０ 引言

繼電(dian)保護裝(zhuang)置測(ce)(ce)試(shi)(shi)儀(yi)(yi)通(tong)過(guo)專用(yong)的通(tong)道給繼電(dian)保護裝(zhuang)置傳(chuan)輸電(dian)壓、電(dian)流(liu)模(mo)擬量，完成一系列(lie)規定的測(ce)(ce)試(shi)(shi)項目(mu)(mu)，可檢驗繼電(dian)保護裝(zhuang)置的邏輯、信號和(he)控(kong)制等(deng)功(gong)能，是(shi)測(ce)(ce)試(shi)(shi)繼電(dian)保護裝(zhuang)置功(gong)能正常與否的重要(yao)儀(yi)(yi)器。利用(yong)繼電(dian)保護測(ce)(ce)試(shi)(shi)儀(yi)(yi)輪流(liu)對(dui)每個保護裝(zhuang)置串(chuan)行調(diao)(diao)試(shi)(shi)模(mo)式，越來越無法(fa)滿足調(diao)(diao)試(shi)(shi)效率、工(gong)(gong)(gong)期甚至交(jiao)叉作(zuo)業場(chang)景(jing)的要(yao)求［１－３］。文獻［４］通(tong)過(guo)對(dui)電(dian)源(yuan)盤外接(jie)分布式接(jie)口的改造(zao)實現(xian)了多間(jian)隔(ge)同時調(diao)(diao)試(shi)(shi)智能柜，但在現(xian)場(chang)應(ying)用(yong)中還需(xu)將多個調(diao)(diao)試(shi)(shi)儀(yi)(yi)連接(jie)至擴展(zhan)接(jie)口，該設計從原理上依舊(jiu)無法(fa)達到并行工(gong)(gong)(gong)作(zuo)的目(mu)(mu)的。文獻［５］考慮使用(yong)兩臺(tai)測(ce)(ce)試(shi)(shi)儀(yi)(yi)串(chuan)聯輸出(chu)的方(fang)法(fa)來應(ying)對(dui)無源(yuan)電(dian)流(liu)保護整組試(shi)(shi)驗下輸出(chu)電(dian)流(liu)幅度不達標的問題，但過(guo)多的儀(yi)(yi)器和(he)接(jie)線會對(dui)現(xian)場(chang)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)安全性和(he)調(diao)(diao)試(shi)(shi)效率造(zao)成影(ying)響。文獻［６］開發了基(ji) 于(yu)Ｊ２ＭＥ 的調(diao)(diao)試(shi)(shi)輔助軟件(jian)，實現(xian)了在手機上運行Ｊａｖａ程序，完成定值校(xiao)驗工(gong)(gong)(gong)作(zuo)，遠(yuan)程調(diao)(diao)試(shi)(shi)雖有(you)效減(jian)小了現(xian)場(chang)空(kong)間(jian)占用(yong)，但只能執行定值調(diao)(diao)試(shi)(shi)單項工(gong)(gong)(gong)作(zuo)，局限性較大且穩定性不高。

本文(wen)研制一(yi)種繼電(dian)(dian)保(bao)護(hu)測(ce)試(shi)(shi)儀輸出擴展裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，將(jiang)繼電(dian)(dian)保(bao)護(hu)測(ce)試(shi)(shi)儀輸出的(de)(de)電(dian)(dian)氣量(liang)通(tong)過分壓(ya)(ya)、分流(liu)的(de)(de)方式擴展為多路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)、多路(lu)電(dian)(dian)流(liu)。繼電(dian)(dian)保(bao)護(hu)測(ce)試(shi)(shi)儀連接(jie)(jie)該擴展裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，再通(tong)過多個電(dian)(dian)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)流(liu)輸出接(jie)(jie)口(kou)擴展連接(jie)(jie)至多臺(tai)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，解決了(le)原有(you) “一(yi)對(dui)一(yi) ”串(chuan)行調試(shi)(shi)面臨的(de)(de)重復接(jie)(jie)線、搬運困難等問 題， 實 現(xian) 了(le) “一(yi) 對(dui) 多 ”的(de)(de) 并 行 調 試(shi)(shi)， 提 高(gao) 了(le) 調 試(shi)(shi)效率。

１ 保護間隔二次作業現狀分析

保護(hu)間隔二次(ci)作業(ye)重要工(gong)作內容(rong)為繼電保護(hu)裝置(zhi)測(ce)試(shi)(shi)工(gong)作［７－８］。繼電保護(hu)裝置(zhi)測(ce)試(shi)(shi)步(bu)驟分(fen)(fen)別為接線(xian)、計(ji) 算(suan)、輸入加量、分(fen)(fen)析結果和(he)拆(chai)線(xian)。通過現(xian)場調(diao)研，某地區６座變電站在檢修期間繼電保護(hu)裝置(zhi) 測(ce)試(shi)(shi)各(ge)過程用時占比見表(biao)１。

由(you)表１可(ke)得，輸(shu)(shu)入(ru)加(jia)(jia)量(liang)時(shi)間(jian)(jian)在繼電(dian)(dian)(dian)保護(hu)(hu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)測試時(shi)間(jian)(jian)中(zhong)(zhong)占(zhan)比(bi)*大，而在實(shi)際工(gong)作中(zhong)(zhong)，接線(xian)(xian)、計算、分析、拆線(xian)(xian)過(guo)(guo)程(cheng)精(jing)益(yi)化(hua)(hua)(hua)程(cheng)度較(jiao)高且(qie)難以(yi)縮(suo)短用(yong)時(shi)，因此提升(sheng)保護(hu)(hu)間(jian)(jian)隔二次作業效率需(xu)減少測試過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)輸(shu)(shu)入(ru)加(jia)(jia)量(liang)時(shi)間(jian)(jian)。由(you)于繼電(dian)(dian)(dian)保護(hu)(hu)測試儀只(zhi)有一組電(dian)(dian)(dian)壓輸(shu)(shu)出(chu)出(chu)口和一組電(dian)(dian)(dian)流輸(shu)(shu)出(chu)出(chu)口，因此在調試過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)只(zhi)能對(dui)(dui)一臺(tai)保護(hu)(hu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)進(jin)行輸(shu)(shu)入(ru)加(jia)(jia)量(liang)［９］。在多(duo)保護(hu)(hu)間(jian)(jian)隔作業的(de)(de)場景中(zhong)(zhong)，需(xu)頻(pin)繁地拆、接線(xian)(xian)以(yi)完成(cheng)對(dui)(dui)多(duo)個保護(hu)(hu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的(de)(de)測試，增加(jia)(jia)了(le)作業時(shi)間(jian)(jian)。另一方面，根據(ju)繼電(dian)(dian)(dian)保護(hu)(hu)雙重(zhong)化(hua)(hua)(hua)及變(bian)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)典型設計要求，站(zhan)內存在大量(liang)雙重(zhong)化(hua)(hua)(hua)和同型號(hao)的(de)(de)繼電(dian)(dian)(dian)保護(hu)(hu)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)［１０］，在完成(cheng)**臺(tai)設備調試后，調試其(qi)他同型號(hao)的(de)(de)設備可(ke)看作是(shi)重(zhong)復性工(gong)作。

對于(yu)該(gai)現(xian)象，通常的(de)解(jie)決方法(fa)為增(zeng)加(jia)(jia)多臺繼(ji)(ji)電(dian)保(bao)護測試儀(yi)，并需多人(ren)同時進行調(diao)試。但是(shi)該(gai)方法(fa)增(zeng)加(jia)(jia)了間(jian)隔(ge)作(zuo)業的(de)人(ren)員(yuan)數(shu)量(liang)，過(guo)多調(diao)試儀(yi)及其連接(jie)線增(zeng)加(jia)(jia)了現(xian)場的(de)雜亂程度，易導致發生事故傷害等(deng)危險。為此，本文針對因頻繁拆、接(jie)線，重(zhong)復調(diao)試等(deng)造成(cheng)作(zuo)業效(xiao)率較低(di)的(de)問(wen)題，研制(zhi)了一(yi)種可(ke)擴展裝置，可(ke)實(shi)現(xian)對多臺繼(ji)(ji)電(dian)保(bao)護裝置進行一(yi)次(ci)性輸入加(jia)(jia)量(liang)，縮短繼(ji)(ji)電(dian)保(bao)護裝置測試工期，避免人(ren)員(yuan)設備增(zeng)加(jia)(jia)、接(jie)線雜亂、安全(quan)風險高等(deng)弊(bi)端。

２ 輸出(chu)擴展裝(zhuang)置原理

輸出擴(kuo)展裝置的核心是(shi)對繼電(dian)(dian)保護測試儀(yi)的電(dian)(dian)流(liu)和電(dian)(dian)壓(ya)實(shi)現分(fen)接(jie)擴(kuo)展輸出，分(fen)為電(dian)(dian)壓(ya)分(fen)接(jie)單元(yuan)和電(dian)(dian)流(liu)分(fen)接(jie)單元(yuan)部(bu)分(fen)。

２．１ 電壓分(fen)接單(dan)元

電(dian)壓(ya)(ya)分(fen)接單元(yuan)主要是(shi)擴展電(dian)壓(ya)(ya)回路，實現各相電(dian)壓(ya)(ya)并聯輸(shu)出(chu)(chu)功能。綜(zong)合考慮變電(dian)站間隔(ge)數(shu)量及變電(dian)站內繼電(dian)保(bao)護室內每排(pai)繼電(dian)保(bao)護裝置的數(shu)量，設(she)計電(dian)壓(ya)(ya)分(fen)解(jie)單元(yuan)包含６條(tiao)電(dian)壓(ya)(ya)輸(shu)出(chu)(chu)支路，如圖１所示。

為節(jie)省現(xian)場校驗人員(yuan)量取接(jie)線端口處電壓(ya)的步驟，在(zai)各(ge)(ge)輸入輸出(chu)接(jie)口設計電壓(ya)指(zhi)示模(mo)塊，直觀顯示各(ge)(ge)接(jie)口處的電 壓(ya) 幅 值。 電壓(ya)指(zhi)示模(mo)塊可實現(xian)電壓(ya)采集和顯示功能(neng)。

為(wei)(wei)了 確 保(bao) 采(cai) 樣(yang) 電(dian)(dian) 壓(ya)(ya) 值 與 輸(shu)(shu) 出(chu) 負 載(zai) 電(dian)(dian) 壓(ya)(ya)值互(hu)不影(ying)響［１１］，利用 ＺＨＰＴ１０７ 型電(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)感(gan)器將(jiang)接口(kou)處 感(gan)應(ying)到的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)線性(xing)等比 例 轉 換 為(wei)(wei)０～５Ｖ 電(dian)(dian) 壓(ya)(ya) 值，再 經 ＳＴＭ３２微(wei)處理的(de)(de) ＡＤ 采(cai)樣(yang)模塊采(cai)樣(yang)保(bao)持后輸(shu)(shu)入至 ＳＴＭ３２ 的(de)(de) Ｉ／Ｏ口(kou)，轉換 出(chu) 原 始 電(dian)(dian) 壓(ya)(ya) 值 后， 通過并行口(kou)輸(shu)(shu)入 ＬＣＤ１２８６４液晶屏顯示。

上述電壓分接回(hui)路僅以 Ａ 相(xiang)(xiang)為示例進行說(shuo)明，Ｂ相(xiang)(xiang)、Ｃ相(xiang)(xiang)、Ｌ、Ｎ 與 Ａ 相(xiang)(xiang)一致，不再贅述。

２．２ 電流分接單(dan)元

電流分接單(dan)元(yuan)主要是擴展(zhan)電流回路，實(shi)現(xian)各相(xiang)電流并聯分流輸出功(gong)能。同理，設計電流分解單(dan)元(yuan)包含６條電流輸出支路，如圖２所示。

由于各(ge)(ge)支(zhi)路(lu)負載無(wu)法(fa)完全一致(zhi)，因此經銅排分接后的各(ge)(ge)支(zhi)路(lu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)大小將有所差異。在電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)回路(lu)的每條支(zhi)路(lu)串聯接入可(ke)變(bian)的線性可(ke)調(diao)電(dian)(dian)阻ＲＡｉ、電(dian)(dian)感匹配模塊ＬＡｉ，在誤差允許(xu)范(fan)圍內，不改變(bian)支(zhi)路(lu)負載相位的前(qian)提(ti)下，靈活改變(bian)各(ge)(ge)支(zhi)路(lu)電(dian)(dian)阻值和電(dian)(dian)感值，實(shi)現各(ge)(ge)支(zhi)路(lu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)相同。調(diao)整(zheng)前(qian)需先測量得(de)到各(ge)(ge)支(zhi)路(lu)的阻抗值。

以單條負載支(zhi)路為(wei)例，負載由(you)電阻Ｒ 和(he)(he)電感Ｌ 構成。當流(liu)入負載的(de)交流(liu)電源(yuan)頻(pin)率(lv)為(wei)ｆ１，在銅排上(shang)通過電壓(ya)互感器測(ce)得(de)有效值(zhi) 為(wei)Ｕ１時(shi)，在支(zhi)路上(shang)通過電流(liu)傳感器測(ce)得(de)支(zhi)路電流(liu)為(wei)Ｉ１；當流(liu)入負載的(de)交流(liu)電源(yuan)頻(pin)率(lv)為(wei)ｆ２，測(ce)得(de)電壓(ya)有效值(zhi)為(wei)Ｕ２時(shi)，測(ce)得(de)支(zhi)路電流(liu)為(wei)Ｉ２。繼電保護(hu)測(ce)試儀(yi)具備輸(shu)出(chu)不同(tong)頻(pin)率(lv)電源(yuan)的(de)功(gong)能(neng)，故能(neng)較方(fang)便(bian)得(de)到(dao)頻(pin)率(lv)為(wei)ｆ１和(he)(he)ｆ２的(de)電源(yuan)。

２．２．１ 電阻值調節

電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)值調節原理(li)：以電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)值*大的支(zhi)路(lu)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)為(wei)參考，增(zeng)大其他支(zhi)路(lu)串聯接入的線性可(ke)調電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)的電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)輸(shu)出值，使支(zhi)路(lu)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)達到(dao)參考值。當步進(jin)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)驅動(dong)(dong)器(qi)接收(shou)到(dao)單片機(ji)(ji)發(fa)出的一個脈沖信(xin)號時(shi)轉動(dong)(dong)一個步進(jin)角， 帶動(dong)(dong)可(ke)調電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)轉動(dong)(dong)，測量得到(dao)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)增(zeng)量Ｒ０。

**步(bu)：根據選擇閉合的船(chuan)型開關，確(que)定參與(yu)(yu)分流的支(zhi)路數。這里(li)假設參與(yu)(yu)分流的支(zhi)路數為 Ｎ（２≤Ｎ≤６），意(yi)味著船(chuan)型開關 ＫＡ１、ＫＡ２、…、ＫＡＮ閉合。

**步(bu)：比較 Ｎ 條(tiao)支路(lu)負載的電(dian)(dian)(dian)阻值，得到(dao)的*大(da)電(dian)(dian)(dian)阻值Ｒｍａｘ將作為電(dian)(dian)(dian)阻參考(kao)值，增大(da)其他支路(lu)的電(dian)(dian)(dian)阻值，使(shi)各支路(lu)電(dian)(dian)(dian)阻值相同。

第三步：計算第１條支路電阻與*大電阻值 Ｒｍａｘ之間的(de)差值 ΔＲ１，得(de)到(dao)需轉動的(de)步進角(jiao)數量 Ｍ＝ΔＲ１／Ｒ０。

第四步(bu)：由單片機(ji)向第１條支路(lu)的(de)步(bu)進電機(ji)輸出 Ｍ 個脈沖信號，實現調節電阻的(de)功能。

第五步：重(zhong)復第三步、第四步，依(yi)次調(diao)節第２條(tiao)到第Ｎ 條(tiao)支路(lu)的電阻值(zhi)。

２．２．２ 電感值調節

電(dian)感(gan)值(zhi)調(diao)節 原 理：綜合試驗測量(liang)及繼電(dian)保護電(dian)流采樣線圈參(can)(can)數可知，負載電(dian)感(gan)值(zhi)離散范圍小于１ｍＨ，以(yi) 電(dian)感(gan)值(zhi)*大的(de)(de)支 路(lu)(lu) 電(dian) 感(gan) 為 參(can)(can) 考，增大其他支路(lu)(lu)串聯接入的(de)(de)電(dian)感(gan) 匹 配 模 塊(kuai) 的(de)(de) 電(dian) 感(gan) 輸(shu) 出 值(zhi)［１２］， 使支路(lu)(lu)電(dian)感(gan)趨近參(can)(can)考值(zhi)。

電(dian)感(gan)匹配模塊用于輸(shu)(shu)出不(bu)(bu)(bu)同(tong)大小的(de)(de)(de)電(dian)感(gan)，內部有８個(ge)電(dian)感(gan)值(zhi)不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)貼片(pian)電(dian)感(gan)元(yuan)器(qi)件，電(dian)感(gan)值(zhi)分別為２．２、４．７、１０、２２、４７、１００、２２０、４７０μＨ，可組合(he)輸(shu)(shu)出２５５個(ge)不(bu)(bu)(bu)同(tong)電(dian)感(gan)值(zhi)。工作原理如下：電(dian)感(gan)元(yuan)器(qi)件接入或(huo)退(tui)出支路(lu)(lu)的(de)(de)(de)單片(pian)機(ji) ＰＡ４（２０ 號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao)）、ＰＡ５（２１ 號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao)）、ＰＡ６（２２ 號(hao) 引(yin)(yin)腳(jiao)）分別與７４ＨＣ５９５移 位(wei) 寄 存(cun) 器(qi) 的(de)(de)(de)１１號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao)、１２號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao)和(he)１４號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao) 相 連。由(you) 單 片(pian) 機(ji) ＰＡ４（２０號(hao) 引(yin)(yin) 腳(jiao)）和(he) ＰＡ５（２１號(hao)引(yin)(yin)腳(jiao)）輸(shu)(shu)出不(bu)(bu)(bu)同(tong)時(shi)序(xu)的(de)(de)(de)高低電(dian)平(ping)，實 現 將 ＰＡ６（２２號(hao) 引(yin)(yin)腳(jiao)）數據串行輸(shu)(shu)入至７４ＨＣ５９５芯 片(pian)，控 制７４ＨＣ５９５芯 片(pian)的(de)(de)(de)第１５引(yin)(yin)腳(jiao)（數據 Ｑ０）、第１～７引(yin)(yin)腳(jiao)（數據 Ｑ１～Ｑ７）輸(shu)(shu)出高電(dian)平(ping)或(huo)低 電(dian) 平(ping)。 當(dang)(dang) ７４ＨＣ５９５ 芯 片(pian) 第 １５ 引(yin)(yin) 腳(jiao)、 第 １～７引(yin)(yin)腳(jiao)中某(mou)引(yin)(yin)腳(jiao)輸(shu)(shu)出高電(dian)平(ping)時(shi)，連接該(gai)引(yin)(yin)腳(jiao)的(de)(de)(de)三(san)極管(guan)導(dao)通，繼(ji)電(dian)器(qi)線圈(quan)得(de)電(dian)，常(chang)開(kai)輔助觸(chu)點(dian)吸(xi)合(he)，電(dian)感(gan)串聯接入支路(lu)(lu)中；當(dang)(dang)７４ＨＣ５９５芯 片(pian) 第１５引(yin)(yin) 腳(jiao)、第１～７引(yin)(yin) 腳(jiao) 中 某(mou) 引(yin)(yin) 腳(jiao)輸(shu)(shu)出低電(dian)平(ping)時(shi)，連接該(gai)引(yin)(yin)腳(jiao)的(de)(de)(de)三(san)極管(guan)截止，繼(ji)電(dian)器(qi)線圈(quan)不(bu)(bu)(bu)得(de)電(dian)，常(chang)閉輔助觸(chu)點(dian)吸(xi)合(he)，電(dian)感(gan)元(yuan)器(qi)件短路(lu)(lu)，不(bu)(bu)(bu)接入支路(lu)(lu)中。電(dian)路(lu)(lu)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)４所示。

將(jiang)電(dian)感匹(pi)配 模 塊 與(yu)７４ＨＣ５９５芯(xin)片數據位引腳(jiao)用二進制關系(xi)對應，見表２。實施步驟同(tong)電(dian)阻調節類(lei)似，這 里(li) 不再贅述。

3 結語

本文以傳統繼(ji)(ji)電(dian)(dian)保(bao)(bao)護調(diao)(diao)試過程中(zhong) “一(yi)(yi)對一(yi)(yi) ”重復且低(di)效(xiao)的加量(liang)調(diao)(diao)試方式(shi)作為突破口，研究(jiu)了(le)繼(ji)(ji)電(dian)(dian)保(bao)(bao)護測(ce)(ce)試儀(yi)輸(shu)出擴(kuo)展(zhan)裝置。基于擴(kuo)展(zhan)裝置電(dian)(dian)壓(ya)分(fen)接(jie)和電(dian)(dian)流分(fen)接(jie)原理，設(she)計了(le)６大(da)模(mo)塊并進行檢驗組裝。現(xian)場實際應(ying)用證明(ming)，通過繼(ji)(ji)電(dian)(dian)保(bao)(bao)護測(ce)(ce)試儀(yi)外接(jie)擴(kuo)展(zhan)裝置，再輸(shu)出擴(kuo)展(zhan)至多臺(tai)待測(ce)(ce)設(she)備的模(mo)式(shi)是(shi)可(ke)行的，實現(xian)了(le) “一(yi)(yi)對多 ”的同時測(ce)(ce)試，減少了(le)重復加量(liang)過程，一(yi)(yi)定程度上(shang)縮短(duan)了(le)作業時間。本文研制的繼(ji)(ji)電(dian)(dian)保(bao)(bao)護測(ce)(ce)試儀(yi)輸(shu)出裝置可(ke)應(ying)用于不同電(dian)(dian)壓(ya)等級變電(dian)(dian)站(zhan)中(zhong)的保(bao)(bao)護裝置調(diao)(diao)試場景，有利(li)于提升(sheng)測(ce)(ce)試效(xiao)率，減少設(she)備和人力(li)資源(yuan)投入(ru)，保(bao)(bao)障人員安全，縮短(duan)檢修工(gong)期(qi)。