繼電保護測試技術(shù)概述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)。長期以來我國電力系統(tǒng)往往采用移相器、自耦調(diào)壓器、升流器和滑桿電阻等調(diào)整三相電壓和三相電流的幅值和相位，以調(diào)試各種繼電保護和自動裝置。同時，還需要較精密的電壓表、電流表、相位表、頻率計和毫秒計等儀器對試驗中要讀取的物理量進行測量才能完成整個測試過程。采用這種測試手段，不僅設(shè)備搬運困難、占用現(xiàn)場面積大，而且在測試中需要反復(fù)調(diào)節(jié)各種參量，依靠人工讀取、記錄試驗數(shù)據(jù)。這種方法不但調(diào)試手段初級、功能少和不能進行復(fù)雜試驗的不足，而且容易接錯線，勞動強度大、調(diào)試時間長。概述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。繼電保護試驗裝置發(fā)展概述組合型試驗裝置在完整的試驗裝置雛型問世以前，測試對象是由電壓繼電器、電流繼電器、阻抗繼電器、功率方向繼電器組成的簡單保護，測試手段往往借助于移相器、調(diào)壓器、升流器及滑線變阻器等設(shè)備，是典型的“地攤”的測試方式，容易接錯線、調(diào)試時間長、測試功能單一及測試精度不高的不足引發(fā)了將這些設(shè)備集中組裝的試驗臺或試驗箱的需求，這種集中組裝式的試驗設(shè)備的問世在某種程度上改進了原始的“地攤式”的測試方式，縮短了測試時間，減少了人為錯誤，改善了試驗工作的條件，主要在一些繼電器生產(chǎn)廠家得到推廣運用。組合型測試裝置集成電路型試驗裝置這種類型的試驗裝置在原理上仍沒有大的突破。在具體的實現(xiàn)上采用集成電路芯片進行控制，顯示方式上采用數(shù)碼顯示，自帶一些數(shù)字式的相位計，毫秒計、電流電壓表。在具體使用的方便性及體積上均有所改進。數(shù)字控制型試驗裝置這種類型的試驗裝置的研制始于八十年代中期，若嚴格劃分，數(shù)字控制型試驗裝置又可分為單機片或單板機控制型和微型計算機控制型兩種，這種試驗裝置主要利用單片機或微型計算機的計算存儲功能，以編制軟件產(chǎn)生試驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換電路取得弱電信號源，再經(jīng)過功率放大器將弱電信號放大成被試保護裝置需要相當(dāng)于真正PT和CT的二次側(cè)的電壓、電流信號,單片機控制方式的試驗裝置問世于八十年代末,由于主要借助于小健盤,數(shù)碼管或LED來控制試驗裝置的運行,沒有簡潔明了的人機界面,可以認為是組合型裝置向數(shù)字控制型裝置的一種過渡產(chǎn)品。而當(dāng)前常見的微機控制型試驗裝置是九十年代初期出現(xiàn)的，新技術(shù)含量高，操作方便等優(yōu)點使其普及較快，但部分功能不足和性能缺陷已經(jīng)暴露這類試驗裝置不能完全適應(yīng)繼電保護測試的一面。盡管如此，微機型試驗裝置仍是一大發(fā)展趨勢，隨著計算機技術(shù)，測試技術(shù)的進步，目前部分裝置中暴露的問題都是可以得到解決的。微機型繼電保護測試裝置的性能特點

微機型繼電保護測試裝置以微機為主體，由它產(chǎn)生電壓、電流信號，然后經(jīng)電壓放大器和電流放大器對信號進行放大，得到繼保測試中所需要的電壓和電流激勵量。因為采用微機可編程原理，因而具有以下優(yōu)點：采用人機對話方式，操作簡便。試驗結(jié)果可存盤并可通過打印機打印出試驗報告及動作特性曲線。不需外接表計、接線簡單。通過變量變化步長、變化時間以及變化方式的設(shè)置，對各種交直流繼電器進行手動和程控測試。微機繼電保護測試儀功能為適應(yīng)各類繼電器、保護及安全自動裝置的測試與整定，試驗裝置應(yīng)具備以下功能。測試方式的設(shè)定

a)人工測試方式b)自動測試方式測試模式的設(shè)定

a)標準測試模式。

b)專用測試模式。c)用戶自定（可編程）測試模式。輸出電壓、電流的頻率可調(diào)，對頻率繼電器和低周減載裝置進行定值校驗和df/dt試驗。能自動搜索各種原理繼電器的定值、動作時間及動作特性曲線。因為不同性能的保護對“暫態(tài)故障”和“靜態(tài)故障”的反應(yīng)不一樣，采用微機型繼保測試裝置能自動搜索方向阻抗繼電器分別在正向和反向短路故障時的暫態(tài)阻抗動作特性以及正方向故障時的靜態(tài)阻抗特性。能正確模擬電力系統(tǒng)各種類型的瞬時、永久以及轉(zhuǎn)換性故障?？赡M負荷電量，負荷電流從空載到滿載可隨意設(shè)置。通過功率角的設(shè)置，可模擬因負荷電流而引起的附加阻抗對送電側(cè)或受電側(cè)保護裝置的影響?？稍O(shè)置故障時的合閘角，在故障瞬間疊加直流衰減分量，用于測試量度繼電器的暫態(tài)特性和動態(tài)超越。當(dāng)保護不帶重合閘時，具有仿重合閘功能。仿真現(xiàn)場實際斷路器的動作，當(dāng)測試裝置接收到保護跳閘信號后，斷路器延遲一段時間動作，且在該相電流過零時斷開。當(dāng)測試裝置接收到合閘信號后，斷路器延遲合閘。延遲時間可設(shè)置。動作特性搜索方式的程設(shè)定

模擬動態(tài)故障時的動作特性搜索方式

a)極坐標方式（Z―Ф）阻抗動作特性。

b)直角坐標方式（X―R）阻抗動作特性。

c)阻抗（Z/t）階梯動作特性。

d)電流（I/t）階梯動作特性。

e)電壓（U/t）階梯動作特性。

f)頻率（f/t）階梯動作特性。

g)最小精確工作電流。

h)最小精確工作電壓。用戶自定（可編程）搜索方式。系統(tǒng)振蕩仿真功能。可設(shè)置系統(tǒng)電源和負荷參數(shù)、振蕩周期和功角搖擺范圍，測試保護裝置的動作特性。故障錄波再現(xiàn)功能。把通過故障錄波裝置或其它記錄方式記錄到的現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)，通過測試裝置輸出再現(xiàn)當(dāng)時故障。采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）對測試裝置的輸出量進行遠程同步，實現(xiàn)對高頻功率方向和高頻相差保護的整組試驗。變頻功能電流變頻，各相應(yīng)能觸立可調(diào)。電壓變頻，各相應(yīng)能獨立可調(diào)。電流與電壓均變頻。疊加直流功能疊加直流功能應(yīng)具備由交流量合閘相位與直流衰減時間常數(shù)確定疊加直流分量和用戶自定義疊加直流分量兩種模式。交流量合閘相位與直流衰減時間常數(shù)確定疊加直流分量模式

a)穩(wěn)態(tài)交流電壓或電流初相位?0的設(shè)定范圍：0~180°。

b)直流衰減時間常數(shù)τ的設(shè)定范圍：0~300ms。c)在電流、電壓需同時疊加直流分量時，應(yīng)以交流電壓相位為參考相位。d)電流源和電壓源的各相應(yīng)能同時在穩(wěn)態(tài)交流量上疊加直流分量，所疊加直流分量的初相位和直流衰減時間常數(shù)均應(yīng)能在線獨立調(diào)整。e)顯示交、直流分量疊加后輸出的總有效值和波形。a)模擬高頻收發(fā)信機與被試繼電器、保護及安全自動裝置之間的動作邏輯關(guān)系。b)由試驗人員自定（可編程）邏輯關(guān)系。合閘相位控制方式a)由試驗人員在0~360°范圍內(nèi)任意設(shè)定合閘角度。b)隨機合閘角度。模擬合閘瞬間需同時對被試繼電器、保護及安全自動裝置施加電壓和電流時，應(yīng)以電壓量為參考相位計時方式包括

a)以交流和直流電流、電壓和各種故障分量進行內(nèi)觸發(fā)啟動并采用電位、空觸點或電位觸點停表的計時方式；

b)以電位、空觸點啟動和停表的外觸發(fā)計時方式。整定值及允許誤差參數(shù)。模擬接地故障零序補償系數(shù)及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。模擬故障過渡電阻參數(shù)。模擬轉(zhuǎn)換性故障的轉(zhuǎn)換相別及轉(zhuǎn)換性故障電流參數(shù)。模擬功率倒向故障電流參數(shù)。模擬電壓、電流、頻率變化率所需幅值與時間變化范圍參數(shù)。穩(wěn)態(tài)交流量疊加直流分量的初始值及范圍。疊加諧波分量的次數(shù)、幅值和相位。檢測被試繼電器、保護及安全自動裝置動作行為的開入、開出量及其邏輯關(guān)系。試驗條件、參數(shù)的設(shè)定模擬故障類型包括：

a)單相接地；b)兩相短路；c)兩相短路接地；d)三相短路；e)三相短路接地；f)轉(zhuǎn)換性故障；g)非全相運行工況下疊加a)~c)所列故障類型；

h)模擬功率倒向（固定電壓相位與幅值，電流突然反向180°）模擬帶負荷運行工況下疊加a)~h)所列故障類型。模擬故障時間包括：

a)故障前時間；b)故障存在時間；c)轉(zhuǎn)換性故障的轉(zhuǎn)換時間；d)功率倒向時間；e)重合閘動作的無電流中斷時間；f)模擬斷路器分閘與合閘時間。用戶自定義疊加直流分量模式

a)穩(wěn)態(tài)交流電壓或電流初相位?0的設(shè)定范圍：0~180°。

b)直流衰減時間常數(shù)τ的設(shè)定范圍：0~300ms。c)在電流、電壓需同時疊加直流分量時，應(yīng)以交流電壓相位為參考相位。d)電流源和電壓源的各相應(yīng)能同時在穩(wěn)態(tài)交流量上疊加直流分量，所疊加直流分量的初相位和直流衰減時間常數(shù)均應(yīng)能在線獨立調(diào)整。e)穩(wěn)態(tài)交流電壓和直流電壓及穩(wěn)態(tài)交流電流和直流電流均應(yīng)能分別獨立設(shè)置。f)顯示交、直流分量疊加后輸出的總有效值和波形。疊加諧波功能a)電流源和電壓源的各相均應(yīng)能同時疊加9次以下的各次諧波分量。b)電流源和電壓源各相輸出量應(yīng)能疊加不同幅值、相位和次數(shù)的諧波分量，所疊加諧波分量的幅值與相位均應(yīng)能在線獨立調(diào)整。c)在電流、電壓需同時疊加諧波時，以基波電壓相位為參考相位。d)顯示基波與諧波合成后各相電流與電壓的總有效值、諧波含有率、總諧波畸變率、諧波相位等參數(shù)及合成后的波形。

e)諧波量計算方法及術(shù)語的數(shù)學(xué)表達式見本標準的附錄A。模擬振蕩功能a)模擬系統(tǒng)振蕩b)模擬系統(tǒng)振蕩加故障

故障再現(xiàn)功能

a)可將符合DL/T553技術(shù)要求的故障錄波器所記錄到的數(shù)據(jù)文件輸入到試驗裝置進行故障再現(xiàn)。

b)可將按ANSI/IEEEC37.111中COMTRADE文本格式編寫的數(shù)據(jù)文件，輸入到試驗裝置模擬各種類型的短路故障試驗。自檢及異常工況報警功能

a)開機時應(yīng)能進行整機功能自檢。

b)開機時應(yīng)能進行各相電流、電壓源的準確度校驗。電流源輸出端開路報警。電壓源輸出端短路報警。檢測過程中電流、電壓源（含使用疊加諧波功能和疊加直流電壓、電流功能）準確度超標報警。檢測過程中電流、電壓源（含使用疊加諧波功能和疊加直流電壓、電流功能）輸出波形失真報警。數(shù)據(jù)處理及自動生成測試報告功能

a)提供經(jīng)試驗人員確認的有關(guān)被試繼電器、保護及安全自動裝置的檢驗項目、試驗條件及測試程序清單。

b)提供打印測試數(shù)據(jù)和特性曲線功能。

c)測試完畢自動生成測試報告和有關(guān)特性曲線圖表。

d)為保證測試數(shù)據(jù)的真實性，測試得到的所有數(shù)據(jù)應(yīng)不能修改。

e)對被試繼電器、保護及安全自動裝置測得得的整定誤差超標數(shù)據(jù)自動標注識別符號。

f)對在異常工況下所測得的數(shù)據(jù)自動標注識別符號。測試報告和數(shù)據(jù)應(yīng)能調(diào)入常用文字處理軟件，給用戶提供測試報告格式再編輯的條件。微機保護測試裝置的有關(guān)問題微機保護測試裝置的有關(guān)問題中主要有以下幾個問題值得注意：測試信號的產(chǎn)生及處理

功率放大級

繼電保護的反饋信息

試驗數(shù)據(jù)處理

計算機操作系統(tǒng)及程序設(shè)計語言的選擇試驗報告的規(guī)范化管理下面分別介紹測試信號的產(chǎn)生及處理

大部分國產(chǎn)數(shù)字式繼電保護測試裝置的電壓、電流信號由計算機計算產(chǎn)生，然后在計算機的控制下，各相離散數(shù)據(jù)通過并口或總線同時送到測試裝置。決定因素：傳送方式：逐點批處理采樣點數(shù)：國產(chǎn)40－150國外250采樣位數(shù)：12位14位16位現(xiàn)在廣泛采樣DSP技術(shù)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。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。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。有些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(見圖1，圖2)。曲線擬合測試試驗裝置的性能

當(dāng)有條件時可對測試裝置做如下試驗：1.幅頻特性測試

2.帶載能力

3.疊加諧波能力

4.差動繼電器的助磁特性試驗

5.阻抗繼電器動作區(qū)試驗

6.阻抗繼電器的精工電流試驗暫態(tài)特性近年來，使用暫態(tài)分量作為判據(jù)的保護裝置逐漸增多，在試驗中需要模擬和確定di/dt、dv/dt、df/dt和Z的數(shù)值大小。所以，對測試裝置所輸出的突變量的上升速率即測試裝置的暫態(tài)特性提出了更高的要求。電壓、電流上升速率過長將使第一個周波的波形產(chǎn)生較大的失真，因而不能準確控制合閘角，嚴重時甚至直接影響到以突變量為判據(jù)的保護以及快速保護的調(diào)試。在測試裝置中采用高效的開關(guān)電源技術(shù)將極大地降低電源回路的時間常數(shù)，提高電壓和電流的響應(yīng)速度。電源電壓自動跟蹤技術(shù)對于負載較大或需要較大的試驗電流（如故障再現(xiàn)）的繼電保護裝置的調(diào)試，為了使測試裝置輸出的電流不失真，要求功放級的直流電源電壓必須足夠大，以保證測試裝置一定的帶載能力。但如果電流功放的直流電源電壓按最高要求設(shè)計，那么在10安及以下的長期工作電流下，消耗在功放管上的壓降將過大，功放管的散熱及可靠性問題將變得十分突出。因此，有