船舶电力网继电保护测试系统的研究

　　1 前言

　　随着船舶工业的快速发展，船舶电站的供配电系统也日趋现代化，势必对船舶电力系统的安全性提出更高的要求。船舶电力系统的继电保护是保证船舶供配电网络安全运行的关键系统。继电保护系统在保护电力系统安全、可靠运行、维护和故障排除等方面发挥重要作用。速动性、选择性、灵敏性和可靠性是船舶电力系统继电保护的四个基本要求。由于现代船舶电力继电保护系统日趋复杂和精细，传统的晶体管型以及集成电路继电保护已经难以满足需要，正逐渐被微电脑继电保护系统所取代[1]。而本系统正是根据船舶电力系统这一要求研制了微电脑继电保护测试系统。

　　2 系统功能

　　该船舶微电脑继电保护测试系统具有如下功能：

　　(1) 测量发电机的三相交流电压、电流以及线电压之间、相电压与相电流之间的相位差;

　　(2) 测试、绘制、存储和打印各主要参数;

　　(3) 大尺寸的真彩液晶显示，全功能中英文菜单，操作直观简便;

　　(4) 具有多种附加功能如：

　　a、频率测量;

　　b、测量有功功率、无功功率和功率因数;

　　c、判别三相电源相序;

　　d、测量零序电流;

　　e、检查电源变压器等接线组别;

　　f、检查三相功率表接线的正确与否;

　　g、测量设备的漏电流等。

　　3 系统的硬件设计

　　船舶电力系统的继电保护要完成在电力系统中的应用，首先必须要能够区分系统的正常运行状态及故障运行状态。系统在不同的运行状态时电气参数会发生变化，继电保护测试系统正是根据这个特点来判断系统是否出现问题。本系统设计的继电保护测试系统的硬件主要包括：输入信号的预处理电路、单片机系统、液晶显示器、电池充电电路、打印机等等，系统结构框图如图1所示。

　　输入信号的预处理电路由电压形成回路、前置模拟低通滤波器、多路模拟开关、模数转换器等环节组成[2]。系统将输入至保护测试装置的电流、电压等模拟量准确地转换成所需的数字量;单片机系统主要完成测试所需的功能程序，同时对输入信号的预处理系统输入的原始数据进行分析处理，从而实现继电保护测试功能;内置电池，可实现交、直流两用，操作携带方便;另外，具有RS232C和RS485串行通讯接口，便于和PC机进行数据通讯[4]。

　　系统前端电力线路或设备上的电压与电流信号分别通过三个电压互感器和三个电流互感器进行取样隔离并降低至较低的数量级。其中PT采用精密电压互感器，该精密电压互感器属于v/I 变换型，即将交流高电压信号转变为小电流信号。为满足A/D转换器输入信号的要求，还需进行I/V变换，将电流量还原为电压量。其中电压互感器为精密型，与I/V变换电路连接，Ua、Ub和Uc的变换方式相同。三只钳形电流互感器CT在不破坏被测线路的基础上，从被测回路中取得三相电流信号。