基于iec61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法
基于iec61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压变电设备开关机械特性状态监测技术领域的系统及方法，具 体讲涉及一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 高压开关设备是电力系统中重要的控制和保护设备，高压开关设备中断路器的任 务是根据电网运行的需要把电力设备或线路投入或退出运行，或者将发生故障的电力设备 或线路从电网中快速切除，以保证电网中无故障部分正常运行。因此，一旦高压开关设备本 身出现故障，就可能造成电力系统更大的各章，严重时会造成巨大损失。
[0003] 高压开关设备的各种类型故障缺陷中，绝缘缺陷37. 3%、拒分20. 6%、外力及其 他10. 6%、开断与关合10. 0%、再留8. 9%、误动7. 1 %、拒合5. 6%。可见机械故障和绝缘 故障是高压开关设备故障的主要原因。操作机构和传动系统的故障以及电气控制以及电气 控制及辅助回路的故障时造成拒分、拒合和误动故障的主要原因。开关柜内环境恶劣、绝缘 材料和器件选择不当是绝缘故障的主要原因。
[0004] 对高压开关设备开展机械状态监测能够及时发现设备内部的缺陷和隐患，及早对 故障进行排查，减小不必要的停电和损失，保障电网的安全可靠运行，提高供电可靠性。
[0005] 传统的开关机械特性测试仪需要在停电状态下进行，通过外施低压信号，在开关 分合闸过程中，获取开关设备的分合闸断点，计算出分合闸时间，并与标准时间进行对比， 进而判断开关机械状态特性。
[0006] 随着状态监测技术的发展，目前已有开关机械状态监测装置和智能监测IED，通过 对分合闸线圈电压电流监测，间接获取弹簧操作机构的机械特性。开关设备机械特性监测 装置的监测对象主要包括分合闸线圈电压电流、储能机构电压电流、断路器触头行程温度、 操作箱和环境温度等。开关机械特性监测装置利用多种手段，获取断路器操作过程中的状 态信息，并与标准波形进行比对分析，对开关设备操作机构机械状态和故障缺陷进行诊断。
[0007] 电磁铁是高压断路器操作机构的重要元件之一，高压断路器一般都是以电磁铁作 为第一级控制元件，当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁心受电磁力作用吸合， 是断路器合闸或分闸。线圈电流波形可以反映电磁铁本身以及所控制的锁闩或阀门以及联 锁触头在操作过程中的工作情况。
[0008] 断路器触头的行程监测是可以通过在机构箱的操作壁上安装位移传感器来实现。 位移传感器根据其测量方式分为直线位移传感器和角度编码器，直线位移传感器按照原理 又可以分为激光位移传感器、电阻位移传感器等。通过监测断路器在分合闸过程中触头的 动作行程曲线，可以判断操作机构的机械系统的状况。
[0009] 目前，在电力行业内部，针对开关设备的机械特性测试仪和机械特性监测装置厂 家众多，各类装置的研发和制造水平良莠不齐。尤其是随着智能变电站建设，大量开关机械 特性智能组件投入使用。但是基于IEC61850通信系统，针对装置的检测技术和手段尚不完 备，这给开关设备机械特性的测试效果造成了很大影响，影响了对开关设备机械状态判断 的准确性。
[0010] 针对开关机械特性测试装置的技术特点和要求，开展检测技术研宄，建立符合电 力行业需求的测试方法和校验系统，对于规范装置的相关技术指标，保证装置的入网质量， 确保装置安全可靠运行，指导装置的检验和现场应用，提高装置的应用效果，都具有重要意 义和价值。
【发明内容】
[0011] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于IEC61850的开关机械特性测 试装置的校验系统及方法，开关机械特性测试装置在生产、验收、使用中缺乏行之有效的检 测校验手段，本发明基于IEC61850通信系统，提供了一种针对开关机械特性测试装置的校 验系统和测试方法，可以进行电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸 时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验、重复性试验，对开关机械特性测试装置的技 术参数进行考核。
[0012] 实现上述目的所采用的解决方案为：
[0013] 一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统，该系统包括综合测试 单元、开关机械状态模拟单元、标准测量装置；综合测试单元通过IEC61850网络实现系统 的测试流程控制、通信功能控制和对被测装置试验结果的综合分析；开关机械状态模拟单 元实现系统的模拟量输出和开关量输出，模拟开关设备的各状态量；标准测量装置实现对 所述状态量的测量，并作为被测装置的比对参考。
[0014] -种基于所述校验系统的校验方法，该方法包括：电流精度试验、机构箱温度试 验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验和重复性试验。
[0015] 电流精度试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的电流输 出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组电流信号，分别模拟主分闸回路电流、副 分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流、主回路电流；通过IEC61850通信端口读取被 测装置的电流测试结果，并将该结果与标准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（1) 计算被测装置的电流精度：
[0016] 电流精度=(被测装置结果-标准结果）/标准结果（1)
[0017] 机构箱温度试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的PT100 模拟信号输出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组PT100模拟信号，用以模拟 机构箱温度传感器的输出；通过IEC61850通信端口读取被测装置的温度测试结果，并将该 结果与PT100的电阻模拟值进行比较分析，按式（2)计算被测装置的温度试验结果：
[0018] 温度试验结果=(被测装置结果-电阻模拟值）/电阻模拟值 （2)
[0019] 储能介质压力试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的 4-20mA压力模拟信号输出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组4-20mA电流模 拟信号，用以模拟储能介质压力传感器的输出；通过IEC61850通信端口读取被测装置的压 力测试结果，并将该结果与标准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（3)计算被测装 置的压力试验结果：
[0020] 压力试验结果=(被测装置结果-标准结果）/标准结果（3)
[0021] 分合闸时间试验将被测装置所需的监测和测量端口接连到开关机械特性测试装 置校验系统相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关正常分合过 程中各状态量的信号输出波形，由校验系统模拟产生1组开关分合过程；通过IEC61850通 信端口读取被测装置的分闸时间、合闸时间、开断时间、关合时间测试结果，并将该结果与 分合闸时间的模拟输出值进行比较分析，按式（4)计算被测装置的压力试验结果：
[0022] 试验结果=(被测装置结果_模拟值）/模拟值 （4)
[0023] 对时功能试验将被测装置通过IRGB(RS485)网络接连到开关机械特性测试装置 校验系统的相应通信端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好与被测装置间的对时信 息，通过后台软件配置修改B码时间；通过IEC61850通信端口读取被测装置的系统时间，并 将该结果与标准测量装置读取的系统时间进行比较分析，按式（5)计算被测装置的压力试 验结果：
[0024] 对时试验结果=被测装置时间-标准时间 （5)
[0025] 诊断分析功能试验将被测装置所需的监测端口接连到开关机械特性测试装置校 验系统相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关故障分合过程中 各状态量的信号输出波形，包括机构卡涩、机构卡死等，由校验系统模拟产生1组开关故障 分合过程；通过IEC61850通信端口读取被测装置对分合闸过程的诊断分析结果，并对结果 进行判断。
[0026] 重复性试验将被测装置所需的监测端口接连到开关机械特性测试装置校验系统 相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关分合过程中各状态量的 信号输出波形，由校验系统模拟产生6组开关分合过程；通过IEC61850通信端口读取被测 装置对各组分合闸过程的测试结果，并将该结果与标准测量装置读取的标准结果进行比较 分析，按式（6)计算被测装置的重复性：
[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029] 本发明基于IEC61850网络建立被测装置与校验系统之间的信息链路，是对开关 机械特性测试装置从信号采集端到分析诊断再到通讯数据接口的完整测试校验。本发明 通过模拟信号和开关信号替代开关设备的各种状态，具有重复性好、测试流程简洁、可以复 现开关设备各种工况和故障状态等的优点，适合于电力行业内开关机械特性测试装置的试 验、功能验证和校验。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统电流精度试验 框图；
[0031] 图2为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统机构箱温度试 验框图；
[0032] 图3为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统储能介质压力 试验框图；
[0033] 图4为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统分合闸时间试 验框图
[0034] 图5为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统对时功能试验 框图
[0035] 图6为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统故障分析功能 试验和重复性试验框图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0037] 本发明提供了一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法， 将被测的开关机械特性测试装置通过IEC61850网络连接到校验系统，通过校验系统输出 各种状态量和模拟量，并读取被测装置的检测结果，以对其性能和功能进行考核。测试项目 包括电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、 诊断分析功能试验、重复性试验。
[0038] 开关机械特性测试装置校验系统1由综合测试单元2、开关机械状态模拟单元3、 标准测量装置4组成，可以实现对开关机械特性测试装置的性能和功能检测试验，如附图 1~附图6所示。
[0039 ] 电流精度试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装 置5,如附图1所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出5组交、直流电流信号，分别模 拟开关设备的主分闸回路电流、副分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流和主回路电 流。由被测装置与标准测量装置同时对上述5组电流信号进行测量，通过IEC61850与综合 测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0040] 机构箱温度试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测 装置5,如附图2所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出1组PT100模拟信号，模拟 机构箱的温度传感器输出。由被测装置与标准测量装置同时对上述PT100模拟信号进行测 量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0041] 储能介质压力试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被 测装置5，如附图3所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出1组4-20mA电流信号，模 拟储能介质压力传感器的输出。由被测装置与标准测量装置同时对上述4-20mA电流信号 进行测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0042] 分合闸时间试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测 装置5,如附图4所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出5组交、直流电流信号和1 组机械行程信号，分别模拟开关设备的主分闸回路电流、副分闸回路电流、合闸回路电流、 储能回路电流、主回路电流和触头行程。开关机械特性测试装置校验系统模拟分合闸过程 中上述6组状态量的输出过程。由被测装置与标准测量装置同时对上述6组模拟信号进行 测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并将被测装置计算出的分合闸时间与实际 时间进行分析比对。
[0043] 对时功能试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装 置5,如附图5所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出IRGB(RS485)信号，模拟智能 装置的对时信号，并对对时结果进行分析比对。
[0044] 故障分析功能试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被 测装置5,如附图6所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出各组开关状态量，并模拟 开关设备的各种工作状态和故障状态。由被测装置与标准测量装置同时对上述状态量进行 测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对开关机械状态的故障分析功能进行分 析比对。
[0045] 重复性试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装置 5,如附图6所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出各组开关状态量，在重复多次并 维持较长时间后，对被测装置的重复性进行试验。
[0046] 最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范 围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应 当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改 或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统，其特征在于，开关机械特 性测试装置的校验系统（1)通过IEC61850网络建立与被测装置（5)之间的通讯，并输出状 态量和模拟量对开关机械特性测试装置进行测试。2. 如权利要求1所述的校验系统，其特征在于，所述开关机械特性测试装置的校验系 统（1)包括综合测试单元（2)、开关机械状态模拟单元（3)、标准测量装置（4); 所述综合测试单元（2)通过IEC61850网络实现所述校验系统的测试流程控制、通信功 能控制和对被测装置（5)试验结果的综合分析； 所述开关机械状态模拟单元（3)实现所述校验系统的模拟量输出和开关量输出，模拟 开关设备的各状态量； 所述标准测量装置（4)实现对所述状态量的测量，并作为所述被测装置（5)的比对参 考。3. -种如权利要求1所述校验系统的校验方法，其特征在于，所述校验方法包括：电流 精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析 功能试验和重复性试验。4. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述电流精度试验需要开关机械特性 测试装置校验系统（1)、标准测量装置（4)和被测装置（5); 所述电流精度试验包括： S1，将被测装置（5)接连到开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的电流输出端 P ; 52, 开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组电流信号，分别模拟主分闸回路电 流、副分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流、主回路电流； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置（5)的电流测试结果，并将该结果与标准测 量装置⑷的标准结果进行比较分析，按式⑴计算被测装置（5)的电流精度： 电流精度=(被测装置结果-标准结果）/标准结果 （1)。5. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述机构箱温度试验需要开关机械特 性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述机构箱温度试验包括： Sl，将所述被测装置（5)接连到所述开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的PTlOO 模拟信号输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组PT100模拟信号，用以模拟机构 箱温度传感器的输出； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置（5)的温度测试结果，并将该结果与PT100 的电阻模拟值进行比较分析，按式（2)计算被测装置（5)的温度试验结果： 温度试验结果=(被测装置结果-电阻模拟值）/电阻模拟值 （2)。6. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述储能介质压力试验需要开关机械 特性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述储能介质压力试验包括： S1，将所述被测装置（5)接连到所述开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的 4-20mA压力模拟信号输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组4-20mA电流模拟信号，用以模 拟储能介质压力传感器的输出； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)的压力测试结果，并将该结果与标 准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（3)计算所述被测装置（5)的压力试验结果： 压力试验结果=(被测装置结果-标准结果）/标准结果 （3)。7. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述分合闸时间试验需要开关机械特 性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述分合闸时间试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测和测量端口接连到所述开关机械特性测试装置校 验系统⑴相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关正常分合过程中各状态量的 信号输出波形，由校验系统模拟产生1组开关分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)的分闸时间、合闸时间、开断时间、 关合时间测试结果，并将该结果与分合闸时间的模拟输出值进行比较分析，按式（4)计算 所述被测装置（5)的压力试验结果： 试验结果=(被测装置结果-模拟值）/模拟值 （4)。8. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述对时功能试验需要开关机械特性 测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述对时功能试验包括： S1，将所述被测装置（5)通过IRGB(RS485)网络接连到所述开关机械特性测试装置校 验系统（1)的相应通信端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好与被测装置间的对时信息，通过 后台软件配置修改B码时间； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置的系统时间，并将该结果与标准测量装置读 取的系统时间进行比较分析，按式（5)计算被测装置的压力试验结果： 对时试验结果=被测装置时间-标准时间 （5)。9. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述诊断分析功能试验需要开关机械 特性测试装置校验系统（1)、被测装置（5); 所述诊断分析功能试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测端口接连到所述开关机械特性测试装置校验系统 (1)相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关故障分合过程中各状态量的 信号输出波形，包括机构卡涩、机构卡死，由校验系统模拟产生1组开关故障分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)对分合闸过程的诊断分析结果，并 对结果进行判断。10. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述系统及方法包括重复性试验系统 及方法，所述重复性试验需要开关机械特性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述重复性试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测端口接连到所述开关机械特性测试装置校验系统 (1)相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关分合过程中各状态量的信号 输出波形，由校验系统模拟产生6组开关分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置对各组分合闸过程的测试结果，并将该结 果与标准测量装置读取的标准结果进行比较分析，按式（6)计算所述被测装置（5)的重复 性：(6) 式中：RSD为重复性，相对标准偏差；η为测量次数；Ci为第i次测量结果；C为η次测 量结果的算术平均值；i为测量序号。
【专利摘要】本发明提供了一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法，该系统通过IEC61850网络建立与被测装置之间的通讯，并输出状态量和模拟量对开关机械特性测试装置进行测试，该校验方法包括电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验、重复性试验。本发明通过模拟信号和开关信号替代开关设备的各种状态，具有重复性好、测试流程简洁、可以复现开关设备各种工况和故障状态等的优点，适合于电力行业内开关机械特性测试装置的试验、功能验证和校验。
【IPC分类】G01R31/327, G01M13/00
【公开号】CN104898052
【申请号】CN201510370043
【发明人】杨宁, 弓艳朋, 阎春雨, 毕建刚, 是艳杰, 宋玉刚, 袁帅, 杨圆, 吴立远, 邓彦国, 孟楠, 常文治, 张博文, 高彬
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网浙江省电力公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压变电设备开关机械特性状态监测技术领域的系统及方法，具 体讲涉及一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 高压开关设备是电力系统中重要的控制和保护设备，高压开关设备中断路器的任 务是根据电网运行的需要把电力设备或线路投入或退出运行，或者将发生故障的电力设备 或线路从电网中快速切除，以保证电网中无故障部分正常运行。因此，一旦高压开关设备本 身出现故障，就可能造成电力系统更大的各章，严重时会造成巨大损失。
[0003] 高压开关设备的各种类型故障缺陷中，绝缘缺陷37. 3%、拒分20. 6%、外力及其 他10. 6%、开断与关合10. 0%、再留8. 9%、误动7. 1 %、拒合5. 6%。可见机械故障和绝缘 故障是高压开关设备故障的主要原因。操作机构和传动系统的故障以及电气控制以及电气 控制及辅助回路的故障时造成拒分、拒合和误动故障的主要原因。开关柜内环境恶劣、绝缘 材料和器件选择不当是绝缘故障的主要原因。
[0004] 对高压开关设备开展机械状态监测能够及时发现设备内部的缺陷和隐患，及早对 故障进行排查，减小不必要的停电和损失，保障电网的安全可靠运行，提高供电可靠性。
[0005] 传统的开关机械特性测试仪需要在停电状态下进行，通过外施低压信号，在开关 分合闸过程中，获取开关设备的分合闸断点，计算出分合闸时间，并与标准时间进行对比， 进而判断开关机械状态特性。
[0006] 随着状态监测技术的发展，目前已有开关机械状态监测装置和智能监测IED，通过 对分合闸线圈电压电流监测，间接获取弹簧操作机构的机械特性。开关设备机械特性监测 装置的监测对象主要包括分合闸线圈电压电流、储能机构电压电流、断路器触头行程温度、 操作箱和环境温度等。开关机械特性监测装置利用多种手段，获取断路器操作过程中的状 态信息，并与标准波形进行比对分析，对开关设备操作机构机械状态和故障缺陷进行诊断。
[0007] 电磁铁是高压断路器操作机构的重要元件之一，高压断路器一般都是以电磁铁作 为第一级控制元件，当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁心受电磁力作用吸合， 是断路器合闸或分闸。线圈电流波形可以反映电磁铁本身以及所控制的锁闩或阀门以及联 锁触头在操作过程中的工作情况。
[0008] 断路器触头的行程监测是可以通过在机构箱的操作壁上安装位移传感器来实现。 位移传感器根据其测量方式分为直线位移传感器和角度编码器，直线位移传感器按照原理 又可以分为激光位移传感器、电阻位移传感器等。通过监测断路器在分合闸过程中触头的 动作行程曲线，可以判断操作机构的机械系统的状况。
[0009] 目前，在电力行业内部，针对开关设备的机械特性测试仪和机械特性监测装置厂 家众多，各类装置的研发和制造水平良莠不齐。尤其是随着智能变电站建设，大量开关机械 特性智能组件投入使用。但是基于IEC61850通信系统，针对装置的检测技术和手段尚不完 备，这给开关设备机械特性的测试效果造成了很大影响，影响了对开关设备机械状态判断 的准确性。
[0010] 针对开关机械特性测试装置的技术特点和要求，开展检测技术研宄，建立符合电 力行业需求的测试方法和校验系统，对于规范装置的相关技术指标，保证装置的入网质量， 确保装置安全可靠运行，指导装置的检验和现场应用，提高装置的应用效果，都具有重要意 义和价值。
【发明内容】
[0011] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于IEC61850的开关机械特性测 试装置的校验系统及方法，开关机械特性测试装置在生产、验收、使用中缺乏行之有效的检 测校验手段，本发明基于IEC61850通信系统，提供了一种针对开关机械特性测试装置的校 验系统和测试方法，可以进行电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸 时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验、重复性试验，对开关机械特性测试装置的技 术参数进行考核。
[0012] 实现上述目的所采用的解决方案为：
[0013] 一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统，该系统包括综合测试 单元、开关机械状态模拟单元、标准测量装置；综合测试单元通过IEC61850网络实现系统 的测试流程控制、通信功能控制和对被测装置试验结果的综合分析；开关机械状态模拟单 元实现系统的模拟量输出和开关量输出，模拟开关设备的各状态量；标准测量装置实现对 所述状态量的测量，并作为被测装置的比对参考。
[0014] -种基于所述校验系统的校验方法，该方法包括：电流精度试验、机构箱温度试 验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验和重复性试验。
[0015] 电流精度试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的电流输 出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组电流信号，分别模拟主分闸回路电流、副 分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流、主回路电流；通过IEC61850通信端口读取被 测装置的电流测试结果，并将该结果与标准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（1) 计算被测装置的电流精度：
[0016] 电流精度=(被测装置结果-标准结果）/标准结果（1)
[0017] 机构箱温度试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的PT100 模拟信号输出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组PT100模拟信号，用以模拟 机构箱温度传感器的输出；通过IEC61850通信端口读取被测装置的温度测试结果，并将该 结果与PT100的电阻模拟值进行比较分析，按式（2)计算被测装置的温度试验结果：
[0018] 温度试验结果=(被测装置结果-电阻模拟值）/电阻模拟值 （2)
[0019] 储能介质压力试验将被测装置接连到开关机械特性测试装置校验系统相应的 4-20mA压力模拟信号输出端口；开关机械特性测试装置校验系统发出一组4-20mA电流模 拟信号，用以模拟储能介质压力传感器的输出；通过IEC61850通信端口读取被测装置的压 力测试结果，并将该结果与标准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（3)计算被测装 置的压力试验结果：
[0020] 压力试验结果=(被测装置结果-标准结果）/标准结果（3)
[0021] 分合闸时间试验将被测装置所需的监测和测量端口接连到开关机械特性测试装 置校验系统相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关正常分合过 程中各状态量的信号输出波形，由校验系统模拟产生1组开关分合过程；通过IEC61850通 信端口读取被测装置的分闸时间、合闸时间、开断时间、关合时间测试结果，并将该结果与 分合闸时间的模拟输出值进行比较分析，按式（4)计算被测装置的压力试验结果：
[0022] 试验结果=(被测装置结果_模拟值）/模拟值 （4)
[0023] 对时功能试验将被测装置通过IRGB(RS485)网络接连到开关机械特性测试装置 校验系统的相应通信端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好与被测装置间的对时信 息，通过后台软件配置修改B码时间；通过IEC61850通信端口读取被测装置的系统时间，并 将该结果与标准测量装置读取的系统时间进行比较分析，按式（5)计算被测装置的压力试 验结果：
[0024] 对时试验结果=被测装置时间-标准时间 （5)
[0025] 诊断分析功能试验将被测装置所需的监测端口接连到开关机械特性测试装置校 验系统相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关故障分合过程中 各状态量的信号输出波形，包括机构卡涩、机构卡死等，由校验系统模拟产生1组开关故障 分合过程；通过IEC61850通信端口读取被测装置对分合闸过程的诊断分析结果，并对结果 进行判断。
[0026] 重复性试验将被测装置所需的监测端口接连到开关机械特性测试装置校验系统 相应的模拟输出端口；开关机械特性测试装置校验系统设置好开关分合过程中各状态量的 信号输出波形，由校验系统模拟产生6组开关分合过程；通过IEC61850通信端口读取被测 装置对各组分合闸过程的测试结果，并将该结果与标准测量装置读取的标准结果进行比较 分析，按式（6)计算被测装置的重复性：
[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029] 本发明基于IEC61850网络建立被测装置与校验系统之间的信息链路，是对开关 机械特性测试装置从信号采集端到分析诊断再到通讯数据接口的完整测试校验。本发明 通过模拟信号和开关信号替代开关设备的各种状态，具有重复性好、测试流程简洁、可以复 现开关设备各种工况和故障状态等的优点，适合于电力行业内开关机械特性测试装置的试 验、功能验证和校验。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统电流精度试验 框图；
[0031] 图2为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统机构箱温度试 验框图；
[0032] 图3为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统储能介质压力 试验框图；
[0033] 图4为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统分合闸时间试 验框图
[0034] 图5为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统对时功能试验 框图
[0035] 图6为本发明中基于IEC61850的开关机械特性测试装置校验系统故障分析功能 试验和重复性试验框图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0037] 本发明提供了一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法， 将被测的开关机械特性测试装置通过IEC61850网络连接到校验系统，通过校验系统输出 各种状态量和模拟量，并读取被测装置的检测结果，以对其性能和功能进行考核。测试项目 包括电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、 诊断分析功能试验、重复性试验。
[0038] 开关机械特性测试装置校验系统1由综合测试单元2、开关机械状态模拟单元3、 标准测量装置4组成，可以实现对开关机械特性测试装置的性能和功能检测试验，如附图 1~附图6所示。
[0039 ] 电流精度试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装 置5,如附图1所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出5组交、直流电流信号，分别模 拟开关设备的主分闸回路电流、副分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流和主回路电 流。由被测装置与标准测量装置同时对上述5组电流信号进行测量，通过IEC61850与综合 测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0040] 机构箱温度试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测 装置5,如附图2所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出1组PT100模拟信号，模拟 机构箱的温度传感器输出。由被测装置与标准测量装置同时对上述PT100模拟信号进行测 量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0041] 储能介质压力试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被 测装置5，如附图3所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出1组4-20mA电流信号，模 拟储能介质压力传感器的输出。由被测装置与标准测量装置同时对上述4-20mA电流信号 进行测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对测量结果进行分析比对。
[0042] 分合闸时间试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测 装置5,如附图4所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出5组交、直流电流信号和1 组机械行程信号，分别模拟开关设备的主分闸回路电流、副分闸回路电流、合闸回路电流、 储能回路电流、主回路电流和触头行程。开关机械特性测试装置校验系统模拟分合闸过程 中上述6组状态量的输出过程。由被测装置与标准测量装置同时对上述6组模拟信号进行 测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并将被测装置计算出的分合闸时间与实际 时间进行分析比对。
[0043] 对时功能试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装 置5,如附图5所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出IRGB(RS485)信号，模拟智能 装置的对时信号，并对对时结果进行分析比对。
[0044] 故障分析功能试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被 测装置5,如附图6所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出各组开关状态量，并模拟 开关设备的各种工作状态和故障状态。由被测装置与标准测量装置同时对上述状态量进行 测量，通过IEC61850与综合测试单元进行通信，并对开关机械状态的故障分析功能进行分 析比对。
[0045] 重复性试验使用的校验系统包括开关机械特性测试装置校验系统1和被测装置 5,如附图6所示。由开关机械特性测试装置校验系统发出各组开关状态量，在重复多次并 维持较长时间后，对被测装置的重复性进行试验。
[0046] 最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范 围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应 当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改 或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统，其特征在于，开关机械特 性测试装置的校验系统（1)通过IEC61850网络建立与被测装置（5)之间的通讯，并输出状 态量和模拟量对开关机械特性测试装置进行测试。2. 如权利要求1所述的校验系统，其特征在于，所述开关机械特性测试装置的校验系 统（1)包括综合测试单元（2)、开关机械状态模拟单元（3)、标准测量装置（4); 所述综合测试单元（2)通过IEC61850网络实现所述校验系统的测试流程控制、通信功 能控制和对被测装置（5)试验结果的综合分析； 所述开关机械状态模拟单元（3)实现所述校验系统的模拟量输出和开关量输出，模拟 开关设备的各状态量； 所述标准测量装置（4)实现对所述状态量的测量，并作为所述被测装置（5)的比对参 考。3. -种如权利要求1所述校验系统的校验方法，其特征在于，所述校验方法包括：电流 精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析 功能试验和重复性试验。4. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述电流精度试验需要开关机械特性 测试装置校验系统（1)、标准测量装置（4)和被测装置（5); 所述电流精度试验包括： S1，将被测装置（5)接连到开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的电流输出端 P ; 52, 开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组电流信号，分别模拟主分闸回路电 流、副分闸回路电流、合闸回路电流、储能回路电流、主回路电流； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置（5)的电流测试结果，并将该结果与标准测 量装置⑷的标准结果进行比较分析，按式⑴计算被测装置（5)的电流精度： 电流精度=(被测装置结果-标准结果）/标准结果 （1)。5. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述机构箱温度试验需要开关机械特 性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述机构箱温度试验包括： Sl，将所述被测装置（5)接连到所述开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的PTlOO 模拟信号输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组PT100模拟信号，用以模拟机构 箱温度传感器的输出； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置（5)的温度测试结果，并将该结果与PT100 的电阻模拟值进行比较分析，按式（2)计算被测装置（5)的温度试验结果： 温度试验结果=(被测装置结果-电阻模拟值）/电阻模拟值 （2)。6. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述储能介质压力试验需要开关机械 特性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述储能介质压力试验包括： S1，将所述被测装置（5)接连到所述开关机械特性测试装置校验系统（1)相应的 4-20mA压力模拟信号输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)发出一组4-20mA电流模拟信号，用以模 拟储能介质压力传感器的输出； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)的压力测试结果，并将该结果与标 准测量装置的标准结果进行比较分析，按式（3)计算所述被测装置（5)的压力试验结果： 压力试验结果=(被测装置结果-标准结果）/标准结果 （3)。7. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述分合闸时间试验需要开关机械特 性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述分合闸时间试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测和测量端口接连到所述开关机械特性测试装置校 验系统⑴相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关正常分合过程中各状态量的 信号输出波形，由校验系统模拟产生1组开关分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)的分闸时间、合闸时间、开断时间、 关合时间测试结果，并将该结果与分合闸时间的模拟输出值进行比较分析，按式（4)计算 所述被测装置（5)的压力试验结果： 试验结果=(被测装置结果-模拟值）/模拟值 （4)。8. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述对时功能试验需要开关机械特性 测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述对时功能试验包括： S1，将所述被测装置（5)通过IRGB(RS485)网络接连到所述开关机械特性测试装置校 验系统（1)的相应通信端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好与被测装置间的对时信息，通过 后台软件配置修改B码时间； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置的系统时间，并将该结果与标准测量装置读 取的系统时间进行比较分析，按式（5)计算被测装置的压力试验结果： 对时试验结果=被测装置时间-标准时间 （5)。9. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述诊断分析功能试验需要开关机械 特性测试装置校验系统（1)、被测装置（5); 所述诊断分析功能试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测端口接连到所述开关机械特性测试装置校验系统 (1)相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关故障分合过程中各状态量的 信号输出波形，包括机构卡涩、机构卡死，由校验系统模拟产生1组开关故障分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取所述被测装置（5)对分合闸过程的诊断分析结果，并 对结果进行判断。10. 如权利要求3所述的校验方法，其特征在于，所述系统及方法包括重复性试验系统 及方法，所述重复性试验需要开关机械特性测试装置校验系统（1)和被测装置（5); 所述重复性试验包括： S1，将所述被测装置（5)所需的监测端口接连到所述开关机械特性测试装置校验系统 (1)相应的模拟输出端口； 52, 所述开关机械特性测试装置校验系统（1)设置好开关分合过程中各状态量的信号 输出波形，由校验系统模拟产生6组开关分合过程； 53, 通过IEC61850通信端口读取被测装置对各组分合闸过程的测试结果，并将该结 果与标准测量装置读取的标准结果进行比较分析，按式（6)计算所述被测装置（5)的重复 性：(6) 式中：RSD为重复性，相对标准偏差；η为测量次数；Ci为第i次测量结果；C为η次测 量结果的算术平均值；i为测量序号。
【专利摘要】本发明提供了一种基于IEC61850的开关机械特性测试装置的校验系统及方法，该系统通过IEC61850网络建立与被测装置之间的通讯，并输出状态量和模拟量对开关机械特性测试装置进行测试，该校验方法包括电流精度试验、机构箱温度试验、储能介质压力试验、分合闸时间试验、对时功能试验、诊断分析功能试验、重复性试验。本发明通过模拟信号和开关信号替代开关设备的各种状态，具有重复性好、测试流程简洁、可以复现开关设备各种工况和故障状态等的优点，适合于电力行业内开关机械特性测试装置的试验、功能验证和校验。
【IPC分类】G01R31/327, G01M13/00
【公开号】CN104898052
【申请号】CN201510370043
【发明人】杨宁, 弓艳朋, 阎春雨, 毕建刚, 是艳杰, 宋玉刚, 袁帅, 杨圆, 吴立远, 邓彦国, 孟楠, 常文治, 张博文, 高彬
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网浙江省电力公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
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