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徐祥征

(华东交通大学电气工程学院，江西 南昌 330013)

摘 要：从继电维护校验请求、电子线路构造分析、盘算机软件配备等角度，通过调查、实验的方式，对目前国内外继电维护微机型实验装置的优毛病作了对照，供使用者选择时参考。

要害词：继电维护；实验装置；盘算机利用

中图分类号：TM774 文献标识码：B

Study on Configuration for Relay Protection

XU Xiang—zheng

(School of Electrical Engineering,East China Jiaotong University,Jiangxi Nanchang 330013,China)

Abstract：By means of inverstigation and test，this paper compares the characteristics of microcomputer—testers for present at home and abroad from relay protection in alignment requirement and circuit constroction and software contiguration and so on.The consequence offers reference to users，which choose microcomputer—testcrs of relay protection.

Key words：relay protection；test device；computer application

1 引言

随着新型继电维护装置，特殊是微机维护的推广利用，对测试技能有了更高的请求，涉及盘算机主动测试等先进技能的继电维护微机型实验装置已成为不可缺乏的专用装备。为此，电力部已颁发了“继电维护微机型实验装置技能条件”，使选择实验装置有了根据。有的省电力实验钻研所对进口和国产继电维护实验装置进行了测试，并颁布了各种实验装置的对照成果。本文从智能电子仪器的原理和继电维护实验校验请求的综合角度，简述目前国内外继电维护微机型实验装置的技能性能及检验方式。

2 实验装置的电子线路构造特征

微机型实验装置是由人机对话设定输入电流、电压的参数，由程序操纵信号源引导电子线路、D/A转换、功率放大，输出具有必定功率的三相电流、电压送给继电维护装置，同时接收继电维护装置的反馈信息，作出系列响应，予以赌咒，以到达主动测试成果，并将成果以文字、图表打印报告。

2.1 人机对话

国产的实验装置具有汉字菜单，进入各种专用实验程序，程序界面友爱，并有辅助菜单。进口实验装置则为英文界面。

2.2 参数设定

通过屏幕画面直接输入或修正参数，一般实验装置在出厂前必需调解好，使得输出的电流、电压信号就是设定的数值。由于实验装置在主动测试历程中(如二分法渐近)都是电流、电压突变，一般没有用仪表监测。在日后的实验中，不论装置工况如何，就认定设定值就是输出值。这里就存在一个大问题，一旦负载阻抗较大，输出波形削顶或发生自激振荡或功放回路参数有了变革，使输出值和设定值有误差，就会造成继电维护误整定。现将国内外装置中解决这些问题的几种措施分述如下。

(1)瑞典OMICRON CMC156采纳A/D测量主动反馈修改。它的长处是当功放级尚未饱和时能进步精度。如负荷阻抗较大，功放级饱和后，主动反馈修改的误差反而会变大，但实验装置在误差超标时能在盘算机屏幕上告警。

(2)江西华东电力仪器厂JJC—1H采纳专有的失真判别办法，相当于用电路对比信号源和输出是否一致的措施。若输出电流、电压的有效值与盘算机设定值误差超过3％时，就发出音响告警，超过5％时延时关机，并唆使误差相别，避免同伴整定。JJC—111实验装置设有电流、电压回路的开路、短路维护，失真判别办法还增强了电流、电压电源的开路、短路维护。这是国内其它实验装置所不具有的。

2.3 程序操纵信号源

目前大多数的实验装置都是由数据通信线将微机中已盘算的瞬时值数据传往D/A，发生信号源，有的是逐点传送，有的是批处置传送，这对实验波形每周分隔的点数有很大关系。

北京威特MRT—02B、广东昂立的3100D据悉基波每周只有40个点，幅频特征很差，谐波叠加和变频实验只是定性地，而非定量地进行测量，在这两个项目中输出的实验值与盘算机整定值有误差。

江西华东电力仪器厂JJC—1H实验装置为无变压器输出，基波每周点为180点，幅频特征大为进步。在叠加2、3、5、7次谐波时，其谐波输出值和盘算机设定值的误差不超过3％。从盘算机逐点传送、通信握手所需机时斟酌，每周180点也已到了极限，否则要增添硬件存储器，履行批处置传送。但逐点传送也有它的利益，能仿真输出长历程的故障信号。

国外实验装置都保证任何频率下海周的点数有256点，送出的波形十分光滑，幅频特征很好。在20次谐波时，其和盘算机设定值的误差均在3％以下，因而做单频率的实验时，后果特好。由于采纳批处置传送须要前置存储器，而前置存储器容量有限，在故障仿真时，仿真信息的长度就有限制。国外实验装置容量偏小，增添容量须要增设功率放大器，增添体积重量，选择时要斟酌利用场合。

2.4 数模变换D/A

数模变换一般都采纳12位或以上。在阻抗元件实验中，电压信号可能降得很低，这时信号源的D/A的有效位数就减少，影响波形的台阶数。如斟酌叠加谐波的幅值裕度，一般相电压取80V是适合的。零序电压3Uo一般应设计为100V。

2.5 功率放大级

目前有两种设计。一种是经变压器输出，利益是通过变压器进行阻抗匹配，充沛施展功放管的容量，毛病是不能传送非周期分量，暂态响应和幅频特征都不好；另一种是无变压器输出，暂态响应好，且高电压、大电流功放管的价钱低。使用无变压器输出已是目前的趋势。功放级设计有很多的要害技能，与制作厂家硬件投入有关。对实验装置而言，电压级的功放一般都能满足，而电流级功放容量请求最大，功放级的功放管参数选得上下不同，厂家供应容量的表达是不同的，下面只对比电流功放级的容量。

(1)江西华东电力仪器厂JJC—1H参数为：最大输出功率300VA/相，电流30A/相时，输出到负载上的不失真电压为10V。当环境温度20℃时，30A电流容许继续5min，这个指标目前在国内外都是很高的。电流10A/相时，输出到负载上的不失真电压为15V，此时容许长期工作。在现场用JJC—1H校验故障录波器的电流时，可同时串24个CT，而同样条件下昂立3100—D实验装置只能串6个CT，可见前者带载才能较大。

(2)瑞典CMC156、OMICRON、CMA156带功放装置后的参数，经江苏省电力实验钻研所测定：最大输出功率为150VA/相，电流0～15A/相时，输出到负载上不失真的电压都为10V；电流20A/相时，输出到负载上容许的电压为6.25V；电流30A/相时，输出到负载上的容许电压只为3.85V；电流50A/相时，输出到负载上的容许电压只为1.413V。当环境温度20℃、50A/1.4V时容许8min。必需注意，当电流超过15A时，功放级的限制是由于热负荷的原因，在30A时输出功率也只有115VA，可见带载才能也很小。

(3)新加坡VENUS330和FREJA300输出不失真电压只能到达3.8～3.5V，输出带载才能很低。

(4)北京威特MRT—02B和广州昂立3100D参数为：输出电流范畴0～30A/相，长期容许工作电流10A/相以下。当输出电流大于10A/相时，实验光阴不宜超过10s，阐明功放级的热容量不足。

2.6 主动加载测试

依据继电维护测试项目标请求，实验装置能按设定程序输出电流、电压，主动寻找动作边界。如差动继电器助磁特征实验须要同时输出工频电流和直流电流，并主动按二分法渐近寻找动作边界。如直流助磁电流选择20A，交换动作电流将接近30A，因而大电流下的容许继续光阴是不宜太短的。有的装置在上述工况下测试会产生中途超温停机，使主动寻找边界历程不能完成。

2.7 继电维护的反馈信息

继电维护反馈信息有多种，如空接点、电位式、脉冲式，还有正、负极性之分。早期的实验装置智能判别很差，须要用转变硬件开关地位来商定反馈信息的处置，操作不便。目前，国内大多数装置也同国外装置一样，已做到主动智能判别，十分便利。选择实验装置时，同样要注意这个特性。

2.8 实验数据处置

距离维护动作区实验是通过主动二分法渐近寻找动作边界，得到一系列测试成果，并在屏幕上绘制这些测试点。目前有很多实验装置不能用智能拟合的措施来绘制动作区曲线，也得不到实测的动作阻抗，因而表达不出实测的阻抗和整定值有多少误差。江西华东电力仪器厂JJC—1H微机继电维护测试仪开发了这些软件：包含阻抗元件动作区曲线、精工电流曲线、差动维护的助磁特征曲线等的智能拟合程序，尤其是实验叠加谐波对阻抗元件动作区的影响时，该程序能刻画非圆曲线的动作区，并形成一页完全的实验报告(见图1、图2)

图1 谐波对阻抗继电器动作区的影响

图2 差动继电器比率制动特征

3 如何在试验室测试实验装置的性能

在试验室测试，往往没有繁杂的继电维护，但有较多的仪表和测试装置。

3.1 幅频特征测试

较为简略的方式是用双线示波器观测。令实验装置在叠加谐波状况，其中一相送工频电压U1，另一相送高频电压Un，盘算机设定它们幅值相等，即U1=Un。如果幅频特征很好，在示波器上这两个不同频率的波形应有雷同的高度。国外装置在高频频率为1000Hz时，两个波形的幅值是一样高，从高频波形看曲线依然光滑，阐明信号源波形每周的点数是很多的。由于没有阻容平滑，幅频特征很好。江西华东电力仪器厂JJC—1H实验装置每周点数为180点，在高频频率为350Hz以下时，两个波形的幅值是一样高。北京威特MRT—02B实验装置，由于每周点数只40点，采纳了较大的阻容平滑办法，因而幅频特征很差，在5次谐波时，其幅值对盘算机设定值的误差都已到达了50％以上。

3.2 线性和精度测量

继电维护实验重要保证50Hz下的线性和精度，这可用一般的电流、电压表对其进行校验。对电流精度的校验，应让实验装置从大电流往下逐点实验，有利于那些热容量不足的装置避免过热。由于D/A的位数有限，要注意小电压时的精度，对电流只需校核0.2～30A范畴。OMICRONCMC156由于采纳A/D反馈主动修改精度，故精度和线性均很好。欠缺的是输出容量较小，往往在小电压和小电流时，实验装置由于D/A的位数少，失真度会偏大。这一点对微机维护影响不大，由于在小电压和小电流时，其微机维护的AD采样的位数也减少，读入的精度也下降，输出波形的台阶化对测距的影响还不少。

国内实验装置在工频时的精度一般都很好，但在小电压下的精度要差些，原因是A/D位数减少。

3.3 带载才能

用示波器配合负载电阻测量实验装置在输出波形不失真下的带载才能时，必须同时指出送多大电流和其输出波形不失真的的最大电压。带载才能测试是首要环节，请求可调的负载电阻阻值在1Ω以下，通流才能在30A。一般不易找到适宜的可调电阻器，可用几个电抗变压器串联来取代，测量的成果如表1。当通30A时，江西JJC—1H输出不失真电压为10～11V，新加坡VENUS330输出不失真电压为3.8V，显然前者带载才能要大得多。

3.4 叠加谐波才能

用谐波仪测试实验装置叠加谐波的才能同时可考查精度和幅频特征。国外装置由于幅频特征好，其谐波合成都很好。江西JJC—1H其谐波合成后果也好，送台阶波时，它的响应也很快。

对无变压器输出的实验装置，可用示波器观测实验装置输出方波和台阶波的才能。

3.5 差动继电器的助磁特征实验

该项实验是考查实验装置能否主动进行测试，并如何处置实验成果的简便方式。

3.6 阻抗继电器动作区实验

该项实验也是考查实验装置能否主动进行测试，并如何处置实验成果的简便方式，用以判明其有否叠加谐波或主动刻画拟合曲线的才能。

3.7 阻抗继电器的精工电流实验

该项实验是考查实验装置进举措态测试的才能。如果暂态响应不好，两次精工电流测量的成果相差会较大，特殊是在小电流下的情形更是如此。这就要剖析是维护装置的暂态疏散还是实验装置暂态特征所引起的。同时要考查精工电流拟合绘线的成果，尤其是数据疏散的情形下，拟合绘线是否会发生不合理的振荡，以此考查绘图软件的质量问题(图3)。国内外继电维护微机型实验装置的性能对比见表1。

图3 精工电流曲线拟合

4 软件菜单设计的审查

软件丰厚与否，也是对实验装置的选择条件。一般来说，常用软件都应具备如下内容：

(1)三相电流、电压能任意设定初始值、故障值；能叠加谐波；能设定各段状况时区的长短；能智能判别继电维护反馈接点的信息；能按必定的模式，主动寻找继电器临界动作值。如维持电流和角度不变的情形下，按二分法转变电压幅值，寻找阻抗元件的临界动作值。也可维持电流和电压不变，让电压、电流之间的角度持续变革，看继电器进入动作区域的角度范畴。它可用于测量上抛圆特征的阻抗继电器，也可测量方向继电器的动作区。

(2)三相电流、电压源能独立变频，也可依据须要转变。如做差动维护助磁特征实验时，其中一相送直流电流，另一相送交换电流。如做差动继电器的谐波制动特征时，A相送谐波电流，B相送50Hz电流。新加坡VENUS 330却没有做到分相独立变频。

(3)三相电流、电压也可依据输入的线路参数R、X和选择的故障类型来主动盘算发生。这一点FREJA300做得较好，它可以输入R、X；或Z、Φ；或I、Z；或U、I；或U、Φ等任何一种方法，据此发生故障信息。

(4)三相电流、电压的谐波不能随便叠加。因为一旦基波电流、电压已设定，相当于线路的参数R、X已判断。如果谐波电流先随便设定，则谐波电压就必需满足参数R、X的制约。

(5)三相电流、电压要能设定多段状况的时区。如正常态、故障态、非全相态、重合于故障态、切除后态，以便能校验综合重合闸的动作情形。

(6)三相电流、电压要能模仿繁杂故障转换。如正常态、单相接地故障态15ms(可调)后，再转两点接地故障态，这种设定是考查微机维护对转换性故障的响应方法的须要。因为前15ms是单相接地故障，其后是两点接地故障，故障距离盘算的公式对单相接地和两点接地故障的盘算是不一样的。微机维护此时面临的问题是，在一个周波的数据是混杂数据，它毕竟按哪个公式盘算或是再等候，还是混算?由于新型的继电维护繁杂，它的内核不是很明白，毕竟在运行中它的表示如何?继电维护微机型实验装置要肩负此考查的义务。

(7)实验装置要能发生体系振荡时的三相电流、电压模型，用于实验振荡解列装置；也要能发生体系振荡，又伴同故障的三相电流、电压(包含先故障，后振荡或先振荡，后故障等)的模型。

(8)高档仿真。用EMTP电磁暂态程序盘算故障仿真数据，以必定的款式转换成实验装置的数据文件，用D/A经功率放大送出三相仿真的电流、电压。对于用盘算机信息逐点传送，每周有40点以上的无隔离变压器的实验装置而言，做到这点并不难，北京威特MRT—02完成故障仿真工作较早，而后国内其它装置也完成了这项工作。每周点数多一点，仿真更细腻一点。也可盘算繁杂故障下短路电流、电压，将盘算的电流、电压的幅值和相角直接输入到实验装置的菜单程序中对继电器进行仿真实验。

(9)故障信息再现。原则上应当可以将故障录波器赌咒数据通过实验装置予以再现输出，但这中间也须要进行数据文件的翻译(幅值定标)。如国内故障录波器每周只赌咒20点，就要用等距插值法将它转为每周180点(对JJC—1H实验装置而言)，对逐点传送的实验装置，可边插值边送数，使输出更细腻。对于收缩存储的文件，更要妥当处置。

参考文献

[1]国内外继电维护微机实验装置.JJC—1H/ CMCMC156/CMA56/VENUS330/FREJA300/MRT —0202B/3100D产品阐明书，2003

收稿日期：2004-05-10

作者简介：徐祥征(1965-)，男，副教授，重要从事电力体系剖析和操纵方面的钻研。