摘要：從繼電保護校驗要求，電子線路結(jié)構(gòu)剖析，計算機軟件配備等角度，通過調(diào)查、試驗，對目前國內(nèi)外繼電保護微機型試驗裝置的優(yōu)缺點作了對比，供使用者選擇時參考。
關(guān)鍵詞：繼電保護試驗裝置計算機應(yīng)用

隨著新型繼電保護裝置特別是微機保護的推廣應(yīng)用，對測試技術(shù)有了更高的要求，涉及計算機自動測試等先進技術(shù)的繼電保護微機型試驗裝置已成為不可少的專用設(shè)備。為此，電力部已頒發(fā)了“繼電保護微機型試驗裝置技術(shù)條件”，使得選擇試驗裝置有了依據(jù)。有的省電力試驗研究所對進口和國產(chǎn)繼電保護試驗裝置進行了測試，并公布了各種試驗裝置的比對結(jié)果。本文從智能電子儀器的原理和繼電保護試驗校驗要求的綜合角度，簡述目前國內(nèi)外繼電保護微機型試驗裝置的技術(shù)性能及檢驗方法。

1 試驗裝置的電子線路結(jié)構(gòu)特性

微機型試驗裝置是由人機對話設(shè)定輸入電流、電壓的參數(shù)，由程序控制信號源指導(dǎo)電子線路、D／A轉(zhuǎn)換、功率放大，輸出具有一定功率的三相電流、電壓源送給繼電保護裝置，同時接受繼電保護裝置的反饋信息，作出系列響應(yīng)，予以記錄，以達到自動測試結(jié)果，并將結(jié)果以文字、圖表打印報告。

1.1 人機對話

國產(chǎn)的試驗裝置具有漢字菜單，進入各種專用試驗程序，程序界面友好，并有幫助菜單。進口試驗裝置則為英文界面。

1.2參數(shù)設(shè)定

通過屏幕畫面直接輸入或修改參數(shù)，一般試驗裝置在出廠前必須調(diào)整好，使得輸出的電流、電壓信號就是設(shè)定的數(shù)值。由于試驗裝置在自動測試過程中(如二分法漸近)都是電流、電壓突變，一般沒有用儀表監(jiān)測。在日后的試驗中，不論裝置工況如何，就認定設(shè)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，輸出波形削頂或產(chǎn)生自激振蕩或功放回路參數(shù)有了變化，使輸出值和設(shè)定值有誤差，就會造成繼電保護誤整定?，F(xiàn)將國內(nèi)外裝置中解決這些問題的幾種辦法分述如下：

(1)瑞典OMICRONCMC156采用A／D測量自動反饋修正。它的優(yōu)點是當(dāng)功放級尚未飽和時能提高精度。如負荷阻抗較大，功放級飽和后，自動反饋修正的誤差反而會變大，但試驗裝置在誤差超標時能在計算機屏幕上告警。
(2)江西華東電力儀器廠JJC-1H采用專有的失真判別措施，相當(dāng)于用電路比較信號源和輸出是否一致的辦法。若輸出電流、電壓的有效值與計算機設(shè)定值誤差超過3%時，就發(fā)出音響告警，超過5%時延時關(guān)機，并指示誤差相別，避免錯誤整定。JJC-1H試驗裝置設(shè)有電流、電壓回路的開路、短路保護，失真判別措施還加強了電流、電壓電源的開路、短路保護。這是國內(nèi)其它試驗裝置所不具有的。

1.3 程序控制信號源

目前大多數(shù)的試驗裝置都是由數(shù)據(jù)通訊線將微機中已計算的瞬時值數(shù)據(jù)傳往D／A，產(chǎn)生信號源，有的是逐點傳送，有的是批處理傳送，這對試驗波形每周分隔的點數(shù)有很大關(guān)系。

北京威特MRT-02B、廣東昂立的3100D據(jù)悉基波每周只有40個點，幅頻特性很差，諧波疊加和變頻試驗只是定性地，而非定量地進行測量，在這兩個項目中輸出的試驗值與計算機整定值有誤差。

江西華東電力儀器廠JJC-1H試驗裝置為無變壓器輸出，基波每周點數(shù)為180點，幅頻特性大為提高。在疊加2、3、5、7次諧波時，其諧波輸出值和計算機設(shè)定值的誤差不超過3%。從計算機逐點傳送、通訊握手所需機時考慮，每周180點也已到了極限，否則要增加硬件存儲器，實行批處理傳送。但逐點傳送也有它的好處，能仿真輸出長過程的故障信號。

國外試驗裝置都保證任何頻率下每周的點數(shù)有256點，送出的波形十分光滑，幅頻特性很好。在20次諧波時，其和計算機設(shè)定值的誤差均在3％以下，因而做單頻率的試驗時，效果特好。由于采用批處理傳送需要前置存儲器，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。國外試驗裝置容量偏小，增加容量需要增設(shè)功率放大器，增加體積重量，選擇時要考慮應(yīng)用場所。

1.4 數(shù)模變換D／A

數(shù)模變換一般都采用12位或以上。在阻抗元件試驗中，電壓信號可能降得很低，這時信號源的D／A的有效位數(shù)就減少，影響波形的臺階數(shù)。如考慮疊加諧波的幅值裕度，一般相電壓取80V是適宜的。零序電壓3U0一般應(yīng)設(shè)計為100V。

1.5 功率放大級

目前有兩種設(shè)計。一種是經(jīng)變壓器輸出，好處是通過變壓器進行阻抗匹配，充分發(fā)揮功放管的容量，缺點是不能傳送非周期分量，暫態(tài)響應(yīng)和幅頻特性都不好；另一種是無變壓器輸出，暫態(tài)響應(yīng)好，且高電壓、大電流功放管的價格低。使用無變壓器輸出已是目前的趨勢。功放級設(shè)計有很多的關(guān)鍵技術(shù)，與制造廠家硬件投入有關(guān)。對試驗裝置而言，電壓級的功放一般都能滿足，而電流級功放容量要求最大，功放級的功放管參數(shù)選得高低不同，廠家提供容量的表達是不同的，下面只比較電流功放級的容量。

(1)江西華東電力儀器廠JJC-1H參數(shù)為：最大輸出功率300VA／相，電流30 A／相時，輸出到負載上的不失真電壓為10 V。當(dāng)環(huán)境溫度20℃時，30 A電流允許持續(xù)5min，這個指標目前在國內(nèi)國外都是很高的。電流10 A／相時，輸出到負載上的不失真電壓為15 V，此時允許長期工作。在現(xiàn)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3100D試驗裝置只能串6個CT，可見前者帶載能力較大。
(2)瑞典OMICRONCMA 56帶功放裝置后的參數(shù)，經(jīng)江蘇省電力試驗研究所測定：最大輸出功率為150VA／相；電流0～15 A／相時，輸出到負載上不失真的電壓都為10V，電流20 A／相時，輸出到負載上允許的電壓為6.25 V；電流30 A／相時，輸出到負載上的允許電壓只為3.85 V；電流50A／相時，輸出到負載上的允許電壓只為1.413 V。當(dāng)環(huán)境溫度20℃、50A／1.4 V時允許8 min。必須注意，當(dāng)電流超過15A時，功放級的限制是由于熱負荷的原因，在30 A時輸出功率也只有115 VA，可見帶載能力也很小。
(3)新加坡VENUS330和FREJA 300輸出不失真電壓只能達到3.8～3.5 V，輸出帶載能力很低。
(4)北京威特MRT-02 B和廣州昂立3100 D參數(shù)為：輸出電流范圍0～30 A／相，長期允許工作電流10 A／相以下。當(dāng)輸出電流大于10 A／相時，試驗時間不宜超過10s，說明功放級的熱容量不足。

1.6自動加載測試

根據(jù)繼電保護測試項目的要求，試驗裝置能按設(shè)定程序輸出電流、電壓，自動尋找動作邊界。如差動繼電器助磁特性試驗需要同時輸出工頻電流和直流電流，并自動按二分法漸近尋找動作邊界。如直流助磁電流選擇20A，交流動作電流將接近30A，因而大電流下的允許持續(xù)時間是不宜太短的。有的裝置在上述工況下測試會發(fā)生中途超溫停機，使自動尋找邊界過程不能完成。

1.7繼電保護的反饋信息

繼電保護反饋信息有多種，如空接點、電位式、脈沖式，還有正、負極性之分。早期的試驗裝置智能判別很差，需要用改變硬件開關(guān)位置來約定反饋信息的處理，操作不便。目前，國內(nèi)大多數(shù)裝置也同國外裝置一樣，已做到自動智能判別，十分方便。選擇試驗裝置時，同樣要注意這個特點。

1.8試驗數(shù)據(jù)處理

距離保護動作區(qū)試驗是通過自動二分法漸近尋找動作邊界，得到一系列測試結(jié)果，并在屏幕上繪制這些測試點。目前有很多試驗裝置不能用智能擬合的辦法來繪制動作區(qū)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微機繼電保護測試儀開發(fā)了這些軟件：包括阻抗元件動作區(qū)曲線、精工電流曲線、差動保護的助磁特性曲線等的智能擬合程序，尤其是試驗疊加諧波對阻抗元件動作區(qū)的影響時，該程序能描繪非圓曲線的動作區(qū)，并形成一頁完整的試驗報告.

2 如何在實驗室測試試驗裝置的性能

在實驗室測試，往往沒有復(fù)雜的繼電保護，但有較多的儀表和測試裝置。

2.1 幅頻特性測試

較為簡單的方法是用雙線示波器觀測。令試驗裝置在疊加諧波狀態(tài)，其中一相送工頻電壓U1，另一相送高頻電壓Un，計算機設(shè)定它們幅值相等，即U1=Un。如果幅頻特性很好，在示波器上這兩個不同頻率的波形應(yīng)有相同的高度。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，說明信號源波形每周的點數(shù)是很多的。由于沒有阻容平滑，幅頻特性很好。江西華東電力儀器廠JJC-1H試驗裝置每周點數(shù)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試驗裝置，由于每周點數(shù)只40點，采用了較大的阻容平滑措施，因而幅頻特性很差，在5次諧波時，其幅值對計算機設(shè)定值的誤差都已達到了50%以上。

2.2 線性和精度測量

繼電保護試驗主要保證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(yīng)讓試驗裝置從大電流往下逐點試驗，有利于那些熱容量不足的裝置避免過熱。由于D／A的位數(shù)有限，要注意小電壓時的精度，對電流只需校核0.2～30A范圍。OMICRONCMC156由于采用A／D反饋自動修正精度，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，試驗裝置由于D／A的位數(shù)少，失真度會偏大。這一點對微機保護影響不大，由于在小電壓和小電流時，其微機保護的A／D采樣的位數(shù)也減少，讀入的精度也降低，輸出波形的臺階化對測距的影響還不大。
國內(nèi)試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(shù)減小。

2.3 帶載能力

用示波器配合負載電阻測量試驗裝置在輸出波形不失真下的帶載能力時，必需同時指出送多大電流和其輸出波形不失真時的最大電壓。帶載能力測試是重要環(huán)節(jié)，要求可調(diào)的負載電阻阻值在1Ω以下，通流能力在30A。一般不易找到合適的可調(diào)電阻器，可用幾個電抗變壓器串聯(lián)來代替，測量的結(jié)果如附表。當(dāng)通30A時，江西JJC-1H輸出不失真電壓為10～11 V，新加坡VENUS330輸出不失真電壓為3.8V，顯然前者帶載能力要大得

2.4 疊加諧波能力

用諧波儀測試試驗裝置疊加諧波的能力同時可考核精度和幅頻特性。國外裝置由于幅頻特性好，其諧波合成都很好。江西JJC-1H其諧波合成效果也好，送臺階波時，它的響應(yīng)也很快。

對無變壓器輸出的試驗裝置，可用示波器觀測試驗裝置輸出方波和臺階波的能力。

2.5 差動繼電器的助磁特性試驗

該項試驗是考核試驗裝置能否自動進行測試，并如何處理試驗結(jié)果的簡便方法。

2.6 阻抗繼電器動作區(qū)試驗

該項試驗也是考核試驗裝置能否自動進行測試，并如何處理試驗結(jié)果的簡便方法，用以判明其有否疊加諧波或自動描繪擬合曲線的能力。

2.7 阻抗繼電器的精工電流試驗

該項試驗是考核試驗裝置進行動態(tài)測試的能力。如果暫態(tài)響應(yīng)不好，兩次精工電流測量的結(jié)果相差會較大，特別是在小電流下的情況更是如此。這就要分析是保護裝置的暫態(tài)分散還是試驗裝置暫態(tài)特性所引起的。同時要考核精工電流擬合繪線的結(jié)果，尤其是數(shù)據(jù)分散的情況下，擬合繪線是否會產(chǎn)生不合理的振蕩，以此考核繪圖軟件的質(zhì)量問.

3 軟件菜單設(shè)計的審查

軟件豐富與否，也是對試驗裝置的選擇條件。一般來說，常用軟件都應(yīng)具備如下內(nèi)容：

(1)三相電流、電壓能任意設(shè)定初始值、故障值；能疊加諧波；能設(shè)定各段狀態(tài)時區(qū)的長短；能智能判別繼電保護反饋接點的信息；能按一定的模式，自動尋找繼電器臨界動作值。如保持電流和角度不變的情況下，按二分法改變電壓幅值，尋找阻抗元件的臨界動作值。也可保持電流和電壓不變，讓電壓、電流之間的角度連續(xù)變化，看繼電器進入動作區(qū)域的角度范圍。它可用于測量上拋圓特性的阻抗繼電器，也可測量方向繼電器的動作區(qū)。

(2)三相電流、電壓源能獨立變頻，也可根據(jù)需要改變。如做差動保護助磁特性試驗時，其中一相送直流電流，另一相送交流電流。如做差動繼電器的諧波制動特性時，A相送諧波電流，B相送50Hz電流。新加坡VENUS330卻沒有做到分相獨立變頻。

(3)三相電流、電壓也可根據(jù)輸入的線路參數(shù)R、X和選擇的故障類型來自動計算產(chǎn)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等任何一種方式，據(jù)此產(chǎn)生故障信息。

(4)三相電流、電壓的諧波不能隨意疊加。因為一旦基波電流、電壓已設(shè)定，相當(dāng)于線路的參數(shù)R、X已確定。如果諧波電流先隨意設(shè)定，則諧波電壓就必須滿足參數(shù)R、X的制約。

(5)三相電流、電壓還要能設(shè)定多段狀態(tài)的時區(qū)。如正常態(tài)、故障態(tài)、非全相態(tài)、重合于故障態(tài)、切除后態(tài)，以便能校驗綜合重合閘的動作情況。

(6)三相電流、電壓還要能模擬復(fù)雜故障轉(zhuǎn)換。如正常態(tài)、單相接地故障態(tài)15ms(可調(diào))后，再轉(zhuǎn)兩點接地故障態(tài)，這種設(shè)定是考核微機保護對轉(zhuǎn)換性故障的響應(yīng)方式的需要。因為前15ms是單相接地故障，其后是兩點接地故障，故障距離計算的公式對單相接地和兩點接地故障的計算是不一樣的。微機保護此時面臨的問題是，在一個周波的數(shù)據(jù)是混淆數(shù)據(jù)，它究竟按哪個公式計算或是再等待，還是混算?由于新型的繼電保護復(fù)雜，它的內(nèi)核不是很清楚，究竟在運行中它的表現(xiàn)如何?繼電保護微機型試驗裝置要肩負此考核的責(zé)任。

(7)試驗裝置要能產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩時的三相電流、電壓模型，用于試驗振蕩解列裝置；也要能產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩，又伴隨故障的三相電流、電壓(包括先故障，后振蕩或先振蕩，后故障等)的模型。

(8)高級仿真。用EMTP電磁暫態(tài)程序計算故障仿真數(shù)據(jù)，以一定的格式轉(zhuǎn)換成試驗裝置的數(shù)據(jù)文件，用D／A經(jīng)功率放大送出三相仿真的電流、電壓。對于用計算機信息逐點傳送，每周有40點以上的無隔離變壓器的試驗裝置而言，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(nèi)其它裝置也完成了這項工作。每周點數(shù)多一點，仿真更細膩一點。也可計算復(fù)雜故障下的短路電流、電壓，將計算的電流、電壓的幅值和相角直接輸入到試驗裝置的菜單程序中對繼電器進行仿真試驗。

(9)故障信息再現(xiàn)。原則上應(yīng)該可以將故障錄波器記錄數(shù)據(jù)通過試驗裝置予以再現(xiàn)輸出，但這中間也需要進行數(shù)據(jù)文件的翻譯(幅值定標)。如國內(nèi)故障錄波器每周只記錄20點，就要用等距插值法將它轉(zhuǎn)為每周180點(對JJC-1H試驗裝置而言)，對逐點傳送的試驗裝置，可邊插值邊送數(shù)，使輸出更細膩。對于壓縮存儲的數(shù)據(jù)文件，更要妥善處理。

設(shè)備遵循標準

JB/T9641                《試驗變壓器》

GB1094　　　　　　　　《電力變壓器》

GB50150-91-2006　　　　《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》

DL/T 596-1996          《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》

GB1094.1-GB1094.6-96   《外殼防護等級》

GB2900　　　　　　　　《電工名詞術(shù)語》

GB/T16927.1~2-1997　　 《高電壓試驗技術(shù)》

 

1、試驗變壓器技術(shù)參數(shù)

額定容量：5KVA                輸入電壓：200V±10%

輸出電壓：0—50KV             額定電壓下系統(tǒng)局放量≤5PC

輸出電流：100mA                電壓精度：AC 1.5%

電源失真度：＜3%               絕緣介質(zhì)：SF6氣體

工作時間：額定條件下≤5min

外形尺寸：外徑：320mm，高0.7米   重量：40Kg         

2、無局放調(diào)壓器操作箱：5kVA/220V，1臺

     其功能是試驗變壓器的調(diào)壓控制。其工作原理是：通過調(diào)整自耦手動餅式調(diào)壓器輸出電壓，實現(xiàn)試驗變壓器額定電壓范圍內(nèi)的工作電壓調(diào)節(jié)。采用黑色鋁合金箱，PC膜儀器面板，工藝檔次高，外形美觀。同時，操作臺內(nèi)裝有高壓輸出數(shù)顯電壓表，低壓輸入數(shù)顯電流表及過流保護電路。可以方便地讀取試驗電壓值，并能可靠地保護設(shè)備。控制箱內(nèi)有啟動，停止，計時按鈕，及面板上設(shè)有空氣開關(guān)，控制整個電路的電源。其結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠。配有時間繼電器,可對試驗時間有效控制,計時聲光報警.  

參數(shù):

輸入電壓:220V   輸出電壓:0-250V    額定容量:5KVA

工作電流:2  儀表電壓:100V      高壓顯示:AC50KV

外形尺寸:450×300×280mm        重    量:18Kg 

3、隔離濾波變壓器

   參數(shù)：額定容量：5KVA

輸入電壓：220V          輸出電流：25A

輸出電壓：220V            重量：25Kg

外形尺寸：200mm×200mm×200mm

衰減效果： 10KHZ-100KHZ≥ 20db

                  100KHZ-30MKZ≥ 60db

4、耦合電容器

     節(jié)長700mm，節(jié)重15Kg

     一個頂環(huán)    電容量：500PF

局放量≤5PC      耦合電容器：50kV                                  

5、XLR-50KV/8K無局放保護電阻

外形尺寸：直徑60mm*長度600mm

重量：3kg                   

配套試驗連接線、屏蔽罩、屏蔽線等