CN2212208Y - 计算机控制继电保护测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属电力紧急保护电路装置的测试仪 器。本实用新型在于提供一种含频率、相位和幅值可 以由程序或键盘任意调整并能在基波之上叠加高次 谐波的三相电流源和三相电压源的仪器，以取代传统 用变压器、移相器、升流器和多种仪表构成的测试回 路和现有的功能较差的继电保护测试仪。该仪器是 可编程的，调入相应的程序即能手动或自动测试特定 的继电器、显示和打印动作电流、电压、阻抗和时间等 参数并绘出被测继电器的特性曲线和打印出实验报 告。该仪器并具有测量频率、相位和时间的功能。

Description

本实用新型属于电力紧急保护电路装置的测试仪器。

数十年来，我国的电力系统都采用由三相工频电源供电，经变压器、移相器、大电流发生器，滑线电阻以产生幅值和相位可以任意改变的三相电压和电流，以调试继电保护和其它自动装置。为了测量各物理量还需要有较精密的电压表、电流表、相位计、频率计和毫秒计等设备，这些东西运输困难、占用现场面积大，调试时还得逐点手动读取并记录数据，最后人工列表和绘图。由于技术落后，往往需用1至2周，才能调好一台较复杂的保护装置，所以有关的工人和技术人员迫切地要求改进这种状态。

七十年代，一机部阿城继电器厂和许昌继电器厂，相继生产了保护装置试验台〔参考文献1〕，鞍山电业局和宁夏电业局也分别研制了保护装置试验台。这些设备比传统的有了不同程度的改进，但还是采用传统的技术，存在自动化程度差功能不强等缺点。

八十年代初，我国建设了葛州坝－平顶山，大同－北京以及东北、华东等多条五十万伏超高压输电线路。由于这些输电线路继电保护在调试上技术要求较高，所以从西德和美国引进了比较先进的调试仪器〔参考文献2，3〕。

西德西门子公司生产的装置基本上还是采用传统的技术，增设了电子控制回路，能作动态试验，即模拟从正常状态转故障状态、瞬时故障、重合于永久性故障等。美国多勃        工程（Doble    Engineering）公司生产的测试仪采用电子模拟技术，由工频振荡器，放大器等构成，通入单相电源即可得到工频三相电压和一相电流，它们的相位和幅值均可任意调整。为了作动态试验，还需要增加其它装置。这两种测试仪在使用上比传统的方法方便，很受现场工人技术人员欢迎。它们的缺点是自动化程度还不够高，每测一个数据都要人工干预，更没有自动记录、制表和绘图功能，也不能产生谐波和测量频率、相位等物理量。

由于电气化机车和通过晶闸管向电炉、电解设备供电的负荷的急剧增多及直流输电系统的兴建，电力系统电压和电流中高次谐波的分量大到了影响继电保护和其他自动装置正常运行的程度〔文献4，5〕为了测试这一问题，水电部南京自动化研究所研制了综合谐波发生装置〔参考文献6〕和微机控制的继电器调试装置〔参考文献7〕。前者用锁相、倍频、滤波和移相等电子电路组成，比较复杂，功能单一，后者能产生三相工频电压和一相电流，可以测继电器的起动值和动作时间。这两种装置由于某些技术上的原因，目前还没有达到可以实际应用的程度。

近十余年来，国外在继电保护测试自动化方面，做了不少工作。〔参考文献8〕利用通用计算机产生弱电模拟信号，去试验研制中距离继电器直流回路的性能。这种办法比较经济，但不能测试保护的工频电压和电流回路，也不能用它来调试现场的保护。〔参考文献9〕引入了数字技术，但不是计算机，能定时地自动测试发电机组的电流、电压和频率继电器。为了用无触点的办法，产生数值可变电流或电压，它用8个双向可控硅管开闭8个阻值按二进制组合的电阻以构成所谓的静态电位器。今天看来，这种办法既笨重又复杂，并且不能测试距离、差动等复杂继电器。〔参考文献10〕用一台计算机同时记录三台继电器的试验结果，与前一次结果比较，判定优劣，制作特性图、测试中，它要配合三台继电器试验器和带瞬时固定功能的多路数字仪来使用，显得很复杂且不能逐点自动测试。〔参考文献11〕是目前看到的自动化程度较高的输配电保护测试仪。它由计算机控制，能产生三相电压和一相电流，电流和电压的相位、幅值和频率可以改变，用以调试频率继电器和阻抗继电器。如果增加附件，它还可以产生三相电流。这种设备不能产生高次谐波，也没有测量频率和相位的功能，为了打印记录数据和绘出阻抗继电器的特性，还需要外接打印机和X－Y记录仪，不便于现场使用。1988年，我国自己研究并制造了第一台微机控制的继电保护测试仪〔参考文献12〕。从功能和实用性看，这种测试仪的许多指标优于当时引进的国外同类产品，因此多年来在促进我国继电保护测试技术自动化方面起到了积极的作用。但由于当时计算机性能价格比限制，该测试仪主机采用Z－80型中央处理器（以下简称CPU）和8位的数模转换电路（以下简称D／A），所以在运算速度和性能方面目前已赶不上继电器保护测试技术日益发展的要求。

90年代后我国生产的两种继电保护测试仪〔参考文献13，14〕均以单片机为基础。其功能不如前一种且开发新的程序非常困难。

通过联机检索美国对话（Dialog）系统世界专利索引（World  Pat-ents  Index）1963－－1993年，结果表明，没有与本实用新型相同的专利文献。

本实用新型的目的在于提供一种便携式微机控制的多功能继电保护测试仪。多功能是本实用新型的突出优点，它不但能产生三相电压和三相电流的基波，还能产生高次谐波。同时它还能测量时间及频率和两个电量间的相位。这充分发挥了计算机的长处，当负荷在一定范围内变化时，输出三相电流和电压的幅值与整定值相比，误差在允许的范围内，各整定值都可由监示器屏幕上读出。所以测试时不用另附电流表、电压表相位计。这一点既节省了设备和测试时的联线又便于各电力试验所和各变电站之间的频繁运输。自动化程度高是本实用新型的另一优点，由于该测试仪是可编程的，所以输入相应的程序后，就可以自动地对各种继电器进行自动测试、记录并打印出各种参数，如动作电流、电压，阻抗值及动作时间等，最后绘出继电器的特性曲线。

本实用新型的任务用图1所示的框图来实现，图中，微型计算机是整个仪器的核心部件。它的作用是存贮当前正在执行的程序，中央处理器按照指令一步步进行计算并控制其它部分完成规定的任务。磁盘机是永久存贮程序或数据的机构，键盘是计算机接受人们指令的接口。通过键盘，可以从磁盘将预先编好的程序调入内存并开始运行，然后用“菜单”方式选择所要完成的功能及输入各种整定值，让计算机自动地去执行指定的任务。通过键盘，还可以输入并调试新程序，待确认其正确无误后，再把它存入磁盘，以备今后使用。显示器也是人机对话的接口，从显示屏幕，可以看到输入的命令、程序、定值和机器执行的结果。使用计算机的全屏幕编辑功能，可以方便地修改原有程序。打印机可以打印内存中正在开发或准备执行的程序和测试结果，也可以将测试结果用曲线或图形表示出来，便于人们分析。

6块12位数模转换〔D／A〕芯片的作用是将计算机事先计算好并存在内存中的三相电流和三相电压的数字量转换成相应的模拟量，然后分别输送给三个电压源放大器和三个电流源放大器，以产生与整定值相符的功率较大的三相电压和三相电流。

信号放大整形电路和两块计数芯片的作用是完成测量频率、相位和时间的功能。

下面介绍本实用新型各部分的构成

1主机

主控制机可以采用286、386、或486型台式或便携式个人计算机。这些机型硬件资源丰富、近年来价格已降到可以接受的程度。在软件方面，可以采用功能强、速度快的C语言来编程。这给扩大测试仪的功能，加快编制各种专用测试程序的速度，以满足各种用户要求奠定基础。另外主机还可以担负继电保护表报管理，文字处理，继电保护定值计算和通过网络与上级机关通讯等任务。

2数模转换、定时和开关量输入回路

这一部分的接线如图二所示。利用主机中的8237芯片实现D／A的存贮器直接存取，是本部分的关键技术。这可加快D／A速度并让CPU有更多时间从事其它的检测工作。图中U_2－4实现地址译码，u₁和u₅完成数据和控制信号的驱动。u₇产生一个稳定的4MHz信号，以作为u₁₁和u₁₃的时钟信号。这一措施可以避免本仪器受不同速度主机时钟的影响。u₁₁的两个16位可编程计数器和u₁₂构成锁相环。改变计数器的基数，就可以改变u₆向CPU输出的DRQ脉冲速度。用这一办法来控制本测试仪电流源和电压源的输出频率，精度高且稳定度好。u_15－17构成的移位寄存器实现轮流把数据总线来的数据相应地分配给六个12位数模转换器。六路数模转换器输出的模拟量分别经两级运放将信号放大和平移，输出三相电流和三相电压信号给功放部分。

u₁₃的三路16位计数器测量整形放大回路来的方波宽度和尖脉冲个数，以实现时间、频率和相位的测量。

u₁₄可编程并行接口接收被测继电器返回的跳闸信号或合闸信号，以实现自动测试功能。

3电流源放大器和电压源放大器

电流源放大器和电压源放大器的接线如图三所示。D／A来信号先经I_C1运放再经T_1－12构成的大功率运放将信号放大到所需的功率。将CT₁的B点，CT₂的A点分别与放大器的A、B点对应连接时，由于R₄和R₁₈的深度负反馈作用，放大器具有电流源的特性。将放大器的AB两点与PT_1，2的A、B两点对应连接时，放大器具有电压源的特性。图3中4个VMOS管T₉－12源极分别串电流负反馈电阻R_42－45，输入信号分别经R_38－41到它们的栅极，对四个功放管的功耗平均分配有很大作用。R_42－45的压降信号分别经D_10－14和R₃₄、R₃₆去触发可控硅SCR_1，2实现对功放管的快速保护。上述两项措施大大地提高功放回路的可靠性。

I_c1的第二个运放将D／A来的信号幅值和输出信号的幅值比较。当波形失真时报警。I_C2将输出信号作半波整流以推动直流电流表69C1，指示输出电流或电压的幅值。

4信号放大整形回路

信号放大整形回路的接线如图四所示。u₁和u₂是被测交流信号或保护的跳合闸信号。N_1－7为7层8421码的拨码开关，实现信号的幅值衰减和极性转换。I_C1和I_C2分别将两路信号放大并经两个光耦合器4N36输入到整形电路I_C3，再经过两个单稳态触发器（I_C4）去触发双触态触发器I_C5。输入信号u₁有效时I_C5输出正电位，u₂有效时，I_C5复位，输出零电位。因此I_C5输出信号的宽度与两输入信号的时间间隔成正比。计算机就能测出跳合闸时间和交流信号的相位。I_C4还输出一尖脉冲代表交流过零点的间隔，计算机用些信号即可算出此交流信号的频率。由于I_C1和I_C2用单独的电源，它们互相是隔离的，它们和后面的整形放大回路也是隔离的，所以u₁和u₂不必用同一个公共点。

5电源及保护回路

测试仪的交流电源受继电器J₁常开接点的控制（图五）。当K₁闭合后，正电经R₃₂、D₁₃给T₁供电、T₁导通，J₁带电，其常开接点闭合。变压器PT₁和PT₂将电源隔离、降压后经整流、滤波和稳压为各部分提供电源。J_2－4为过流继电器。当交流或直流回路有故障时，故障电流使J_2－4中一个动作，其常开接点闭合，正电经R₃₃触发可控硅SCR₁。SCR₁动作后其阳极电位只有0.8伏。此电位不足以通过D₁₃供给T₁基极电流。T₁截止后J₁失磁，其常开接点切断交流电源，达到保护的目的。SCR₁触发后一直维持导通状态直到K₁断开为止。

参        考        文        献

1.TS－3型保护装置试验台［电站设备自动化］1980.6。

2.F3－C    F3－D型测试系统使用手册，美国多勃        工程公司（MODELF3－C    F3－D    3φ    TEST    SYSTEM    Operating    Manual    Doble    Engineering    Company    U.S.A）

3.7VP461.7VP47型测试系统，西门子公司（7VP461.7VP47    TEST    SYSTEM    SLEMENS    COMPANY）

4.高次谐波对经电容式分压器接入的继电保护和自动装置工作的影响［电站设备自动化］1981.2

5.接地电流高次谐波对零序电流保护动作的影响［继电器译丛］1985.2。

6.继电保护试验用的综合谐波发生装置的研制    水电部南京自动化研究所。

7.微机控制的继电器调试装置    水电部南京自动化研究所。

8.距离继电器自动测试系统，美国［电气和电子工程学会电力设备和系统会刊］1977年7月／8月PAS－96卷第4期（An    Automateo    Testing    System    for    Distance    Relays    Iees    Transactions    on    Pawer    Apparatus    and    Systems，Vol.PAS－96    No.4    Jully／August    1977

9.发电机保护装置的自动测试方法，端士［B.B.C公司杂志］2－77（New，fully    Automatic    Means    of    Testing    Generator    Protection    Equipment    Browm    Boreri    Rev.2－77）

10.应用继电器试验自动记录装置来使继电器试验合理化［日］四国电力公司。

11.输配电线路继电保护用可编程测试仪，瑞士［B.B.C公司杂志］72卷1985年第2期（A    Programmable    Test    Unit    for    Line    and    Feeder    Pro－tection    Brown    Boveri    Rev    Vol    72    No.2    1985)

12.JJC－1型微机控制继电保护测试仪介绍［电力自动化设备］90.1郑本荣。

13.MRT－01型微机多功能保护试验装置    海南华电实业公司。

14.RT－1型微机多功能保护试验装置    杨州电讯仪器厂。

Claims (4)

1、一种计算机控制继电保护测试仪，它采用个人计算机作主机，其技术特征在于，它包括：

由主机控制的1至8个数模转换电路(D/A)[1]，它们输出测试用的弱电模拟信号；

由数模转换电路推动的1至4个电压源功率放大器[2]和1至4个电流源功率放大器[3]，它们输出大功率的电压和电流以推动被测继电器；

1个以上电源回路[4]用来向其它部分供电。

2、如权利要求1所述的计算机控制继电保护测试仪，其技术特征在于数模转换电路［1］中设有专用的移位寄存器来实现对多路数据的分配，程控锁相环控制输出电压和电流的频率。

3、如权利要求1所述的继电保护测试仪，其技术特征在于电压源功率放大器［2］和电流源功率放大器［3］均由前级为集成运算放大器和后级为分离元件构成的功率运算放大器组成，其场效应功率放大管的源极都装有功率均衡电阻和栅极都装有由可控硅构成的保护回路，功放输出的电压或电流均经过变压器或变流器反馈到前两级运放输入端，以保证放大器具有电压源或电流源特性。

4、如权利要求1所述的继电保护测试仪，其技术特征在于电源回路［4］的交流输入端和直流输出端均装有1个以上过电流继电器和热继电器以实现过电流和过温保护功能。

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