CS继电保护专用收发信机工作原理和工程调试

PCS-912继电保护专用收发信机工作原理和工程调试报告人：朱继红2009年2月4/30/20231报告内容立项背景装置的关键技术功能比较试验工程调试总结4/30/20232立项背景

随着我国国民经济的快速增长，整个电力系统也进行了大幅度的升级和改造。收发信机作为高频保护中的重要装置，也面临着迫切的更新换代要求。这是因为随着时间推移，半导体技术和信息技术得到了迅猛发展，传统收发信机的一些弊端也逐渐显露出来，已经不能适应现代电力系统的发展，主要体现在以下几个方面：

4/30/20233立项背景（1）缺乏事故分析功能

保护发生误动，用户往往需要分析造成事故的原因是由于通道、收发信机、还是其它因素。传统收发信机不具有通道详细录波和开关变位录波功能，也不具有事件报文记录功能，当装置出现异常的时候不能记录下来相关信息，为事后故障分析增加了难度，拥有记录功能的收发信机也是收发信机发展的趋势。

4/30/20234立项背景（2）抗雷电浪涌电流破坏的性能需要进一步加强

收发信机由于直接和一次通道相连，工作条件相对恶劣，比较容易受到雷击和干扰的影响，各个厂家每年都有由于雷击造成的收发信机损坏，造成保护误动的事故也时有发生。因此，提高收发信机抗雷击和抗干扰能力的需求非常迫切。4/30/20235立项背景（3）模拟式收发信机不便于生产和调试

模拟方式的收发信机集成度低，依赖于大量分立的模拟电路和少量数字电路，其电路构成比较复杂，加上阻容器件存在一致性的问题，所以装置在生产和维护过程中需要进行大量调试或者调整，加重了生产、运行和维护人员的工作量；依赖于模拟电路的设计模式也导致了装置成本昂贵，升级困难等问题，所以需要采用数字式收发信机来代替传统的模拟式收发信机。4/30/20236立项背景（4）传统收发信机频率合成复杂

传统收发信机中使用锁相环频率合成和加权式正弦信号合成的方法产生正弦信号,这种方法电路复杂成本较高，锁相环的稳定性不易保证，频率调整不方便。 随着高精度高频率低价格直接数字频率合成（DDS）技术的出现，使得从很低的频率到上百兆的正弦波信号在一个芯片中就可以直接输出。DDS技术以其优良的性能可以产生高精度正弦波，使传统收发信机中使用的加权式正弦信号合成的技术优势和价格优势都不再存在。

4/30/20237立项背景（5）操作的方便性不能满足用户需求

随着变电站自动化、微机保护的持续应用和发展，追求人性化、操作方便快捷已成为变电站二次设备发展的必然趋势。 能够方便地看到装置内部的各个参数和状态信息将能给用户的运行和维护带来很大方便，传统收发信机已经不再能够满足这些要求。4/30/20238报告内容立项背景装置的关键技术功能比较试验工程调试总结4/30/20239工作原理收发信机工作原理阻止收发信机信号，让工频信号通过阻止工频信号，同时让收发信机信号通过干扰，雷电流4/30/202310工作原理装置原理框图4/30/202311工作原理CPU板工作原理完成监测，控制，人机界面，通信处理独立于DSP，完成收发信机逻辑控制4/30/202312工作原理收信回路

收信检测采用了外差向上频谱搬移解调方式。提供收信防卫度的关键4/30/202313工作原理收信原理

设通道信号频率为fx，本地参考频率信号为fy=1MHz-fset，两个信号混频后有：

如果fx=fset，则fx+fy=1Mhz，因此混频后的信号将包含有频率为1Mhz的信号分量。

优点：可以使用一个中心频率为1Mhz窄带滤波器完成不同频率信号的解调工作，简化了滤波器的设计。4/30/202314工作原理收信原理

混频信号通过中心频率为１ＭＨz的窄带滤波器后，低频项被滤除，有：将滤波后的信号进行峰值提取得到Vp，则输入信号幅值4/30/202315工作原理收信插件4/30/202316工作原理发信回路

有的厂家的做法是使用DSP来控制DDS达到发信和停信的目的，一旦DSP出现异常，则装置完全瘫痪。我们则使用独立于DSP的FPGA来控制。Good!!4/30/202317工作原理DDS频率合成的原理

直接数字频率合成（DDS）是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法。它应用了正弦信号相位连续的特性。 首先将一个正弦信号取样、量化和编码，形成一个正弦函数表存在ROM中。合成时改变相位增量，由于相位增量不同，一个周期内取样的点数也不同，产生的正弦信号频率也就不同。

4/30/202318工作原理DDS频率合成的原理

设每隔一个时钟周期ΔT，输出相位变化为ΔФ，则有ΔФ=ω·ΔT=2πf·ΔT则有f=ΔФ/(2π·ΔT)，因此通过设定每个时钟周期的相位增量就可以得到不同频率的正弦波信号4/30/202319工作原理频率合成原理DDS内部结构频率控制只需修改此寄存器4/30/202320工作原那理DDS谐征波分析由于收含发信机忘对二、孤三次谐休波的要沙求很高猛，小于杠-66篮dB,春所以对点信号源之的要求才也非常冬高。-63-66对于同一演个Ｄ／Ａ，饮量化噪声插是一定的量化噪军声被展寒宽信噪比提匪高4/25死/202辞321工作原衔理功放原理功放的分转类4/2吹5/2普02322工作原论理功放原水理A类的线件性度良好盲，但功耗节较大，不臂常见于功青率放大，便大多使用诊于小信号度放大器。B类的集箱极电流只脉流通半周辉期，会产粮生波形失火真。由于恳效率较高点，在含有蜡经过调制厘的高频信苏号的信号鲜放大场合怎，常使用俭到此类的先放大电路判。C类的珍集极电骄流流通阶时间比衫半周期挡还短，般因此失氏真更大边，不要网求线性损的场合预可以使常用此类戚放大。AB类为固介于A类兵与B类中暗间，兼顾了附线性度杀和功耗，集电榜极电流长的流通诞此半周掠期长一乖些，故谢意将工舒作点提寒高一点珠，主要询是为了杰减少失犬真。4/25佩/202口323工作原理功放原散理放大级采牢用了AB三类变压器理耦合的输叶出方式变压器耦早合上半周放残大下半周燃放大引入负反馈，使亦功放更加服稳定4/25饿/202丙324工作原境理功放插柴件4/25映/202外325工作原著理线路滤波暖器原理滤波器主数要提供发摸信谐波抑篮制，线路蔬阻抗匹配职和同相并撕机的隔离惑能力。我们采下用了“纯电容耦恳合谐振鞋式带通召滤波器敬”的设挣计，这听种设计分方式比哥较适合酬于设计稻Q值较泽高的窄规带滤波霞器。4/2溉5/2缝02326工作原队理线路滤波季器原理其中K1鉴2和K2厕3为耦合龙系数4/25体/202卸327工作原约理线路滤斧波器原还理由于耦厌合系数齐不能直姿接成为决耦合元秘件来实抄现滤波花器，所逝以需要折将耦合己系数换层为耦合淹电容，项所以谐榜振器变啊为：谐振频率豪点选取和回阻抗匹配籍都是通过偷修改L和品C的值来激完成。4/25舅/202串328工作原理线路滤波象器插件4/25棕/202辜329关键技术功率估亮计功能功率估计计功能愤是在信方号解调顿的基础殿上进行伤的，1回MHz理的信号云经过精糕密整流校和峰值划提取后段送往D点SP中怨进行信朝号补偿闪，然后惹实现功污率估计低。4/25痛/202论330关键技术功率估袜计功能功率估柔计实现勺原理图4/25凝/202掘331关键技术频率估川计功能频率估默计采用求了分频饥测量的将方法进筋行。原匪理思想幅是将频率座为X(狭KHz趟)的正廊弦波整吨形得到械一个同梳频率方愉波信号罪，而后窗经过分哄频器产仆生低频架率的方劣波，然犬后对其氏进行精库确时间岛测量，纱通过测膛量低频唱率方波轻周期得浆到的时氧间和分晕频器分肝频的倍筐数还原照正弦波兰频率。这种方法葬的特点是速度快绢，精度稀高。4/2蹄5/2步02332关键技术频率估计刷功能在正弦波鱼整形过程广中，由于常噪声引起厉的整形抖腾动往往使钻频率估计展不准，我怪们采取了雪迟滞比较霸的方法来聚解决这个汗问题。4/25梳/202见333关键技术频率估计南功能在进行低频率方波测量巴的过程中悔，由图看夸出引入的图测量误差烦是△t，其最崖大值近稠似为T。T越小，侄测量的键精度越岔高。我兽们采用糕主频为牌400裙MHz季的计数尺器对方后波进行臂测量，揭得到了钩很好的配精度。匪500征KHz勤的信号尺估计误驴差小于影4Hz匙。4/2泻5/2躲02334关键技缴术智能通道滩交换试验节判断标准的通桌道交换试船验时序图采如下4/25望/202笨335关键技沃术智能通道榴交换试验耻判断DSP吗在进行幸实时功翁率估计兼监测信钉道功率势的同时距，采样唉收信和毅发信开祸关变量泽，并和误标准时侦序图做肯比较。筛如果一耽致则判手通道交厅换试验印成功，洋否则判钓失败，挠判断完嫁成后在化液晶上浅显示判洗决结果尘及相关廊波形。4/25哈/202立336关键技急术智能通道辩交换试验鸭判断4/2盲5/2震02337关键技术目前正今在申请会的专利银有：1）咸CN2说007锋200徐400迟902撕“实用情新型”申请内壮容：智泪能通道宽试验判禽断装置2）隐CN2茅007羊100公253可57.巩5眉“发明薯专利”申请内圣容：收公发信机火装置频毁率测量鞠方法3）C晨N200铁7100汁2535刮8x蔽“发明配专利”申请内容糊：收发信外机装置功责率测量方孝法4/2漫5/2较02338装置特浓点PCS-捐912型品数字式收掀发信机是悠南瑞继保寒电气有限焰公司新一美代的收发引信机，它锤吸收了L珠FX-9奔12和国棍内外同类菌产品的优灾点，使用填了最新的糊产品工艺厌和设计思搅想。主要届特点有：数字化智陪能化友好的扮操作方拳式完整事汉件记录戏功能完善的边自检监欺测功能突出的稳悬定设计思岭想良好的它接口设脾计增强的电俊磁兼容性逼能4/2均5/2营02339装置特点数字化眼智能化与(1)装置采用要了DSP未+FPG园A的架构敏,保证了拼装置在数畏据处理上逆的实时性抹。频率产生笼采用了直防接数字频嘉率合成（杜DDS）遗技术，这乏项技术的球特点是可赏以输出高堆精度的载喊波频率信征号，并且五频率可以全通过软件剧任意调整僻。4/25轮/202从340装置特点数字化法智能化渣(2)由于采钉用数字醉电路，爽简化了奖模拟电雁路，延海时和阈赠值准确祖，便于拢生产和始现场调张试。由于具有寒CPU，豪装置具有援灵活的控砍制功能、柏完善的自绳检功能和定事件记录稀功能。装置能够盟自动识别址通道交换那试验的结辟果，改变医了人工判街断的传统浴方法。4/25秩/202私341装置特肝点友好操作犹方式用户和工风程调试人概员可以直刑接使用键遍盘完成发倾信频率整货定、3d副B告警电篇平整定和拨远方起动禾逻辑投入吓、通道试队验等。通过人稻机界面她可以监厨视装置跟内部各成个参数铁，通过休状态查村询查看伍装置的宣各项功城能是否米正常，盐加上完索整的报奸告机制胆，这一门切使得射装置调何试简单盘，维护怨使用方效便，性行能可靠倦。4/25管/202截342装置特点完整事芝件记录站功能可以存储帽64次动尤作报文，萍每次报文隙带有超长时间的殃通道录舍波（1援8秒）桌。256件次变位座报文。256次辆自检报文掠。为现场人狱员提供第钞一手资料牙，便于故织障分析。填记录报告垒掉电不丢亦失。4/25璃/202夹343装置特险点完善的袍自检监汇测功能内部具镇有高精亲度的频笼率估计突功能，坝随时监视发信频要率和载争波频率穴，异常着情况下微能及时恢复频掘率,保证怀了装置真可靠工翻作。内部具有障完善的收望信和发信俗功率估计垄功能，并造且收发功喘率低于阈拦值时，会故自动产生贪事件记录需。功率放大伍器放大回粮路检测收信回钢路检测这些功能广既能有效猪地监视装习置的工作物，又能方切便现场调强试。装置胸可以将这幸些信息存咽储，便于辱事后故障摇分析。4/25阴/202彻344装置特点突出的稳怜定设计思桥想由于采用互了模块化设计的思导想,DS增P和FP觉GA在运崖行中分担兄不同的任宿务。当特拢殊情况下杏，DSP预故障没有锹办法工作堪时，装置收发信怀回路不搭受任何剥影响依然正常币工作，这骆样收发信针机发送的妻高频闭锁蹦信号就不味会丢失，碗最大限度假地防止了古保护误动装。4/25碧/202我345装置特换点良好的俭接口设浆计装置可以勿通过调试指口进行数秩据查看,缎波形下载奶和现场程驼序升级等凝。装置支句持本地咱打印，盖GPS趟对时等拨功能。需要的情钟况下可以银对外使用匹CAN和哑RS-4趋85接口砍进行通信历。接口板可凶以根据用耻户需求实匪现DC晨24V，袍DC1阀10V，陈DC2敲20V开蒸入。4/25既/202场346装置特点增强的电苹磁兼容性苦能(1)装置采王用背插撕式结构孕，强弱迁电空间宫分离，蜓尽可能压避免了嗓输入输障出信号段对内部断插件的丢干扰。快速瞬变看干扰试验IV级静电放庆电试验葡IV级脉冲群盯干扰试哑验II敢I级传导骚皂扰抗扰型度试验侧III巴级装置电咸源浪涌宇（冲击朗）抗扰熊度IV级高频通道矿口浪涌（级冲击）抗研扰度IV级4/25级/202按347装置特点增强的树电磁兼悔容性能立(2)考虑到开收发信劲机直接厦和一次奋设备相识连，易拉于遭受浊雷击而岭损坏，迁我公司酱对PC鄙S-9特12高彩频通道逆输入进己行了更萍为严酷稻的大雷省电流试河验，在孟雷电流醒达到150裕00安培时，绵装置依然仓正常运行尼，试验过县程中无死缎机和复位锦现象。这一特性乘为恶劣天姜气下收发累信机正常网运行提供愤了保障。4/25奶/202羽348报告内容立项背敌景装置的关尿键技术功能比较试验工程调乒试总结4/25葡/202防349功能比较

功能型号/厂家智能通道试验判断频率估计功能功率估计功能频率恢复功能PCS-912南瑞继保有有有有GSF-9宏图高科

无无有无PSF-630国电南自

无无有无SF-960许继昌南通信

无无无无4/25斯/202粒350功能比患较

功能型号/厂家DSP和FPGA分离式稳定设计超长时间通道录波功能（18秒）事件记录功能GPS对时功能PCS-912南瑞继保有有有(全)有GSF-9宏图高科

无有,时间短120ms有无PSF-630国电南自

无无有无SF-960许继昌南通信

无无有有4/25么/202瓜351功能比抛较

功能型号/厂家DDS技术波形图形化显示功能本地打印功能PCS-912南瑞继保有有有GSF-9宏图高科

有无无PSF-630国电南自

无无无SF-960许继昌南通信

有无无4/25叫/202虚352功能比较外观对霜比PCS裙-91辜2/南缝瑞继保GSF逗-9/唐宏图高洒科PSF-侨630/粪国电南自SF-9妨60/脚许继昌南跌通信4/2堆5/2情02353报告内容立项背景装置的堵关键技特术功能比较试验工程调试总结4/2精5/2慌02354试验试验情况PCS葬-91垄2通过欣了1）雀国家电勤网公司喇自动化浸设备电季磁兼容术实验室的委托论型式检验2）唉电力工辣业通信主设备质途量检验员测试中氏心的委托型姻式检验3）鱼国内著蜜名防雷逝器厂家剥上海深尼凯电子套有限公纪司大雷电流寒试验4/2裹5/2蛛02355试验4/25妖/202原356报告内容立项背昼景装置的关广键技术功能比较试验工程调掠试总结4/25胳/202评357工程调排试主要的效调试内现容定值整功定收信起动各电平发信功籍率通道交换矿试验4/25愿/202喂358工程调试定值序号

定值名称

定值范围

１发信频率42~400(KHz)２3dB告警电平0.00~31.00(dBv)３3dB跌落电平3~6(dBv)４通道衰减损耗0,3,6,10,14(dB)５远方起动投入0,1６打印口校验方式0(无),1(偶),2(奇)７打印口波特率4800,9600,19200,38400,576004/2屡5/2躁02359工程调搁试3dB告结警的产生太方法设定值3dB循告警电叫平为X，3dB据跌落电虾平为Y，辰而通道糠收信电料平为Z来，则当轿Z<X证-Y时或，3d递B告警悟产生。4/25心/202贪360工程调骡试通道衰衬减损耗通道衰技减损耗口决定了涂装置起民动电平位．所以矩当收信椅板上有着衰耗投挎入时，兆务必要栗整定定权值中的通道衰减嗓损耗值和实际亏投入的值羽一致．4/25郑/202颗361工程调批试通道衰减捧损耗和收微信起动电包平关系跳线衰减数(dB)／起动电平（dBv）Ｊ１３／－２Ｊ２６／１Ｊ３１０／５Ｊ４１４／９Ｊ５０／－５4/25略/202卵362工程调圆试通道衰歌减损耗短和裕度逢灯关系4/2段5/2提02363工程调试通道衰盏减损耗妨和噪声盆容限关凤系通常情况穿下，在现习场投运装治置的时候箩，收信裕洋度最好维刻持在１２鲁～１５d偷B之间．传达到这个淹目的往往辨是通过投接入通道衰善减损耗来狐完成的．随着通道创衰减损耗值的增加，祝收信起动在电平也逐徒渐变高．4/2器5/2枕02364工程调试通道衰减贴损耗和噪漆声容限关扬系4/25晴/202榆365工程调暴试远方起动冈投入１：横收发信德机内部缸远方起蹈动逻辑恋投入使裤用符。０：丘收发信榜机内部残远方起者动逻辑靠被屏只蔽。善和90赤0系列退保护装搁置配合皂使用多时，矮此定值葵必须整绩定为‘封0’。4/2门5/2皇02366工程调粪试打印口校兽验方式此校验捏方式为鸣装置和刑打印机梨通信的谨串口校祥验方式沃，可以夫整定为帽0（无怎校验）天、1（差偶校验栋）或2魂（奇校努验），让停止位扰为1位导。4/25羡/202疤367工程调试打印口糊波特率此波特率透为装置和哈打印机通拔信的串口告波特率，唯可以整定认为480撤0、96拿00、1犯9200蛋、384即00或者步5760探0bit波s/S。4/25国/202塑368工程调调试发信电锤平，起仁动电平除裕度灯南检测4/25侨/202艺369工程调逢试装置运邮行说明当装置投迁入运行后鱼，正常情林况下面板椅上只有“认正常”和否“监频”额灯亮。4/25遍/202台370工程调躲试运行和故爷障诊断１）“抽正常”型灯熄灭茶：首慢先检查演装置是薪否正常雀上电，鸣电源板获是否插挺紧，其缺次看C鹊PU板谁是否插和紧还是汽有其它爪问题。２）“报粥警”灯亮撇：可以毒在菜单的凝报告显示汤中查看自基检报文，扶自检报文孔中会给出方相应报警盛的原因。4/2杜5/2牧02371工程调光试运行和故樱障诊断３）“橡监频”梅灯闪烁助或者熄览灭：贸则表明晨装置D阵DS回避路有异烤常。４）示打印不膀能正常医打印：燃查实菜义单中“幕装置参赛数”是循否设定也正确。4/25冬/202趁372报告内容立项背惊景装置的岛关键技棚术功能比窝较试验工程调眉试总结4/2小5/2阻023