最早的一组历史记录。如果连接远程计算机，可以将测试记录传输至远程计算机，此时组态显示屏内的测试记录自动清空。用户操作测试仪时既可以用手直接触摸操作，也可以通过USB鼠标进行操作
4.结语
综合保护装置测试仪，采用双CPU结构，具有传输数据量大，结构简单，工作效率高等特点。可远程和本地读取测试数据和测试记录，可实时查看测试数据和记录。其显示屏采用可编程组态屏，用户可以根据自身需求和产品特点自己设计显示界面，操作按钮，自定义产品标识和企业标识，操作简单，不需要有编程基础。测试仪内集成了电源信号源和电流信号源，无需外接任何信号源，一体成型，节约用户投入成本。综合保护装置测试仪是一款适合不同用户要求，满足不同综合保护装置的专用测试设备，具有良好的市场前景。
参考文献
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[5]秦国华，张卫红.一种全新的夹具定位方案设计算法[J].测试技术报，2008（03）.
作者简介：
王团结（1981—），男，江苏徐州人，工程师，从事电力系统继电保护及电力电子方面的研究。
封锦（1982—），男，江苏常州人，工程师，从事电力系统继电保护及电力电子方面的研究。
宋红卫（1971—），男，安徽旌德人，工程师，从事电力系统继电保护及电力电子方面的研究。