1 引言

繼電保護(hù)裝置是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)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(hào)的一種自動(dòng)裝置［1］。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，任何電氣設(shè)備在沒有繼電保護(hù)裝置的情況下，是不允許投入運(yùn)行的［2］。

為了保證繼電保護(hù)裝置的正確工作，在研制、生產(chǎn)、安裝驗(yàn)收、定期和補(bǔ)充檢驗(yàn)各個(gè)階段，都需要十分認(rèn)真地對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)［3］。繼電保護(hù)試驗(yàn)人員的水平直接會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的試驗(yàn)結(jié)果，因此，需要建立繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室以供試驗(yàn)人員進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，以提高試驗(yàn)水平。

繼電保護(hù)裝置種類繁多，建設(shè)一個(gè)功能齊全的實(shí)驗(yàn)室需要占用很大的實(shí)驗(yàn)室面積; 繼電保護(hù)裝置價(jià)格昂貴，尤其是超高壓特高壓設(shè)備的保護(hù)裝置，價(jià)格特別昂貴，建設(shè)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)巨大; 繼電保護(hù)裝置更新?lián)Q代快，隨著現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備的更新?lián)Q代，實(shí)驗(yàn)室繼電保護(hù)裝置也需要更新?lián)Q代，建設(shè)壓力巨大。

因此，能以較少的資金、較小的占地面積建設(shè)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室，是非常有必要的。

2 虛擬繼電保護(hù)裝置的構(gòu)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(hù)實(shí)驗(yàn)套裝，由本套裝一套設(shè)備即可完成所有需要的繼電保護(hù)裝置的實(shí)驗(yàn)，并可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，開發(fā)新的繼電保護(hù)裝置，以完成繼電保護(hù)裝置的更新?lián)Q代的實(shí)驗(yàn)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(dāng)然也可以采用其他虛擬儀器編程軟件。硬件部分包括兩臺(tái)計(jì)算機(jī)、六塊數(shù)據(jù)采集卡( 其中兩塊既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)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(shù)字量輸入、輸出功能) 和兩塊 LED 顯示屏，如圖 1 所示。

計(jì)算機(jī) 1 用來構(gòu)成繼電保護(hù)測試儀; 計(jì)算機(jī) 2 用來構(gòu)成繼電保護(hù)裝置; 數(shù)據(jù)采集卡 1 用來配合計(jì)算機(jī) 1 構(gòu)成繼電保護(hù)測試儀，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)字量輸入、輸出功能; 數(shù)據(jù)采集卡 2 用來配合計(jì)算機(jī) 2 構(gòu)成繼電保護(hù)裝置，這塊采集卡既具有模擬量輸入、輸出功能，也具有數(shù)

字量輸入、輸出功能; 數(shù)據(jù)采集卡 3 只有數(shù)字量輸入、輸出功能，用來配合計(jì)算機(jī) 1、2 判斷繼電保護(hù)試驗(yàn)中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 4 只有數(shù)字量輸入、輸出功能，用來配合計(jì)算機(jī) 1、2 判斷繼電保護(hù)試驗(yàn)中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 5 只有模擬量輸入功能，用來配合計(jì)算機(jī) 1 判斷繼電保護(hù)試驗(yàn)中的接線是否正確; 數(shù)據(jù)采集卡 6 只有模擬量輸出功能，用來配合計(jì)算機(jī) 2 判斷繼電保護(hù)試驗(yàn)中的接線是否正確; LED 顯示屏 1 用來顯示在計(jì)算機(jī) 1 執(zhí)行某個(gè)程序時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡 1 的端子位對應(yīng)的繼電保護(hù)測試儀端子; LED 顯示屏 2 用來顯示在計(jì)算機(jī) 2 執(zhí)行某個(gè)程序時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡 2 的端子位對應(yīng)的繼電保護(hù)裝置端子。

圖 2 虛擬繼電保護(hù)裝置

操作軟件主界面

計(jì)算機(jī) 1 的軟件程序主要包括三個(gè)部分，**部分為虛擬繼電保護(hù)測試儀的驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡 1 的相關(guān)部分; **部分為 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)啟動(dòng) LED 顯示屏 1 的字幕顯示; 第三部分為預(yù)檢測程序，負(fù)責(zé)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡 3 和數(shù)據(jù)采集卡 5 的相關(guān)部分，用來判斷是否正確接線。計(jì)算機(jī) 2 的軟件程序主要也包括三個(gè)部分，**部分為虛擬繼電保護(hù)裝置的驅(qū)動(dòng)程 序，其中包括若干個(gè)子程序，負(fù) 責(zé) 啟 動(dòng) 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 2的相關(guān)部分，每個(gè)子程序使數(shù)據(jù)采集卡 2 對應(yīng)的實(shí)際繼電保護(hù)裝置硬件含義不同，啟動(dòng)不同的子程序則數(shù)據(jù)采集卡 2 和計(jì)算機(jī) 2 配合，成為不同的虛擬繼電保護(hù)裝置; **部分為 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)啟動(dòng) LED 顯示屏 2 的字幕顯示，也包括若干個(gè)子程序，每個(gè)子程序使 LED 顯示屏 2 顯示不同的字幕，啟動(dòng)不同的子程序則 LED 顯示屏 2 用來顯示此時(shí)數(shù)據(jù)采集卡 2 接線端子對應(yīng)的實(shí)際繼電保護(hù)裝置的端子內(nèi)容; 第三部分為預(yù)檢測程序，負(fù)責(zé)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡 4 和數(shù)據(jù)采集卡 6 的相關(guān)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(xiàn)在需要用本繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)套裝進(jìn)行 DL-32型電流繼電器動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)。首先打開計(jì)算機(jī) 1，進(jìn)入主程序，進(jìn)入界面情況見圖 2。顯示界面 1 部分完全和真實(shí)的繼電保護(hù)測試儀相同，主要包括 電 壓、電 流、數(shù) 字 量 輸 入、輸出等功能顯示，“預(yù) 檢 測”與“開始實(shí)驗(yàn)”為兩個(gè)按鈕，當(dāng)虛擬繼電保護(hù)測試儀與虛擬繼電保護(hù)裝置完成接線以后，首先不要按下“開始實(shí)驗(yàn)”按鈕，要先按下“預(yù)檢測”按鈕。按下“預(yù)檢測”按鈕后，虛擬繼電保護(hù)測試儀中對應(yīng)的硬件，即數(shù)據(jù)采集卡 1 并不發(fā)生模擬量和數(shù)字量，也就沒有電量加在數(shù)據(jù)采集卡 2 上，也即虛擬繼電保護(hù)裝置

上，由于并沒有 電 量 存 在，不 會(huì) 燒 壞 硬 件。打 開 計(jì) 算 機(jī) 2，進(jìn) 入 主 程 序，進(jìn)入界面情況見圖 3。按 下“DL-32電流繼電器”按鈕后，進(jìn)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(shí)驗(yàn)時(shí)，按照下列步驟進(jìn)行。

( 1) 打開計(jì)算機(jī) 1 和計(jì)算機(jī) 2，分別進(jìn)入計(jì)算機(jī) 1 和計(jì)算機(jī) 2 的主程序，然后在計(jì)算機(jī) 2 上選擇需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的繼電保護(hù)裝置，這里選擇“DL-32 電流繼電器”，此時(shí)，LED 顯示屏 1 和 LED 顯示屏 2 按照繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)需求( 程序事先設(shè)定) 進(jìn)行顯示，這樣的目的是使虛擬儀器的硬件標(biāo)識(shí)更加清楚。

( 2) 按照實(shí)驗(yàn)原理接線( 即圖 5 的接線) 。

( 3) 接線完成后，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī) 1 此時(shí)界面中的“預(yù)檢測”按鈕，由于計(jì)算機(jī) 1 與計(jì)算機(jī) 2 具有通訊關(guān)系，此時(shí)，計(jì)算機(jī) 2 也會(huì)按照事先程序預(yù)定進(jìn)行。計(jì)算機(jī) 2 中程序控制使數(shù)據(jù)采集卡 6 上的端子: Y6-1和 Y6-4 產(chǎn)生電流，并且電流數(shù)值不相同，比如 Y6-1 上電流為 5mA，Y6-4 上的電流為 10mA。數(shù)據(jù)采集

卡 3 的常開接點(diǎn) 1 和 3 閉合，數(shù)據(jù)采集卡 4 的常開接點(diǎn) 1 和 4 閉合。此時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)操作者接線正確，則數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡 5 把這個(gè)數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī) 1。計(jì)算機(jī) 1 中預(yù)先編制好的程序如果判定數(shù)據(jù)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(rèn)為接線正確，否則認(rèn)為接線錯(cuò)誤。

( 4) 如果計(jì)算機(jī) 1 判定接線錯(cuò)誤，則實(shí)驗(yàn)操作者需要檢查接線，檢查并且調(diào)整接線后再進(jìn)行以上步驟。如果計(jì)算機(jī) 1 判定接線正確，則提示實(shí)驗(yàn)操作者，可以進(jìn)行下一步。

( 5) 完成“預(yù)檢測”后，按下“開始實(shí)驗(yàn)”按鈕，此時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡 6 上不再發(fā)生電流，數(shù)據(jù)采集卡 3 和數(shù)據(jù)采集卡 4 的常開接點(diǎn)再次打開。數(shù)據(jù)采集卡 1 由計(jì)算機(jī) 1 的程序控制，加上相應(yīng)的電流，可以進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)。

以上的檢測中，之所以只檢測 I a 與 In 的接線是否正確，是因?yàn)檫@兩個(gè)接線端子位電流，如果接錯(cuò)線會(huì)對儀器造成損壞，而無源端子即使接錯(cuò)線，也不會(huì)產(chǎn)生損壞元器件的致命錯(cuò)誤。這里，設(shè)計(jì)為不檢測，首先可以節(jié)約硬件，其次由于繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)中接線方法可能并不**，這樣檢測會(huì)大大占用硬件和軟件資源。

3 結(jié)語

在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際運(yùn)行中，本裝置的優(yōu)點(diǎn)是非常突出的。

首先，培訓(xùn)學(xué)員來自不同的現(xiàn)場，由于繼電保護(hù)裝置種類多、生產(chǎn)廠家多，如果建設(shè)普通繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室，必須投入大量資金、占用大面積的實(shí)驗(yàn)室資源，而虛擬繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置則有效地解決了這個(gè)問題。

其次，隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，必將涌現(xiàn)出更多的新型繼電保護(hù)裝置，如果使用傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，是不容易進(jìn)行擴(kuò)展的［5］，使用虛擬繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置后，只需要改動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件就可以生成新型繼電保護(hù)裝置，靈活性好。

再次，本虛擬繼電保護(hù)裝置使用 LED 顯示屏標(biāo)識(shí)接線端子，更為直觀。而且具有錯(cuò)誤接線報(bào)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(hù)實(shí)驗(yàn)裝置也有缺點(diǎn)，主要是在外觀上和現(xiàn)場實(shí)際繼電保護(hù)裝置差異很大，不過，如果培訓(xùn)學(xué)員摒棄心理上的因素，外觀問題其實(shí)對培訓(xùn)效果沒有任何影響。