繼電保護測試儀

第1章    QZJBY-8繼電保護測試儀技術要求與技術參數

第1節   技術要求

1、真彩觸摸屏+鍵控，讓操作更得心應手，本機采用10.5觸摸屏，配合自主設計的鍵盤，讓操作更快捷，更得心應手，同時，程序開始試驗時，自動關閉觸摸屏，防止任何誤操作。

2、內置單路嵌入式模擬斷路器，模擬斷路器主要用于繼電保護裝置的整組試驗以及在備用電源自投裝置試驗等項目中替代真實的高壓斷路器。本機內置的模擬裝置為微機繼電保護測試系統的配套產品，特別在新建電廠、變電站的高壓斷路器沒調好或未投直流電源的情況下，使用內置模擬斷路器進行繼電保護試驗將不受外界因素影響，從而縮短調試時間，提高試驗工作效率。

3、嵌入式主機，配備超大規?？删幊踢壿嬈骷–PLD），主機采用高速高性能嵌入式微機系統配備CPLD，響應速度快，傳輸頻帶寬，對基波可產生每周波500點的高密度擬合正弦波，輸出波形光滑，無諧波分量。由于 輸出點數多，且通過精準的濾波電路，波形的失真度極小，在諧波輸出時，即使對 9次諧波、450Hz也可以達到每周波55點的高密度。

4、單機12路D/A同時輸出，采用16位高精度DAC芯片，確保擬合波形精度高，線性度好?？赏瑫r輸出12路模擬信號，滿足變壓器保護、備用電源自投等全面測試。

5、高精度線性功放，同時輸出6相電壓及6相電流，精心設計的電壓、電流放大器實現交/直流共享，輸出級采用的高精度超線性放大技術。精度高，可靠性好，同時輸出6相交流電壓和6相交流電流，每相交流電壓輸出高達250V、270VA，交流電流全并輸出高達270A。直流電壓輸出可達550V、480VA。

6、接口完整，主機一體化單機箱結構，系統操作界面和試驗結果是全中文顯示，全部操作過程均在顯示屏上設定，顯示直觀清晰。裝置可用自帶觸摸屏和鍵盤操作，亦提供外接鍵盤/鼠標口。還提供4個USB口、2個RS232口，可與外部計算機及其他設備通信。只需交流220V電源，開機即可工 作。攜帶方便，非常適合流動試驗及野外工作。

第2節 QZJBY-8繼電保護測試儀技術參數

第2章    裝置硬件結構

第1節   裝置硬件組成

? 數字信號處理器微機

裝置采用高速數字控制處理器作為輸出核心，軟件上應用32位雙精度算法產生各相任意的高精度波形。由于采用一體結構，各部分結合緊密，數據傳輸距離短，結構緊湊?？朔斯P記本電腦直接控制式測控儀中因數據通信線路長、頻帶窄導致的輸出波形點數少的問題。

? D/A轉換和低通濾波

采用高精度D/A轉換器，保證了全范圍內電流、電壓的精度和線性度。

由于擬合點數密度高，波形保真度高，諧波分量小，對低通濾波器的要求很低，從而具有很好的暫態特性、相頻特性、幅頻特性，易于實現準確移相、諧波疊加，高頻率時亦可保證很高精度。

? 電壓、電流放大器

相電流、電壓一直堅持采用高性能線性放大器輸出方式，使電流、電壓源可直接輸出從直流到含各種頻率成份的波形，如方波、各次諧波疊加的組合波形，故障暫態波形等，并且輸出波形干凈平滑，對鄰近設備無高頻輻射干擾，可以較好地模擬各種短路故障時的電流、電壓特征。

功放電路采用進口大功率高保真模塊式功率器件作功率輸出級，結合精心、合理設計的散熱結構，具有足夠大的功率冗余和熱容量。功放電路具有完備的過熱、過流、過壓及短路保護。當電流回路出現過流，電壓回路出現過載或短路時，自動限制輸出功率，關斷整個功放電路，并給出告警信號顯示。為防止大電流下長期工作引起功放電路過熱，裝置設置了大電流下軟件*。10A及以下輸出時裝置可長期工作，當電流超過10A時，軟件*啟動，*時間到，軟件自動關閉功率輸出并給出告警指示。輸出電流越大，*越短。

? 開入、開出量  

裝置有8路開入和4路開出。

開關量輸入電路可兼容空接點和0～250V電位接點。電位方式時，0～6V為合，11～250V為分。開關量可以方便地對各相開關觸頭的動作時間和動作時間差進行測量。

開入部分與主機工作電源、功放電源等均隔離。開入地為懸浮地，所以，開入部分公共端與電流、電壓部分公共端UN、IN等均不相通。

開關量電位輸入有方向性，應將公共端接電位正端，開入端接電位負端，保證公共端子電位高于開入端子?，F場接線時，應將開入公共端接＋KM，接點負端接開入端子。如果接反，則將無法正確檢測。

開出部分為繼電器空接點輸出。輸出容量為DC：220V／0.2A，AC：220V／0.5A。開關量輸出與電壓、電流、開入等各部分均*隔離。各個開出量的動作過程在各個測試模塊中各有不同，詳細請參看各模塊軟件操作說明。

以下是兩種常見的開出量接線示意圖：

? 直流電源輸出

裝置在機箱底板上裝設有一路可調直流電源輸出，分 110V 及 220V 兩檔，可作為現場試驗輔助電源。為該電源還設置了一個電位器，可在 80％－110％ 范圍內調節。該電源額定工作電流1.5A，可作為保護裝置的直流工作電源，也可作為跳合閘回路電源。該電源如過載或短路，將燒壞相應保險（2A／250V），此時更換此保險管即可。

第五章    交流試驗

“交流試驗"模塊是一個通用型、綜合性測試模塊，它有獨立的4相電壓和3相電流的測試單元，也有獨立的6相電壓、獨立的6相電流測試單元，更有獨樹一支的12相同時輸出單元，以及按序分量輸出測試單元。通過界面上的3P、6U、6I、12P和序分量五個按鈕進行相互的切換。這些獨立的單元互相調用，能充分滿足電力系統各種條件下的交流試驗測試。它們的共同點是：通過設置相應的電壓或電流為變量，賦予變量一定的變化步長，并且選擇合適的試驗方式（有“手動"、“半自動"和“全自動"三種試驗方式），方便地測試各種電壓電流保護的動作值、返回值，以及動作時間和返回時間等，并自動計算出返回系數。鑒于*常用的是“四相電壓和三相電流"的單元，而其它幾個在使用方法上與此基本相同，所以下面僅以“四相電壓和三相電流"為例進行詳細介紹。

可以靈活控制輸出4相電壓3相電流、6相電壓、6相電流、12相同時輸出多種組合

具有按序分量輸出功能，直接設置序分量數值，自動組合出各相電壓、電流輸出，并按序分量進行變化輸出

各相電壓、電流輸出均可以任意設置幅值和相位，幅值可以設置上限限制

各量的幅值和相位、頻率均可以設置變化，變化步長均可任意設定

Ux可以設置多種輸出方式組合，也可以任意置數

可以全自動、半自動、手動變化，且在輸出時可以任意切換

在輸出狀態可以直接修改幅值、相位、步長以及變量的個數

可以直接顯示功率數值，用于校驗功率計量儀表

可測量動作值、返回值、動作時間、返回時間

第1節   界面說明

￠ 交流量設置

鍵入電壓、電流的有效值后，按“確認"鍵或將鼠標點至其它位置，被寫入的數據將自動保留小數點后三位有效數字。電壓的單位默認為V，電流的單位默認為A。設置相位時，可鍵入-180~360°范圍內的任意角度。若寫入的角度超出以上范圍，系統會將其自動轉換至該范圍內。例如輸入“-181°"，則自動轉換成“179°"。在矢量圖窗口中能實時觀察到所設置的各個交流量向量的大小和方向的效果圖。

交流電壓單相*大輸出120V。當需要輸出更高電壓時，可將任意兩路電壓串聯使用，它們的幅值可不同，但相位應反向。例如：設Ua輸出120V、0°，Ub輸出120V、180°，則Uab輸出的有效值為240V。

六相型6相每相*大30A。若要輸出更大電流，可將多路電流并聯使用，并聯使用時各相的相位應相同。采用大電流輸出時，應盡量用較粗、較短的導線，并且輸出的時間盡可能短。

在上頁圖中，交流量設置有效值旁邊上的“變"一欄是用于選擇該輸出量是否可變的，如果在某相的有效值或相位后面的“變"欄上點擊鼠標打“√"，則說明該輸出相是可以變化的,同時“步長"一欄也由灰色變成高亮色，即“步長"允許設置。幅值的變化步長*小值為0.001，角度的變化步長*小值為0.1。

“上限"一欄是設置各相*大允許輸出的有效值。試驗時如果擔心某相會不小心輸出太大而損壞繼電器，可為該相設一“上限值"，則在試驗過程中該相將永遠不會超限，可確保繼電器安全?！吧舷拗?在軟件出廠的默認值是電壓電流的*大輸出幅值。

￠ Ux

Ux是特殊相，可設置多種輸出情況：

設定為 +3UO、-3UO、+×3UO、-×3UO時，UX的輸出值由當前輸出的UA、UB、UC組合出3UO成分，然后乘以各自系數得出，并始終跟隨UA、UB、UC 的變化而變化。

若選擇等于某相（如UA）的值，則Ux的輸出與相對應相的輸出相同。

若選“任意方式"，此時Ux的輸出和其他3相電壓一樣，可以在輸出范圍內任意輸出，也可以按照一定的步長變化其幅值和角度。

注意：

在此測試儀中，有UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc六相電壓輸出，而沒有單獨的Ux特殊相。因此，在程序設計時，程序第四相電壓Ua為特殊相Ux。請務必注意。

￠ 序分量、線電壓等參量顯示

在界面的左下腳顯示當前狀態下的線電壓以及電壓、電流的零序、正序和負序分量。通過這個窗口，不僅可以實時監視“序分量"以及“線電壓"的變化情況，這部分的數值是*根據上面所給的各相分量的當前值計算出來的，不能設置。這個窗口有利于試驗人員觀察保護動作時各序分量和線電壓的值，便于根據不同需要來記錄保護的動作值。比如說，做低電壓閉鎖過流的時候，如果保護定值給的是線電壓，那么保護動作時不但可以從上面很直觀的看到保護動作時的相電壓的值，而且可以從這個窗口直接讀出線電壓的值，而不需要試驗人員自行計算。

￠ 功率計量儀表顯示按鈕

點擊此按鈕后，將彈出“功率顯示"框，如右圖所示：

在該顯示框中，默認顯示的是二次側的各種幅值、相位、功率等數據。若需顯示一次側的數值，如用于對現場表計進行校驗時，只需選“一次側功率和電流"，并輸入相應的TV和TA變比即可。點選“功率單位為兆級"，可使功率顯示單位由“KW、KVar"自動轉換為“MW、MVar"。

￠“測接點動作"和“測動作和返回"

在試驗目的欄中選擇“測接點動作"時，試驗過程中測試儀收到保護動作信號后就自動停止試驗，此時測試儀記錄下保護的動作情況。

在試驗目的欄中選擇“測動作和返回"時，測試儀能測試保護的動作值和返回值，并自動計算出返回系數。

￠ 手動、半自動、全自動方式

?  手動方式

各變量的變化*由手動控制，手動按一下工具條上的鍵或者鍵盤上的“↓"或“↑"鍵，各變量將加、減一個步長量。保護動作時，測試儀發出“嘀"聲，并記錄下所需記錄的動作值。如果還需要測保護的返回值，這時反方向減小或增加變量至保護接點返回，裝置“嘀"聲消失，記錄下所需記錄的返回值，并自動計算出返回系數。

?  半自動方式

該方式下，當選擇“遞增"或“遞減"時，開始試驗后各變量將自動按步長遞增或遞減，增減的時間間隔可以設定。當保護動作，測試儀自動記錄所需記錄的量并維持輸出但暫停變化，同時彈出一對話框，請求給定下一步的變化方向是“增加"、“減小"還是直接“停止"試驗，按照試驗的要求選定一個變化的方向。

?  全自動方式  

該方式下，當選擇“遞增"或“遞減"時，開始試驗后各變量將自動按步長遞增或遞減，增減的時間間隔可以設定。當保護動作時，自動記錄所需記錄的量。如果已選“僅測接點動作"，裝置測得動作值后將自動停止試驗；如果選擇“測動作值和返回值"，在測得動作值后，裝置將自動轉換方向，反向變化變各量，直到裝置接點返回，從而測量出返回值，記錄下返回值并計算返回系數。

￠ 自動變化間隔時間

自動變化間隔時間是指在自動方式時每一步個故障變化的間隔時間，因此我們在設置間隔時間的時候必須保證間隔時間比保護動作的時間長，以便保護能夠可靠動作。

注意：

1. “手動"試驗中，快到保護動作值時，增、減變量的速度不能太快，以保證變量在每個步長停留足夠時間讓動作出口，這樣測得的結果才更準確。

2. 在自動試驗中，每變化一步時，內部計時器將自動清零。在測量繼電器的動作時間時，若時間較長，請用“手動試驗"方式，并緩慢變化。

￠ 輸出狀態直接置數改變輸出值

試驗過程中，軟件允許在輸出狀態進行多種直接更改輸出功能：

在輸出狀態可以進行手動、半自動、全自動方式的切換，可以進行“遞增"或“遞減"切換、“測接點動作"或“測動作和返回"切換。在手動方式下可以改變“自動變化時間間隔"。

在各種方式下均可隨時更改哪些量需要變化，點擊對應的“變"框打“√"或取消即可。

在手動方式時，可以同時將各相輸出改變為所需要的值。具體操作方法是：依次直接鍵入所需改變的各相的幅值和相位值（在未完成前不按“確認"鍵），在各值均輸入完后按“確認"鍵，裝置將立即同步地將各相輸出改變為鍵入的各值。

￠ 開入量

“繼保"系列測試儀各開入量是共用一個公共端的。接入保護的動作接點的時候，一端接測試儀公共端，另外一端接開入A、B、C、R、a、b、c中任一個。需要注意的是當接點是帶電位的時候，一定要把正電位接入公共端。

在本測試模塊中，開入量A、B、C、R、a、b、c 均默認有效，互為“或"的關系，不需要某個開入量時，可選擇關閉。試驗時，保護的跳、合閘接點可接至任一路開入量中（在線路保護中，軟件默認開入R為重合閘信號接入端）。開入公共端（紅色端子）在接有源接點時，一般接電源的正極。只要測試儀接收到某路開入量的變位信號，即在該開入量欄中記錄下一個時間。

如果有多路開入量變位，各路中將會記錄各自的時間。

￠ 開關變位確認時間

各種繼電器和微機保護，其接點的斷開與閉合常會有一定抖動。為防止抖動對試驗結果造成的影響，常設置一定的“開關變位確認時間"。一般來說對于常規的繼電器，開關變位時間設置為20ms，而微機型保護，開關變位時間設置為5ms就可。

￠ 測試結果記錄

界面的右下角為測試結果的“動作值"、“返回值"和“返回系數"的記錄區。記錄的內容非常豐富，可以記錄三相電壓、電流，各線電壓，電壓、電流的正序、負序及零序分量，各交流量的相位，以及頻率等。需要記錄哪個量只需在該量前打勾即可。如右圖所示。

￠ 短路計算按鈕

“交流試驗"模塊是一個非常通用的模塊。當需要模擬更復雜的試驗時，請點擊工具欄中的短路計算按鈕，將彈出如右圖所示的“短路計算"對話框，在這個對話框中可以設置：

?  故障類型

在下拉菜單中可選擇故障類型有：單相接地短路、兩相短路、三相短路，或者是正常狀態。其中正常狀態是指三相電壓為正序額定電壓，三相電流為0A。

?  故障方向

默認情況下是“正向故障"，對有些方向性保護需模擬反向故障時，可在下拉菜單中選擇“反向故障"。

?  額定電壓

系統的額定相電壓。一般額定電壓為57.735V。非故障相電壓為此電壓。

?  整定阻抗

根據定值單給出的定值類型不同，在界面上可按“Z / Ф"或“R / X"兩種方式設置故障阻抗。選擇哪一種方式設置整定阻抗主要是根據定值單來設置，用哪一種方式設置的時候，另一種方式的值都會由計算機自動計算得出。

?  短路阻抗倍數

上面設置的是定值單中的“整定阻抗"，而試驗時常常按0.95倍或1.05倍來進行校驗。因此“短路阻抗"＝“倍數值"ד整定阻抗"，用此“短路阻抗"再參與短路計算。做“零序保護"試驗時，有時可通過靈活設置短路阻抗，在不退出距離保護的情況下來躲開距離保護的搶動。

?  計算模型

當選擇“短路電流不變"時，需要設置一定的短路電流。通過給定的“短路阻抗"和該“短路電流"計算出相應故障類型下的“短路電壓"。當選擇“短路電壓不變"時，需要設置一定的短路電壓。通過給定的“短路阻抗"和該“短路電壓"計算出相應故障類型下的“短路電流"。做“距離保護"試驗時，有時可通過靈活設置短路電流，在不退出零序保護的情況下來躲開零序保護的搶動。

注意:

“短路電壓"在兩相短路時是指故障線電壓，在其他類型短路時是指故障相電壓。

?  零序補償系數

在模擬“接地距離保護"試驗時，必須考慮相應的零序補償系數。軟件給出了三種設置方式，請按照定值單中給出的零序補償系數設置方式對應設置。

設置完以上試驗參數后點擊“確認"按鈕，軟件立即將計算出的短路電壓、電流，以及相應的角度寫入“交流試驗"界面中。比如，按上述設置后，計算的結果如右圖所示：

￠ 按序分量輸出功能

序分量測試界面，如下圖所示：

在界面上直接設置需輸出的電壓電流的各種序分量，不需要象傳統的通過設置各相電壓電流幅值和相位來得到各序分量，大大簡化了操作，甩開了傳統的復雜計算，為測試序分量繼電器提供了方便。例如，要輸出三相負序電壓，若在三相交流輸出頁面，就必須分別設置三相電壓的幅值和相位，而現在只需要將所需輸出的負序電壓值賦予給“U－"，軟件能自動計算出測試儀每相應輸出的電壓幅值和相位關系。

注意:

1. 需要注意的是，這里設置的幅值、變化步長和相位都是序分量，是三相電壓或三相電流組合出的各序分量，而不是測試儀單相的實際輸出。任意改變界面上的序分量值（包括幅值和相位），軟件都能實時計算出相應的三相電壓、電流值，其數值在界面左下角的列表區中顯示，測試儀電壓電流輸出端子實際輸出的電壓電流值即為該量，而非序分量。

2. 界面上的U0、I0、U-、I- 是各序量值，是我們在保護中常用的3U0、3I0、3U-、3I- 的三分之一，這與三相交流試驗界面中左下角結果列表顯示的值是相*的。試驗時，首先要區分保護所給定的整定值給的是U0、I0、U-、I- 還是3U0、3I0、3U-、3I-，若是U0、I0、U-、I-，試驗時可直接按定值設置參數，若是3U0、3I0、U-、I-，應將實際的整定值除以3，再按新的定值進行參數設置。

第2節   試驗指導

￠ 變壓器復合電壓閉鎖（方向）過流保護

這是當前大容量變壓器常見的后備保護之一。用“交流試驗"進行模擬時，應注意以下幾點：

? 如何輸出復合電壓

復合電壓是指低電壓和負序電壓。在閉鎖過流時，這兩種電壓是“或"的關系。也就是說，可以理解為是“低電壓閉鎖（方向）過流"和“負序電壓閉鎖（方向）過流"兩套保護的組合。一般保護提供了兩組電壓輸入端子，一組用于輸入低電壓（正序電壓），一組用于輸入負序電壓，因此，試驗時電壓的接線不同。

保護定值單中，“低電壓"和“負序電壓"常常指線電壓，可將其除以1.732，轉換成相電壓，由測試儀輸出三相電壓進行試驗。低電壓試驗時，在“交流試驗"中設置三相電壓相位為：0°、－120°、120°；負序電壓試驗時，在“交流試驗"中設置三相電壓相位為：0°、120°、－120°；

?  電壓電流怎樣配合輸出

如果采用三相電壓同時輸出，則試驗時可任意取其中一相電流輸出。

如果采用兩相電壓輸出，則需要通過閱讀保護說明書，查看保護是采用什么接線方式。比如，采用90°接線，則按“UAB，IC"，“UBC，IA"，“UCA，IB"方式進行輸出；采用0°接線，常常按“UAB，IA"，“UBC，IB"，“UCA，IC"方式進行輸出。

?  怎樣測試方向更簡單

假設某保護采用90°接線方式，低電壓定值為60V，試驗時可在“交流試驗"中進行如下設置：UA=60V，相位為0°；UB=0V，相位為0°。這樣，UAB即為60V，0°。然后固定電壓，改變電流IC的相位來測試兩條動作邊界。

?  *大靈敏角的“正"、“負"是怎樣定義的

保護定義：電壓超前電流的角度為正，反之為負。假設右圖所示的IC為靈敏角指向，UAB為參考方向0°，則該保護的靈敏角即為：－45°，兩動作邊界分別為45°、－135°（陰影部分為動作區）。

●  需要測試哪些項目

過電流值、低電壓值、負序電壓值、動作靈敏角等。

￠ 怎樣在輸出期間直接置數改變輸出

有些保護要求在輸出故障之前先輸出正常狀態量（電壓為57.735V，電流為0A），以使保護的“TV斷線"信號消失，或重合閘充電燈亮。還有些保護是通過突變量起動的，要求在試驗期間加上突變量。這些都要求軟件能在試驗期間直接修改數據，改變測試儀的輸出量。

首先選擇“手動"試驗方式，在試驗輸出狀態下，依次直接修改所需改變的各相的參數（幅值或相位）。按“確認"鍵之前，盡管界面上的數據已經修改，但測試儀實際輸出的電壓電流還是修改前的。全部修改完后按“確認"鍵，測試儀的各相輸出立即同時改變為修改后的值。由于這種改變是各相同步改變的，所以能適應某些突變量起動的保護的輸出要求。

有時會發現：界面上的“步長"參量不能修改。其實，這是因為當前狀態下該交流量是非變量，只要在“變"欄點擊鼠標，使其變為變量，就會發現：剛才還灰色顯示的步長欄變成了激活狀態。軟件允許修改步長參數了。

如果當前采用的是“半自動"或“全自動"試驗方式，可在試驗輸出狀態下選擇為“手動"試驗方式，此時測試儀的輸出不再變化（并沒有停止輸出，而是維持在當前值輸出）。然后按上述方式改變試驗參數。

在“半自動"或“全自動"試驗方式下，如果當前按“遞增"變化，而要改為按“遞減"，同樣可在試驗輸出狀態下直接點選“遞減"來實現。

￠ 交流試驗測試時應注意事項

?  在測試常規繼電器時，“開關變位確認時間"應設置得大一點，比如20ms左右；若測試的返回值誤差過大，可能是由于繼電器接點抖動過大，這時可以選擇“手動"方式來完成；在測試繼電器的動作時間時，測試儀輸出的交流量應大于保護的啟動值，以保證保護可靠動作。

?  在測試多段式過流保護時，一般是一段一段地分別進行試驗。也就是說，做Ⅰ段定值的時候，把Ⅱ段、Ⅲ段都退出，然后逐步升電流直到保護動作。在這種方式下測出的動作時間往往是不準確的。測動作時間時，*好是直接由測試儀輸出1.2倍及以上的整定動作值（低電壓保護為0.8倍及以下）,保證保護能夠啟動動作，這樣測出來的動作時間就比較準確。

?  測試距離保護時，短路阻抗在小于整定定值的時候保護才會出口，所以一般取定值的0.95倍來做試驗，可保證保護能夠可靠出口；在模擬接地距離故障的時候，零序補償系數一定要設置正確；

?  校驗零序電流定值時，要注意區分定值單里給出的是3I0的定值，還是I0的定值。如果是I0的定值，在測試模塊的左下角會有顯示，如果是3 I0的定值，則將左下角顯示的I0的值乘3，看是不是和定值一樣。對于距離和零序保護定值的校驗，后面有專門的校驗模塊，測試會更方便，關于這部分軟件已在后面介紹。

?  測試低周保護時，選擇頻率可變。頻率變化的步長根據精度的要求來設置，*好是選擇“自動"的方式來完成，因為低周有df/dt的閉鎖值，用手動方式的話不好控制。頻率從50開始下降一直降到保護動作為止，需要注意的是，間隔時間應該大于保護的動作時間。