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徐祥征

(華東交通大學電氣工程學院，江西 南昌 330013)

摘 要：從繼電維護校驗請求、電子線路構造分析、盤算機軟件配備等角度，通過調查、實驗的方式，對目前國內外繼電維護微機型實驗裝置的優毛病作了對照，供使用者選擇時參考。

要害詞：繼電維護；實驗裝置；盤算機利用

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：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

隨著新型繼電維護裝置，特殊是微機維護的推廣利用，對測試技能有了更高的請求，涉及盤算機主動測試等先進技能的繼電維護微機型實驗裝置已成為不可缺乏的專用裝備。為此，電力部已頒發了“繼電維護微機型實驗裝置技能條件”，使選擇實驗裝置有了根據。有的省電力實驗鉆研所對進口和國產繼電維護實驗裝置進行了測試，并頒布了各種實驗裝置的對照成果。本文從智能電子儀器的原理和繼電維護實驗校驗請求的綜合角度，簡述目前國內外繼電維護微機型實驗裝置的技能性能及檢驗方式。

2 實驗裝置的電子線路構造特征

微機型實驗裝置是由人機對話設定輸入電流、電壓的參數，由程序操縱信號源引導電子線路、D/A轉換、功率放大，輸出具有必定功率的三相電流、電壓送給繼電維護裝置，同時接收繼電維護裝置的反饋信息，作出系列響應，予以賭咒，以到達主動測試成果，并將成果以文字、圖表打印報告。

2.1 人機對話

國產的實驗裝置具有漢字菜單，進入各種專用實驗程序，程序界面友愛，并有輔助菜單。進口實驗裝置則為英文界面。

2.2 參數設定

通過屏幕畫面直接輸入或修正參數，一般實驗裝置在出廠前必需調解好，使得輸出的電流、電壓信號就是設定的數值。由于實驗裝置在主動測試歷程中(如二分法漸近)都是電流、電壓突變，一般沒有用儀表監測。在日后的實驗中，不論裝置工況如何，就認定設定值就是輸出值。這里就存在一個大問題，一旦負載阻抗較大，輸出波形削頂或發生自激振蕩或功放回路參數有了變革，使輸出值和設定值有誤差，就會造成繼電維護誤整定。現將國內外裝置中解決這些問題的幾種措施分述如下。

(1)瑞典OMICRON CMC156采納A/D測量主動反饋修改。它的長處是當功放級尚未飽和時能進步精度。如負荷阻抗較大，功放級飽和后，主動反饋修改的誤差反而會變大，但實驗裝置在誤差超標時能在盤算機屏幕上告警。

(2)江西華東電力儀器廠JJC—1H采納專有的失真判別辦法，相當于用電路對比信號源和輸出是否一致的措施。若輸出電流、電壓的有效值與盤算機設定值誤差超過3％時，就發出音響告警，超過5％時延時關機，并唆使誤差相別，避免同伴整定。JJC—111實驗裝置設有電流、電壓回路的開路、短路維護，失真判別辦法還增強了電流、電壓電源的開路、短路維護。這是國內其它實驗裝置所不具有的。

2.3 程序操縱信號源

目前大多數的實驗裝置都是由數據通信線將微機中已盤算的瞬時值數據傳往D/A，發生信號源，有的是逐點傳送，有的是批處置傳送，這對實驗波形每周分隔的點數有很大關系。

北京威特MRT—02B、廣東昂立的3100D據悉基波每周只有40個點，幅頻特征很差，諧波疊加和變頻實驗只是定性地，而非定量地進行測量，在這兩個項目中輸出的實驗值與盤算機整定值有誤差。

江西華東電力儀器廠JJC—1H實驗裝置為無變壓器輸出，基波每周點為180點，幅頻特征大為進步。在疊加2、3、5、7次諧波時，其諧波輸出值和盤算機設定值的誤差不超過3％。從盤算機逐點傳送、通信握手所需機時斟酌，每周180點也已到了極限，否則要增添硬件存儲器，履行批處置傳送。但逐點傳送也有它的利益，能仿真輸出長歷程的故障信號。

國外實驗裝置都保證任何頻率下海周的點數有256點，送出的波形十分光滑，幅頻特征很好。在20次諧波時，其和盤算機設定值的誤差均在3％以下，因而做單頻率的實驗時，后果特好。由于采納批處置傳送須要前置存儲器，而前置存儲器容量有限，在故障仿真時，仿真信息的長度就有限制。國外實驗裝置容量偏小，增添容量須要增設功率放大器，增添體積重量，選擇時要斟酌利用場合。

2.4 數模變換D/A

數模變換一般都采納12位或以上。在阻抗元件實驗中，電壓信號可能降得很低，這時信號源的D/A的有效位數就減少，影響波形的臺階數。如斟酌疊加諧波的幅值裕度，一般相電壓取80V是適合的。零序電壓3Uo一般應設計為100V。

2.5 功率放大級

目前有兩種設計。一種是經變壓器輸出，利益是通過變壓器進行阻抗匹配，充沛施展功放管的容量，毛病是不能傳送非周期分量，暫態響應和幅頻特征都不好；另一種是無變壓器輸出，暫態響應好，且高電壓、大電流功放管的價錢低。使用無變壓器輸出已是目前的趨勢。功放級設計有很多的要害技能，與制作廠家硬件投入有關。對實驗裝置而言，電壓級的功放一般都能滿足，而電流級功放容量請求最大，功放級的功放管參數選得上下不同，廠家供應容量的表達是不同的，下面只對比電流功放級的容量。

(1)江西華東電力儀器廠JJC—1H參數為：最大輸出功率300VA/相，電流30A/相時，輸出到負載上的不失真電壓為10V。當環境溫度20℃時，30A電流容許繼續5min，這個指標目前在國內外都是很高的。電流10A/相時，輸出到負載上的不失真電壓為15V，此時容許長期工作。在現場用JJC—1H校驗故障錄波器的電流時，可同時串24個CT，而同樣條件下昂立3100—D實驗裝置只能串6個CT，可見前者帶載才能較大。

(2)瑞典CMC156、OMICRON、CMA156帶功放裝置后的參數，經江蘇省電力實驗鉆研所測定：最大輸出功率為150VA/相，電流0～15A/相時，輸出到負載上不失真的電壓都為10V；電流20A/相時，輸出到負載上容許的電壓為6.25V；電流30A/相時，輸出到負載上的容許電壓只為3.85V；電流50A/相時，輸出到負載上的容許電壓只為1.413V。當環境溫度20℃、50A/1.4V時容許8min。必需注意，當電流超過15A時，功放級的限制是由于熱負荷的原因，在30A時輸出功率也只有115VA，可見帶載才能也很小。

(3)新加坡VENUS330和FREJA300輸出不失真電壓只能到達3.8～3.5V，輸出帶載才能很低。

(4)北京威特MRT—02B和廣州昂立3100D參數為：輸出電流范疇0～30A/相，長期容許工作電流10A/相以下。當輸出電流大于10A/相時，實驗光陰不宜超過10s，闡明功放級的熱容量不足。

2.6 主動加載測試

依據繼電維護測試項目標請求，實驗裝置能按設定程序輸出電流、電壓，主動尋找動作邊界。如差動繼電器助磁特征實驗須要同時輸出工頻電流和直流電流，并主動按二分法漸近尋找動作邊界。如直流助磁電流選擇20A，交換動作電流將接近30A，因而大電流下的容許繼續光陰是不宜太短的。有的裝置在上述工況下測試會產生中途超溫停機，使主動尋找邊界歷程不能完成。

2.7 繼電維護的反饋信息

繼電維護反饋信息有多種，如空接點、電位式、脈沖式，還有正、負極性之分。早期的實驗裝置智能判別很差，須要用轉變硬件開關地位來商定反饋信息的處置，操作不便。目前，國內大多數裝置也同國外裝置一樣，已做到主動智能判別，十分便利。選擇實驗裝置時，同樣要注意這個特性。

2.8 實驗數據處置

距離維護動作區實驗是通過主動二分法漸近尋找動作邊界，得到一系列測試成果，并在屏幕上繪制這些測試點。目前有很多實驗裝置不能用智能擬合的措施來繪制動作區曲線，也得不到實測的動作阻抗，因而表達不出實測的阻抗和整定值有多少誤差。江西華東電力儀器廠JJC—1H微機繼電維護測試儀開發了這些軟件：包含阻抗元件動作區曲線、精工電流曲線、差動維護的助磁特征曲線等的智能擬合程序，尤其是實驗疊加諧波對阻抗元件動作區的影響時，該程序能刻畫非圓曲線的動作區，并形成一頁完全的實驗報告(見圖1、圖2)

圖1 諧波對阻抗繼電器動作區的影響

圖2 差動繼電器比率制動特征

3 如何在試驗室測試實驗裝置的性能

在試驗室測試，往往沒有繁雜的繼電維護，但有較多的儀表和測試裝置。

3.1 幅頻特征測試

較為簡略的方式是用雙線示波器觀測。令實驗裝置在疊加諧波狀況，其中一相送工頻電壓U1，另一相送高頻電壓Un，盤算機設定它們幅值相等，即U1=Un。如果幅頻特征很好，在示波器上這兩個不同頻率的波形應有雷同的高度。國外裝置在高頻頻率為1000Hz時，兩個波形的幅值是一樣高，從高頻波形看曲線依然光滑，闡明信號源波形每周的點數是很多的。由于沒有阻容平滑，幅頻特征很好。江西華東電力儀器廠JJC—1H實驗裝置每周點數為180點，在高頻頻率為350Hz以下時，兩個波形的幅值是一樣高。北京威特MRT—02B實驗裝置，由于每周點數只40點，采納了較大的阻容平滑辦法，因而幅頻特征很差，在5次諧波時，其幅值對盤算機設定值的誤差都已到達了50％以上。

3.2 線性和精度測量

繼電維護實驗重要保證50Hz下的線性和精度，這可用一般的電流、電壓表對其進行校驗。對電流精度的校驗，應讓實驗裝置從大電流往下逐點實驗，有利于那些熱容量不足的裝置避免過熱。由于D/A的位數有限，要注意小電壓時的精度，對電流只需校核0.2～30A范疇。OMICRONCMC156由于采納A/D反饋主動修改精度，故精度和線性均很好。欠缺的是輸出容量較小，往往在小電壓和小電流時，實驗裝置由于D/A的位數少，失真度會偏大。這一點對微機維護影響不大，由于在小電壓和小電流時，其微機維護的AD采樣的位數也減少，讀入的精度也下降，輸出波形的臺階化對測距的影響還不少。

國內實驗裝置在工頻時的精度一般都很好，但在小電壓下的精度要差些，原因是A/D位數減少。

3.3 帶載才能

用示波器配合負載電阻測量實驗裝置在輸出波形不失真下的帶載才能時，必須同時指出送多大電流和其輸出波形不失真的的最大電壓。帶載才能測試是首要環節，請求可調的負載電阻阻值在1Ω以下，通流才能在30A。一般不易找到適宜的可調電阻器，可用幾個電抗變壓器串聯來取代，測量的成果如表1。當通30A時，江西JJC—1H輸出不失真電壓為10～11V，新加坡VENUS330輸出不失真電壓為3.8V，顯然前者帶載才能要大得多。

3.4 疊加諧波才能

用諧波儀測試實驗裝置疊加諧波的才能同時可考查精度和幅頻特征。國外裝置由于幅頻特征好，其諧波合成都很好。江西JJC—1H其諧波合成后果也好，送臺階波時，它的響應也很快。

對無變壓器輸出的實驗裝置，可用示波器觀測實驗裝置輸出方波和臺階波的才能。

3.5 差動繼電器的助磁特征實驗

該項實驗是考查實驗裝置能否主動進行測試，并如何處置實驗成果的簡便方式。

3.6 阻抗繼電器動作區實驗

該項實驗也是考查實驗裝置能否主動進行測試，并如何處置實驗成果的簡便方式，用以判明其有否疊加諧波或主動刻畫擬合曲線的才能。

3.7 阻抗繼電器的精工電流實驗

該項實驗是考查實驗裝置進舉措態測試的才能。如果暫態響應不好，兩次精工電流測量的成果相差會較大，特殊是在小電流下的情形更是如此。這就要剖析是維護裝置的暫態疏散還是實驗裝置暫態特征所引起的。同時要考查精工電流擬合繪線的成果，尤其是數據疏散的情形下，擬合繪線是否會發生不合理的振蕩，以此考查繪圖軟件的質量問題(圖3)。國內外繼電維護微機型實驗裝置的性能對比見表1。

圖3 精工電流曲線擬合

4 軟件菜單設計的審查

軟件豐厚與否，也是對實驗裝置的選擇條件。一般來說，常用軟件都應具備如下內容：

(1)三相電流、電壓能任意設定初始值、故障值；能疊加諧波；能設定各段狀況時區的長短；能智能判別繼電維護反饋接點的信息；能按必定的模式，主動尋找繼電器臨界動作值。如維持電流和角度不變的情形下，按二分法轉變電壓幅值，尋找阻抗元件的臨界動作值。也可維持電流和電壓不變，讓電壓、電流之間的角度持續變革，看繼電器進入動作區域的角度范疇。它可用于測量上拋圓特征的阻抗繼電器，也可測量方向繼電器的動作區。

(2)三相電流、電壓源能獨立變頻，也可依據須要轉變。如做差動維護助磁特征實驗時，其中一相送直流電流，另一相送交換電流。如做差動繼電器的諧波制動特征時，A相送諧波電流，B相送50Hz電流。新加坡VENUS 330卻沒有做到分相獨立變頻。

(3)三相電流、電壓也可依據輸入的線路參數R、X和選擇的故障類型來主動盤算發生。這一點FREJA300做得較好，它可以輸入R、X；或Z、Φ；或I、Z；或U、I；或U、Φ等任何一種方法，據此發生故障信息。

(4)三相電流、電壓的諧波不能隨便疊加。因為一旦基波電流、電壓已設定，相當于線路的參數R、X已判斷。如果諧波電流先隨便設定，則諧波電壓就必需滿足參數R、X的制約。

(5)三相電流、電壓要能設定多段狀況的時區。如正常態、故障態、非全相態、重合于故障態、切除后態，以便能校驗綜合重合閘的動作情形。

(6)三相電流、電壓要能模仿繁雜故障轉換。如正常態、單相接地故障態15ms(可調)后，再轉兩點接地故障態，這種設定是考查微機維護對轉換性故障的響應方法的須要。因為前15ms是單相接地故障，其后是兩點接地故障，故障距離盤算的公式對單相接地和兩點接地故障的盤算是不一樣的。微機維護此時面臨的問題是，在一個周波的數據是混雜數據，它畢竟按哪個公式盤算或是再等候，還是混算?由于新型的繼電維護繁雜，它的內核不是很明白，畢竟在運行中它的表示如何?繼電維護微機型實驗裝置要肩負此考查的義務。

(7)實驗裝置要能發生體系振蕩時的三相電流、電壓模型，用于實驗振蕩解列裝置；也要能發生體系振蕩，又伴同故障的三相電流、電壓(包含先故障，后振蕩或先振蕩，后故障等)的模型。

(8)高檔仿真。用EMTP電磁暫態程序盤算故障仿真數據，以必定的款式轉換成實驗裝置的數據文件，用D/A經功率放大送出三相仿真的電流、電壓。對于用盤算機信息逐點傳送，每周有40點以上的無隔離變壓器的實驗裝置而言，做到這點并不難，北京威特MRT—02完成故障仿真工作較早，而后國內其它裝置也完成了這項工作。每周點數多一點，仿真更細膩一點。也可盤算繁雜故障下短路電流、電壓，將盤算的電流、電壓的幅值和相角直接輸入到實驗裝置的菜單程序中對繼電器進行仿真實驗。

(9)故障信息再現。原則上應當可以將故障錄波器賭咒數據通過實驗裝置予以再現輸出，但這中間也須要進行數據文件的翻譯(幅值定標)。如國內故障錄波器每周只賭咒20點，就要用等距插值法將它轉為每周180點(對JJC—1H實驗裝置而言)，對逐點傳送的實驗裝置，可邊插值邊送數，使輸出更細膩。對于收縮存儲的文件，更要妥當處置。

參考文獻

[1]國內外繼電維護微機實驗裝置.JJC—1H/ CMCMC156/CMA56/VENUS330/FREJA300/MRT —0202B/3100D產品闡明書，2003

收稿日期：2004-05-10

作者簡介：徐祥征(1965-)，男，副教授，重要從事電力體系剖析和操縱方面的鉆研。