如何判別選擇繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置
1、從電子線路結(jié)構(gòu)看試驗(yàn)裝置的特性
1.1 人機(jī)對(duì)話
國(guó)產(chǎn)的微機(jī)繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置具有漢字菜單，進(jìn)入各種專用試驗(yàn)程序，程序界面友好，并有幫助菜單，十分方便，一般繼電保護(hù)工作人員均易掌握。進(jìn)口試驗(yàn)裝置，具有英文菜單，如工作人員有一定的英語(yǔ)水平，也同樣方便。
1.2 參數(shù)設(shè)定
通過(guò)屏幕畫面，直接輸入或修改參數(shù)。一般試驗(yàn)裝置在出廠前必須調(diào)整好，使得輸出的電流、電壓信號(hào)就是設(shè)定的數(shù)值，由于試驗(yàn)裝置在自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中(如二分法漸近)，一般沒有儀表監(jiān)測(cè)，在日后的試驗(yàn)中，不論裝置工況如何，就認(rèn)定設(shè)定值就是輸出值，這里就存在一個(gè)大問(wèn)題。以下為目前解決這個(gè)問(wèn)題的幾種辦法。
(1)國(guó)外試驗(yàn)裝置，如FREJA RTS21等，在每次測(cè)試前，用專用附件對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，并可用軟件進(jìn)行一定的修正，如OMICRON CMC156采用A/D測(cè)量自動(dòng)反饋修正，它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)功放級(jí)尚未飽和時(shí)它能提高精度，如負(fù)荷阻抗較大，功放級(jí)飽和后，自動(dòng)反饋修正的誤差反而會(huì)變大，但試驗(yàn)裝置能告警，如CMC156抽查A相電流源，在輸出I＝0.05～9 A/負(fù)載1Ω時(shí)，誤差接近于零，而當(dāng)I＝10 A/負(fù)載1Ω時(shí)，波形削頂，誤差達(dá)2%，并發(fā)出警告。
(2)江西華東電力儀器廠采用更專有的辦法，相當(dāng)于硬件電路的兩表決定通過(guò)，使得輸出電流電壓的瞬時(shí)值(零點(diǎn)除外)和設(shè)定值的誤差超過(guò)3%時(shí)，就發(fā)出音響警告，超過(guò)5%時(shí)就關(guān)機(jī)，并提示誤差相別，避免錯(cuò)誤整定，不但內(nèi)設(shè)電流電壓回路的開路短路保護(hù)，而這個(gè)失真判別措施還加強(qiáng)了電流的電壓電源的開路短路保護(hù)，而且當(dāng)輸出信號(hào)相對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)定信號(hào)而言有誤差時(shí)，都能發(fā)出警告。
(3)對(duì)失真判別這一點(diǎn)國(guó)內(nèi)其它試驗(yàn)裝置都沒有采取防止措施。
1.3 程序控制信號(hào)源
目前大多數(shù)的試驗(yàn)裝置都是由數(shù)據(jù)通訊線將微機(jī)中已計(jì)算的瞬時(shí)值數(shù)據(jù)傳往D/A，產(chǎn)生信號(hào)源，有的是逐步傳送，有的是批處理傳送，這與試驗(yàn)波形每周的點(diǎn)數(shù)有很大關(guān)系，有的試驗(yàn)裝置每周只有40點(diǎn)，有的每周有180～240點(diǎn)。有的每周高達(dá)3600點(diǎn)，信號(hào)源每周數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)多，描述細(xì)膩，不需用阻容元件平滑，自然幅頻特性就好，信號(hào)源每周數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)少，描述粗糙，又要用阻容元件去平滑，結(jié)果幅頻特性很差，因而輸出變頻電壓幅值不能按計(jì)算機(jī)設(shè)定值來(lái)定量，也不能定量做疊加諧波試驗(yàn)。
(1)北京威特MRT-02B、廣東昂立的3100D、揚(yáng)州拓普的TPJBC-6680，每周只有40個(gè)點(diǎn)，采用無(wú)變壓器輸出，付出代價(jià)很大，其目的是為了提高幅頻特性，而每周點(diǎn)數(shù)太少，又被迫采用阻容平滑，使幅頻特性大為降低，很不可取。
(2)為無(wú)變壓器輸出，每周點(diǎn)數(shù)為180點(diǎn)，幅頻特性大為提高，在疊加諧波2、3、5、7次諧波時(shí)，其諧波的輸出值和計(jì)算機(jī)設(shè)定值的誤差不超過(guò)3%，對(duì)疊加11次諧波時(shí)，其誤差為10%。
(3)國(guó)外試驗(yàn)裝置如OMICRON CMC156或FREJA RT21等每周的點(diǎn)數(shù)很多，估計(jì)在3600點(diǎn)左右，送出的波形十分光滑，幅頻特性很好，在20次諧波時(shí)，其諧波的輸出值和計(jì)算機(jī)設(shè)定值的誤差，均在3%以下。
1.4 數(shù)據(jù)變換D/A
數(shù)模變換一般采用12位或以上，在阻抗元件試驗(yàn)中，電壓信號(hào)可能降得很低，這時(shí)信號(hào)源的D/A有效位數(shù)就減少，會(huì)影響波形的臺(tái)階數(shù)，由于相電壓一般只有58V，有的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)3個(gè)電壓的數(shù)值為150 V，但沒有必要，而且浪費(fèi)了D/A的分辨率，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3Uo電壓一般應(yīng)設(shè)計(jì)為100～150V。
1.5 功率放大級(jí)
目前有兩種設(shè)計(jì)，一種是經(jīng)變壓器輸出，它的好處是，通過(guò)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，充分發(fā)揮功放管的容量，它的缺點(diǎn)是不能傳送非周期分量，暫態(tài)響應(yīng)和幅頻特性都不好，另一種設(shè)計(jì)是無(wú)變壓器輸出，暫態(tài)響應(yīng)好，特別是電子器件技術(shù)的發(fā)展，高管壓降，大電流的功放管的價(jià)格降低，使用無(wú)變壓器輸出已是目前的趨勢(shì)，功放級(jí)設(shè)計(jì)有很多的關(guān)鍵技術(shù)，也和制造廠家硬件投入有關(guān)，對(duì)于試驗(yàn)裝置而言，電流級(jí)功放容量要求最大，功放級(jí)的功放管的參數(shù)選得高低不同，廠家提供容量的范圍也是不同的。
(1)所選功放管的參數(shù)為：最大輸出功率為300V.A/相、電流30A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上不失真的電壓為10 V，當(dāng)環(huán)境溫度20 ℃時(shí)，30 A電流允許持續(xù)5 min，電流10 A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上不失真的電壓為15V，此時(shí)允許長(zhǎng)期工作，即功放級(jí)限制，是由直流電源電壓幅值所限，不論電流如何，它輸出的波形都不能失真，否則波形失真判別裝置會(huì)發(fā)出警告或跳閘。
(2)OMICRON CMA56功放裝置的參數(shù)，經(jīng)江蘇省電力試驗(yàn)研究所測(cè)試核定最大輸出功率為：150 V.A/相，電流0～15 A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上不失真的電壓都為10 V，電流20 A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上允許的電壓為6.25 V，電流30 A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上允許的電壓只為3.85 V，電流50 A/相時(shí)，輸出到負(fù)載上允許的電壓只為1.413 V，當(dāng)環(huán)境溫度20 ℃時(shí)，50 A/1.4 V時(shí)允許8 min。
(3)北京威特MRT-02B參數(shù)為：電流0～30 A/相，長(zhǎng)期允許工作電流10 A/相以下，在輸出電流大于10 A/相時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間不宜超過(guò)10 s。
1.6 自動(dòng)加載測(cè)試
根據(jù)繼電保護(hù)測(cè)試項(xiàng)目要求，試驗(yàn)裝置能按設(shè)定程序輸出電流電壓，如差動(dòng)繼電器助磁特性試驗(yàn)，需要同時(shí)輸出工頻電流和直流電流，并自動(dòng)按二分法漸近尋找動(dòng)作邊界，如直流助磁電流選擇20 A，交流動(dòng)作電流將接近30 A，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)裝置一般都如此進(jìn)行，因而大電流下的允許持續(xù)時(shí)間，是不宜太短的，國(guó)外試驗(yàn)裝置如FREJA RTS21開始做距離保護(hù)動(dòng)作區(qū)時(shí)還采用過(guò)按方格點(diǎn)進(jìn)行“地毯式轟炸”，用“.”和“＋”表示動(dòng)作與否，如此形成不了臨界動(dòng)作邊界，現(xiàn)也改進(jìn)為用二分法漸近了。
1.7 繼電保護(hù)的反饋信息
繼電保護(hù)反饋信息可有多種，如空接點(diǎn)、電位式、脈沖式、還有正負(fù)極性之分，早期的試驗(yàn)裝置智能判別很差，需要用硬件開關(guān)位置改變來(lái)約定反饋信息的處理，操作不便，目前有的已做到自動(dòng)智能判別，十分方便，選擇試驗(yàn)裝置時(shí)，同樣要注意這個(gè)特點(diǎn)。
1.8 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
如距離保護(hù)動(dòng)作區(qū)試驗(yàn)，通過(guò)自動(dòng)二分法漸近尋找動(dòng)作邊界，得到一系列測(cè)試結(jié)果， 并在屏幕上繪制這些測(cè)試點(diǎn)，目前有很多試驗(yàn)裝置不能用智能擬合的辦法來(lái)繪制動(dòng)作區(qū)曲線，也得不到實(shí)測(cè)的動(dòng)作阻抗，因而表達(dá)不出實(shí)測(cè)的阻抗和整定值有多少誤差。目前我們給江西華東電力儀器廠JJC@微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀配備了這些軟件：包括阻抗元件動(dòng)作區(qū)曲線、精工電流曲線、差動(dòng)保護(hù)的助磁特性曲線等的智能曲線擬合程序，尤其是試驗(yàn)疊加諧波對(duì)阻抗元件動(dòng)作區(qū)影響時(shí)，該程序能描繪非圓曲線的動(dòng)作區(qū)，非常有效，國(guó)外試驗(yàn)裝置采用畫論理動(dòng)作區(qū)，同時(shí)加畫±5%誤差范圍的允許區(qū)，如果測(cè)試點(diǎn)全部落在允許區(qū)內(nèi)，說(shuō)明測(cè)試結(jié)果不超差，也能解決一些問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)試驗(yàn)裝置測(cè)試報(bào)告一般都做到了數(shù)據(jù)存盤，并用漢字表格打印報(bào)告，如TPJBC系列微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀還能同時(shí)在表格中畫出試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合曲線圖。
2、如何在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試試驗(yàn)裝置的性能
在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，往往沒有復(fù)雜的繼電保護(hù)，但有較多的儀表和測(cè)試裝置，盡可能多地對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行考核測(cè)試，就能更好地選擇訂貨。
2.1 幅頻特性測(cè)試
較為簡(jiǎn)單的方法，是用雙線示波器觀測(cè)，令試驗(yàn)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，它們幅值相等，即U1＝Un，開始向雙線示波器兩個(gè)通道同時(shí)送U1，調(diào)節(jié)比例旋扭，使兩個(gè)波形一樣高，然后對(duì)其中一個(gè)通道改送高頻電壓Un，如果幅頻特性很好，在示波器上這兩個(gè)不同頻率的波形，應(yīng)有相同的高度，如FREJA RTS21和OMTCRON CMC156在高頻頻率為1 000 Hz時(shí)，兩個(gè)波形幅值還是一樣高，從高頻波形看曲線依然光滑，由于沒有阻容平滑，幅頻特性很好，JJC@試驗(yàn)裝置，在高頻頻率為350 Hz時(shí)，兩個(gè)波形還是一樣高，當(dāng)高頻頻率為550 Hz時(shí)，高頻電壓的幅值相對(duì)工頻電壓約減少10%，對(duì)北京威特MRT-02B試驗(yàn)裝置，由于每周點(diǎn)數(shù)只40點(diǎn)，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(shí)，其幅值對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)定值誤差都已減少了50%以上，還有待改進(jìn)。
2.2 線性和精度測(cè)量
繼電保護(hù)試驗(yàn)主要保證50Hz下的線性和精度，這可由一般的電流電壓表進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)電流精度的校驗(yàn)，應(yīng)讓試驗(yàn)裝置從大電流往下逐點(diǎn)試驗(yàn)，避免那些熱容量不足的裝置過(guò)熱。由于D/A的位數(shù)有限，對(duì)電壓要注意小電壓時(shí)的精度，對(duì)電流只需校核0.2～30 A范圍，OMICRON CMC156由于采用A/D反饋?zhàn)詣?dòng)修正精度，所以它的精度和線性均很好，欠缺的是輸出容量較小，在試驗(yàn)裝置設(shè)定送出正弦波的信號(hào)時(shí)，波形的失真度，即諧波總量一般都要求在0.5%以下，但往往在小電壓和小電流時(shí)，試驗(yàn)裝置由于D/A的位數(shù)少，失真度會(huì)偏大。
2.3 帶載能力
用諧波儀配合負(fù)載電阻，測(cè)量試驗(yàn)裝置在輸出波形不失真下的帶載能力，有時(shí)廠家向你介紹能輸出大電流時(shí)，就必須知道帶載的能力是多少V.A，或輸出端口上的電壓允許到多少V，允許持續(xù)的時(shí)間是多長(zhǎng)，如有的送大電流時(shí)，輸出端口上的電壓很低，說(shuō)明帶載能力差，有的說(shuō)明輸出到端口上電壓高時(shí)，不同時(shí)說(shuō)明此時(shí)電流為多少。一般帶載的能力應(yīng)以5或10 A時(shí)的端口壓降來(lái)考察，否則整屏保護(hù)做整組試驗(yàn)時(shí)，往往做不到。
2.4 疊加諧波的能力
用諧波儀測(cè)試試驗(yàn)裝置疊加諧波的能力，這個(gè)項(xiàng)目同時(shí)可考核精度和幅頻特性。
2.5 輸出方波和臺(tái)階波的能力
對(duì)無(wú)變壓器輸出的試驗(yàn)裝置，可用示波器觀測(cè)試驗(yàn)裝置輸出方波和臺(tái)階波的能力。
2.6 助磁特性試驗(yàn)
用差動(dòng)繼電器做助磁特性試驗(yàn)，是考核試驗(yàn)裝置能否自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，并如何處理試驗(yàn)結(jié)果的簡(jiǎn)便方法。
2.7 動(dòng)作區(qū)試驗(yàn)
用阻抗繼電器進(jìn)行動(dòng)作區(qū)試驗(yàn)，也是考核試驗(yàn)裝置能否自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，并如何處理試驗(yàn)結(jié)果的簡(jiǎn)便方法，看看有否疊加諧波的能力，有否自動(dòng)擬合繪線的能力。
2.8 精工電流試驗(yàn)
用阻抗繼電器進(jìn)行精工電流試驗(yàn)，是考核試驗(yàn)裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試能力，如果暫態(tài)響應(yīng)不好，兩次精工電流測(cè)量的結(jié)果相差較大，特別是在小電流下的情況更是如此，就要分析是保護(hù)裝置的暫態(tài)分散呢?還是試驗(yàn)裝置暫態(tài)特性所引起的，同時(shí)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(huì)產(chǎn)生不合理的振蕩，這是考核繪圖軟件的質(zhì)量問(wèn)題。
3、軟件菜單設(shè)計(jì)的審查
(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(shí)區(qū)的長(zhǎng)短，能智能判別繼電保護(hù)反饋接點(diǎn)的信息，能按一定的模式，自動(dòng)尋找繼電器臨界動(dòng)作值。如保持電流不變，按二分法改變電壓幅值，尋找阻抗元件的臨界動(dòng)作值；也可保持電流不變，按步降低電壓幅值，在每步電壓幅值下，暫時(shí)電壓幅值不變，讓電壓的角度連續(xù)變化，看繼電器進(jìn)入動(dòng)作區(qū)域的角度范圍，它可用于測(cè)量上拋圓特性的阻抗繼電器，也可測(cè)量方向繼電器的動(dòng)作區(qū)。
(2)三相電流電壓源可根據(jù)需要改變。如做差動(dòng)保護(hù)助磁特性試驗(yàn)時(shí)，其中一相送直流電流，另一相送交流電流，同時(shí)電壓可改為送直流電壓220 V等。
(3)三相電流電壓源，要能獨(dú)立變頻，以便做差動(dòng)繼電器的諧波制動(dòng)。
(4)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(lái)自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生。
(5)三相電流電壓的諧波不能隨意疊加，因?yàn)橐坏┗娏麟妷阂言O(shè)定，相當(dāng)于線路的參數(shù)R、X已確定，因而如諧波電流先隨意設(shè)定，則諧波電壓就必須滿足參數(shù)R、X的制約。
(6)三相電流電壓還要能設(shè)定多段狀態(tài)的時(shí)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)等，以便能校驗(yàn)綜合重合閘的動(dòng)作情況。
(7)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)15 ms后，再轉(zhuǎn)兩點(diǎn)接地故障態(tài)，因?yàn)榍?5 ms是單相接地故障，其后是兩點(diǎn)接地故障，故障距離計(jì)算的公式對(duì)單相接地和兩點(diǎn)接地故障的計(jì)算公式是不一樣的，微機(jī)保護(hù)此時(shí)面臨的問(wèn)題是，在一個(gè)周波內(nèi)的數(shù)據(jù)是混淆數(shù)據(jù)，它究竟按哪個(gè)公式計(jì)算，還是再等待，還是混算，由于新型的繼電保護(hù)復(fù)雜，它的內(nèi)核不是很清楚，究竟在運(yùn)行中，它的表現(xiàn)如何?繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置要肩負(fù)此考核的責(zé)任。
(8)試驗(yàn)裝置要能產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩時(shí)的三相電流電壓模型，用于試驗(yàn)如振蕩解列裝置，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。
(9)高級(jí)仿真，用EMTP電磁暫態(tài)程序計(jì)算故障仿真數(shù)據(jù)，以一定的格式轉(zhuǎn)換成試驗(yàn)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(duì)于用計(jì)算機(jī)信息逐步傳送，每周有40點(diǎn)以上的無(wú)隔離變壓器的試驗(yàn)裝置而言，做到這一點(diǎn)并不困難，每周點(diǎn)數(shù)多一點(diǎn)，仿真更細(xì)膩一點(diǎn)。
(10)原則上應(yīng)可將故障錄波器記錄數(shù)據(jù)通過(guò)試驗(yàn)裝置予以再現(xiàn)輸出，實(shí)現(xiàn)故障信息再現(xiàn)。
微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀的輕便可攜和單一化、外觀工藝、接插件的可靠性等，都是選擇的條件。
信息來(lái)源：m.lyansai.com 信息整理：拓普電氣生技部
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