1 引言 隨著新型繼電保護(hù)裝置，特別是微機(jī)保護(hù)的推廣應(yīng)用，對測試技術(shù)有了更高的要求，涉及計算機(jī)自動測試等先進(jìn)技術(shù)的繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置已成為不可缺少的專用設(shè)備。為此，電力部已頒發(fā)了“繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置技術(shù)條件”，使選擇試驗裝置有了依據(jù)。有的省電力試驗研究所對進(jìn)口和國產(chǎn)繼電保護(hù)試驗裝置進(jìn)行了測試，并公布了各種試驗裝置的對比結(jié)果。本文從智能電子儀器的原理和繼電保護(hù)試驗校驗要求的綜合角度，簡述目前國內(nèi)外繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置的技術(shù)性能及檢驗方法。 2 試驗裝置的電子線路結(jié)構(gòu)特性 微機(jī)型試驗裝置是由人機(jī)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、電壓送給繼電保護(hù)裝置，同時接受繼電保護(hù)裝置的反饋信息，作出系列響應(yīng)，予以記錄，以達(dá)到自動測試結(jié)果，并將結(jié)果以文字、圖表打印報告。 2.1 人機(jī)對話 國產(chǎn)的試驗裝置具有漢字菜單，進(jìn)入各種專用試驗程序，程序界面友好，并有幫助菜單。進(jìn)口試驗裝置則為英文界面。 2.2 參數(shù)設(shè)定 通過屏幕畫面直接輸入或修改參數(shù)，一般試驗裝置在出廠前必須調(diào)整好，使得輸出的電流、電壓信號就是設(shè)定的數(shù)值。由于試驗裝置在自動測試過程中（如二分法漸近）都是電流、電壓突變，一般沒有用儀表監(jiān)測。在日后的試驗中，不論裝置工況如何，就認(rèn)定設(shè)定值就是輸出值。這里就存在一個大問題，一旦負(fù)載阻抗較大，輸出波形削頂或產(chǎn)生自激振蕩或功放回路參數(shù)有了變化，使輸出值和設(shè)定值有誤差，就會造成繼電保護(hù)誤整定?，F(xiàn)將國內(nèi)外裝置中解決這些問題的幾種辦法分述如下。 （1） 瑞典OMICRON CMC156采用A/D測量自動反饋修正。它的優(yōu)點是當(dāng)功放級尚未飽和時能提高精度。如負(fù)荷阻抗較大，功放級飽和后，自動反饋修正的誤差反而會變大，但試驗裝置在誤差超標(biāo)時能在計算機(jī)屏幕上告警。 （2） 江西華東電力儀器廠JJC—1H采用專有的失真判別措施，相當(dāng)于用電路比較信號源和輸出是否一致的辦法。若輸出電流、電壓的有效值與計算機(jī)設(shè)定值誤差超過3％時，就發(fā)出音響告警，超過5％時延時關(guān)機(jī)，并指示誤差相別，避免錯誤整定。JJC—111試驗裝置設(shè)有電流、電壓回路的開路、短路保護(hù)，失真判別措施還加強(qiáng)了電流、電壓電源的開路、短路保護(hù)。這是國內(nèi)其它試驗裝置所不具有的。 2.3 程序控制信號源 目前大多數(shù)的試驗裝置都是由數(shù)據(jù)通訊線將微機(jī)中已計算的瞬時值數(shù)據(jù)傳往D/A，產(chǎn)生信號源，有的是逐點傳送，有的是批處理傳送，這對試驗波形每周分隔的點數(shù)有很大關(guān)系。 北京威特MRT—02B、廣東昂立的3100D據(jù)悉基波每周只有40個點，幅頻特性很差，諧波疊加和變頻試驗只是定性地，而非定量地進(jìn)行測量，在這兩個項目中輸出的試驗值與計算機(jī)整定值有誤差。 江西華東電力儀器廠JJC—1H試驗裝置為無變壓器輸出，基波每周點為180點，幅頻特性大為提高。在疊加2、3、5、7次諧波時，其諧波輸出值和計算機(jī)設(shè)定值的誤差不超過3％。從計算機(jī)逐點傳送、通訊握手所需機(jī)時考慮，每周180點也已到了極限，否則要增加硬件存儲器，實行批處理傳送。但逐點傳送也有它的好處，能仿真輸出長過程的故障信號。 國外試驗裝置都保證任何頻率下海周的點數(shù)有256點，送出的波形十分光滑，幅頻特性很好。在20次諧波時，其和計算機(jī)設(shè)定值的誤差均在3％以下，因而做單頻率的試驗時，效果特好。由于采用批處理傳送需要前置存儲器，而前置存儲器容量有限，在故障仿真時，仿真信息的長度就有限制。國外試驗裝置容量偏小，增加容量需要增設(shè)功率放大器，增加體積重量，選擇時要考慮應(yīng)用場所。 2.4 數(shù)模變換D/A 數(shù)模變換一般都采用12位或以上。在阻抗元件試驗中，電壓信號可能降得很低，這時信號源的D/A的有效位數(shù)就減少，影響波形的臺階數(shù)。如考慮疊加諧波的幅值裕度，一般相電壓取80V是適宜的。零序電壓3Uo一般應(yīng)設(shè)計為100V。 2.5 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(jìn)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(dá)是不同的，下面只比較電流功放級的容量。 （1） 江西華東電力儀器廠JJC—1H參數(shù)為：最大輸出功率300VA/相，電流30A/相時，輸出到負(fù)載上的不失真電壓為10V。當(dāng)環(huán)境溫度20℃時，30A電流允許持續(xù)5min，這個指標(biāo)目前在國內(nèi)外都是很高的。電流10A/相時，輸出到負(fù)載上的不失真電壓為15V，此時允許長期工作。在現(xiàn)場用JJC—1H校驗故障錄波器的電流時，可同時串24個CT，而同樣條件下昂立3100—D試驗裝置只能串6個CT，可見前者帶載能力較大。 （2） 瑞典CMC156、OMICRON、CMA156帶功放裝置后的參數(shù)，經(jīng)江蘇省電力試驗研究所測定：最大輸出功率為150VA/相，電流0～15A/相時，輸出到負(fù)載上不失真的電壓都為10V；電流20A/相時，輸出到負(fù)載上允許的電壓為6.25V；電流30A/相時，輸出到負(fù)載上的允許電壓只為3.85V；電流50A/相時，輸出到負(fù)載上的允許電壓只為1.413V。當(dāng)環(huán)境溫度20℃、50A/1.4V時允許8min。必須注意，當(dāng)電流超過15A時，功放級的限制是由于熱負(fù)荷的原因，在30A時輸出功率也只有115VA，可見帶載能力也很小。 （3） 新加坡VENUS330和FREJA300輸出不失真電壓只能達(dá)到3.8～3.5V，輸出帶載能力很低。 （4） 北京威特MRT—02B和廣州昂立3100D參數(shù)為：輸出電流范圍0～30A/相，長期允許工作電流10A/相以下。當(dāng)輸出電流大于10A/相時，試驗時間不宜超過10s，說明功放級的熱容量不足。 2.6 自動加載測試 根據(jù)繼電保護(hù)測試項目的要求，試驗裝置能按設(shè)定程序輸出電流、電壓，自動尋找動作邊界。如差動繼電器助磁特性試驗需要同時輸出工頻電流和直流電流，并自動按二分法漸近尋找動作邊界。如直流助磁電流選擇20A，交流動作電流將接近30A，因而大電流下的允許持續(xù)時間是不宜太短的。有的裝置在上述工況下測試會發(fā)生中途超溫停機(jī)，使自動尋找邊界過程不能完成。 2.7 繼電保護(hù)的反饋信息 繼電保護(hù)反饋信息有多種，如空接點、電位式、脈沖式，還有正、負(fù)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。 2.8 試驗數(shù)據(jù)處理 距離保護(hù)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(dá)不出實測的阻抗和整定值有多少誤差。江西華東電力儀器廠JJC—1H微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)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） 3 如何在實驗室測試試驗裝置的性能 在實驗室測試，往往沒有復(fù)雜的繼電保護(hù)，但有較多的儀表和測試裝置。 3.1 幅頻特性測試 較為簡單的方法是用雙線示波器觀測。令試驗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，計算機(jī)設(shè)定它們幅值相等，即U1=Un。如果幅頻特性很好，在示波器上這兩個不同頻率的波形應(yīng)有相同的高度。國外裝置在高頻頻率為1000Hz時，兩個波形的幅值是一樣高，從高頻波形看曲線依然光滑，說明信號源波形每周的點數(shù)是很多的。由于沒有阻容平滑，幅頻特性很好。江西華東電力儀器廠JJC—1H試驗裝置每周點數(shù)為180點，在高頻頻率為350Hz以下時，兩個波形的幅值是一樣高。北京威特MRT—02B試驗裝置，由于每周點數(shù)只40點，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，其幅值對計算機(jī)設(shè)定值的誤差都已達(dá)到了50％以上。 3.2 線性和精度測量 繼電保護(hù)試驗主要保證50Hz下的線性和精度，這可用一般的電流、電壓表對其進(jìn)行校驗。對電流精度的校驗，應(yīng)讓試驗裝置從大電流往下逐點試驗，有利于那些熱容量不足的裝置避免過熱。由于D/A的位數(shù)有限，要注意小電壓時的精度，對電流只需校核0.2～30A范圍。OMICRONCMC156由于采用A/D反饋自動修正精度，故精度和線性均很好。欠缺的是輸出容量較小，往往在小電壓和小電流時，試驗裝置由于D/A的位數(shù)少，失真度會偏大。這一點對微機(jī)保護(hù)影響不大，由于在小電壓和小電流時，其微機(jī)保護(hù)的AD采樣的位數(shù)也減少，讀入的精度也降低，輸出波形的臺階化對測距的影響還不少。 國內(nèi)試驗裝置在工頻時的精度一般都很好，但在小電壓下的精度要差些，原因是A/D位數(shù)減少。 3.3 帶載能力 用示波器配合負(fù)載電阻測量試驗裝置在輸出波形不失真下的帶載能力時，必需同時指出送多大電流和其輸出波形不失真的的最大電壓。帶載能力測試是重要環(huán)節(jié)，要求可調(diào)的負(fù)載電阻阻值在1Ω以下，通流能力在30A。一般不易找到合適的可調(diào)電阻器，可用幾個電抗變壓器串聯(lián)來代替，測量的結(jié)果如表1。當(dāng)通30A時，江西JJC—1H輸出不失真電壓為10～11V，新加坡VENUS330輸出不失真電壓為3.8V，顯然前者帶載能力要大得多。 3.4 疊加諧波能力 用諧波儀測試試驗裝置疊加諧波的能力同時可考核精度和幅頻特性。國外裝置由于幅頻特性好，其諧波合成都很好。江西JJC—1H其諧波合成效果也好，送臺階波時，它的響應(yīng)也很快。 對無變壓器輸出的試驗裝置，可用示波器觀測試驗裝置輸出方波和臺階波的能力。 3.5 差動繼電器的助磁特性試驗 該項試驗是考核試驗裝置能否自動進(jìn)行測試，并如何處理試驗結(jié)果的簡便方法。 3.6 阻抗繼電器動作區(qū)試驗 該項試驗也是考核試驗裝置能否自動進(jìn)行測試，并如何處理試驗結(jié)果的簡便方法，用以判明其有否疊加諧波或自動描繪擬合曲線的能力。 3.7 阻抗繼電器的精工電流試驗 該項試驗是考核試驗裝置進(jìn)行動態(tài)測試的能力。如果暫態(tài)響應(yīng)不好，兩次精工電流測量的結(jié)果相差會較大，特別是在小電流下的情況更是如此。這就要分析是保護(hù)裝置的暫態(tài)分散還是試驗裝置暫態(tài)特性所引起的。同時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，擬合繪線是否會產(chǎn)生不合理的振蕩，以此考核繪圖軟件的質(zhì)量問題（圖3）。國內(nèi)外繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置的性能比較。 4 軟件菜單設(shè)計的審查 軟件豐富與否，也是對試驗裝置的選擇條件。一般來說，常用軟件都應(yīng)具備如下內(nèi)容： （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)時區(qū)的長短；能智能判別繼電保護(hù)反饋接點的信息；能按一定的模式，自動尋找繼電器臨界動作值。如保持電流和角度不變的情況下，按二分法改變電壓幅值，尋找阻抗元件的臨界動作值。也可保持電流和電壓不變，讓電壓、電流之間的角度連續(xù)變化，看繼電器進(jìn)入動作區(qū)域的角度范圍。它可用于測量上拋圓特性的阻抗繼電器，也可測量方向繼電器的動作區(qū)。 （2） 三相電流、電壓源能獨立變頻，也可根據(jù)需要改變。如做差動保護(hù)助磁特性試驗時，其中一相送直流電流，另一相送交流電流。如做差動繼電器的諧波制動特性時，A相送諧波電流，B相送50Hz電流。新加坡VENUS 330卻沒有做到分相獨立變頻。 （3） 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自動計算產(chǎn)生。這一點FREJA300做得較好，它可以輸入R、X；或Z、Φ；或I、Z；或U、I；或U、Φ等任何一種方式，據(jù)此產(chǎn)生故障信息。 （4） 三相電流、電壓的諧波不能隨意疊加。因為一旦基波電流、電壓已設(shè)定，相當(dāng)于線路的參數(shù)R、X已確定。如果諧波電流先隨意設(shè)定，則諧波電壓就必須滿足參數(shù)R、X的制約。 （5） 三相電流、電壓要能設(shè)定多段狀態(tài)的時區(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)，以便能校驗綜合重合閘的動作情況。 （6） 三相電流、電壓要能模擬復(fù)雜故障轉(zhuǎn)換。如正常態(tài)、單相接地故障態(tài)15ms（可調(diào)）后，再轉(zhuǎn)兩點接地故障態(tài)，這種設(shè)定是考核微機(jī)保護(hù)對轉(zhuǎn)換性故障的響應(yīng)方式的需要。因為前15ms是單相接地故障，其后是兩點接地故障，故障距離計算的公式對單相接地和兩點接地故障的計算是不一樣的。微機(jī)保護(hù)此時面臨的問題是，在一個周波的數(shù)據(jù)是混淆數(shù)據(jù)，它究竟按哪個公式計算或是再等待，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，究竟在運行中它的表現(xiàn)如何?繼電保護(hù)微機(jī)型試驗裝置要肩負(fù)此考核的責(zé)任。 （7） 試驗裝置要能產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩時的三相電流、電壓模型，用于試驗振蕩解列裝置；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。 （8） 高級仿真。用EMTP電磁暫態(tài)程序計算故障仿真數(shù)據(jù)，以一定的格式轉(zhuǎn)換成試驗裝置的數(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。對于用計算機(jī)信息逐點傳送，每周有40點以上的無隔離變壓器的試驗裝置而言，做到這點并不難，北京威特MRT—02完成故障仿真工作較早，而后國內(nèi)其它裝置也完成了這項工作。每周點數(shù)多一點，仿真更細(xì)膩一點。也可計算復(fù)雜故障下短路電流、電壓，將計算的電流、電壓的幅值和相角直接輸入到試驗裝置的菜單程序中對繼電器進(jìn)行仿真試驗。 （9） 故障信息再現(xiàn)。原則上應(yīng)該可以將故障錄波器記錄數(shù)據(jù)通過試驗裝置予以再現(xiàn)輸出，但這中間也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的翻譯（幅值定標(biāo)）。如國內(nèi)故障錄波器每周只記錄20點，就要用等距插值法將它轉(zhuǎn)為每周180點（對JJC—1H試驗裝置而言），對逐點傳送的試驗裝置，可邊插值邊送數(shù)，使輸出更細(xì)膩。對于壓縮存儲的文件，更要妥善處理。