0 引言

目前，國內(nèi)對繼電保護測試儀的檢測主要是采用多個高精度多用表測試其交直流電壓、電流、頻率和相位等電參數(shù)的準確度，所用設備種類多、測試步驟繁

瑣，且無法檢測繼電保護測試儀的響應速度、同步性、帶負載能力以及時間精度等大多數(shù)技術參數(shù)。這是由于繼電保護測試儀的檢測涉及繼電保護、電測計量、時間計量等多專業(yè)領域，要完整地檢測繼電保護測試儀項目具有一定的難度［4］。近年來，隨著繼電保護技術的飛速發(fā)展，提高對繼電保護測試儀的檢測技術水平已迫在眉捷［5］。

基于以上原因，本文研制開發(fā)了繼電保護測試儀檢測裝置，簡化了繼電保護測試儀的檢測，實現(xiàn)了繼電保護測試儀的交直流電壓、電流等電參數(shù)的高準確度

測量，總諧波畸變率、響應速度、同步性、帶負載能力和動作時間等功能性技術參數(shù)的檢測以及關鍵技術也有了一定的突破。

1 裝置的硬件設計及工作原理

1． 1 裝置的硬件設計

裝置硬件組成框圖如圖 1 所示。

裝置采用低功耗 DSP 微處理器和高精度 A/D 采樣芯片( 16 位高速 A/D) 及其他交流同步采樣電路進行硬件設計，并在所設計的電路中采用 DSP + AVR +

嵌入式工控機架構。裝置包括信號采樣電路( 采樣、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)選擇) 、A/D 轉(zhuǎn)換電路、DSP 處理器、光電隔離電路、彩色液晶顯示器和鍵盤。DSP 專門負責信號的采樣、處理和計算等，嵌入式工控機負責數(shù)據(jù)處理以及 8． 4 英寸( 1 英寸 = 25． 4 mm) TFT 彩色 LCD 顯示和鍵盤處理。為提高信號采集速度，采用多片高速A/D循環(huán)采樣技術。光電隔離電路與 DSP 處理器相連，負責在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號，對輸入和輸出電路進行離抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，提高響應速度。

1． 2 裝置的工作原理

1． 2． 1 電參量的計算

電參量基本算法如下。

交流電壓、電流有效值為［2］:

U = 1N ∑N － 1m = 0u2槡 m I = 1N ∑N － 1m = 0i2m ( 1)

式中: N 為每個周期采樣點數(shù); um 為第 m 次電壓采樣值; im 為第 m 次電流采樣值。

諧波分析為［3］:

X( k) = DFT［x( n) ］= ∑N － 1n = 0x( n) WnkN ( 2)0≤k≤N － 1

式中: x( n) 為時域信號; X( k) 為頻域信號; DFT 為數(shù)字傅里葉變換; WnkN = e － jnk2πN; x( n) = XR( n) + iXI( n) 。、

相位為［3］:

φ = arctan Im［X( k) ］Re［X( k) ］ ( 3)

式中: Im 為 X( k) 的虛部; Re 為 X( k) 的實部。

1． 2． 2 裝置的工作原理

繼電保護測試儀輸出的交流電壓、電流信號經(jīng)電壓、電流互感器送入信號調(diào)理電路，直流電壓、電流信號經(jīng)過直流取樣電路送入信號調(diào)理電路，實現(xiàn)對交直流電壓、電流的取樣，并經(jīng)信號調(diào)理電路濾波后，送入雙四選一模擬開關進行選擇處理。雙四選一模擬開關輸出的信號送入 A/D( 6 通道 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器) 轉(zhuǎn)換器進行 A/D 轉(zhuǎn)換，再由 A/D 采樣芯片將采集到的信號送入 DSP 處理器進行數(shù)據(jù)處理、計算。光電隔離電路與 DSP 處理器相連，將 A/D 轉(zhuǎn)換信號送入 DSP 處理器 I/O 口數(shù)據(jù)總線。開入量信號經(jīng)光電隔離電路送入DSP 處理器處理，光電隔離電路負責在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號，對輸入和輸出電路進行隔離。DSP 處理器與彩色液晶顯示器及鍵盤相連，負責信號的采樣、數(shù)據(jù)處理和計算以及顯示和鍵盤處理。

2 裝置的性能指標

近年來，繼電保護技術有了飛躍式的發(fā)展［5］。目前，大多數(shù)繼電保護測試儀交直流電參量( 電壓、電流、相位) 精度已達 0． 2 級。頻率精度在 10 Hz ＜ f≤65 Hz時，頻率誤差為 ± 0． 001 Hz; 在 65 Hz ＜ f≤450 Hz 時，頻率誤差為 ± 0． 01 Hz; 在 450 Hz ＜ f≤1 000 Hz 時，頻率誤差為 ± 0． 01 Hz。相 位 精 度 已 達 0． 2°。自 主 開 發(fā) 的DKY-2105 型繼電保護測試儀檢測裝置交直流電壓、電流參數(shù)測量精度達到 0． 05 級，相位測量精度達 005°，

完全滿足對繼電保護測試儀的檢測。此外，裝置對繼電保護測試儀的檢測的幅頻特性( 0 ～ 1 kHz 范圍)［6］、總諧波畸變率等性能指標也滿足 DL/T 624-1997“繼電保護微機型試驗裝置技術條件”的要求［1］。

3 響應速度及同步性測試

裝置對繼電保護測試儀的輸出交流電壓、交流電流響應速度( 上升/下降速率) 和同步性測試須滿足以下條件［1］。

① 在繼電保護測試儀輸出電壓為 Umax時，在阻性負載上可測得電壓幅值由 10% 上升至 90% ( 或由90% 下降至 10% ) ，其上升或下降的時間小于 120 μs。

② 在繼電保護測試儀輸出電流為 Imax時，在阻性負載上可測得電流幅值由 10% 上升至 90% ( 或由90% 下降至 10% ) ，其上升或下降的時間小于 200 μs。

③ 電 流 與 電 壓 輸 出 的 不 同 步 時 間 小 于 等于100 μs［4］。

當輸出電壓為 75 V、輸出電流為 5 A 時，試驗數(shù)據(jù)如表 1 和表 2 所示。

4 繼電保護測試儀時間精度測試

以往繼電保護測試儀時間的檢測是難點，*主要的原因是其涉及繼電保護、電測計量和時間計量等專業(yè)。因此，在對繼電保護測試儀檢測裝置的研發(fā)中，繼電保護、電測計量、時間計量的專業(yè)人士，對繼電保護測試儀時間的檢測進行了多次試驗并成功地測得繼電保護測試儀的動作時間。

時間精度測試可分為 3 個步驟。

① 時間檢測試驗接線

時間檢測試驗接線圖如圖 2 所示。圖 2 中的開出為繼電保護測試儀自身的輸出開關量，有常開和常閉兩種類型; 開入為被測裝置的接點方式選擇，有常開和常閉兩種方式。

② 檢驗參數(shù)設置

繼電保護測試儀選擇能進行測量動作時間的功能。測量時間時設置的變量應能發(fā)生突變，即設置的變量從 0 或額定值突變到動作時間規(guī)定的激勵量。繼電保護測試儀設置如下。

狀態(tài) 1: Udc = 10 V( 交流電壓、電流均為零) ; 開出2 斷開; 開出 4 斷開( 或閉合) ; 狀態(tài)觸發(fā)條件選擇“按鍵觸發(fā)”。

狀態(tài) 2: Udc = 10 V( 交流電壓、電流均為零) ; 開出2 閉合; 開出 4 斷開( 或閉合，與狀態(tài) 1 相同) ; 狀態(tài)觸發(fā)時間選擇“開入量觸發(fā)翻轉(zhuǎn)”。

狀態(tài)設置完成后，選擇“觸發(fā)故障”后開始測量。

③ 時間測量的測試結果

時間測量的測試結果如表 3 所示。

5 繼電保護測試儀交流帶負載能力測試

由于供電企業(yè)對繼電保護測試儀交流帶負載能力的要求較高，而進口設備帶載能力較差，因此，開展對繼電保護測試儀的交流帶負載能力的檢測具有重要的意義。目前國家有關部門正在制訂*新繼電保護測試儀標準草案，其中就強調(diào)繼電保護測試儀的帶負載能力。

5． 1 交流電壓帶負載能力測試

交流電壓帶負載能力測試可分為 3 個步驟。

① 交流電壓帶負載能力測試的試驗接線

交流電壓帶負載能力測試的試驗接線如圖 3 所示。

圖 3 中: UA/B/C為依次接入的 A、B、C 相電壓; UN 為零相電壓。

② 檢驗參數(shù)設置

設定繼電保護測試儀輸出量為三相交流電壓，頻率為 50 Hz; 輸出的交流電壓幅值為 100 V( 繼電保護測試儀所能輸出的 Umin和 Umax之間設定) ; 功率因數(shù)為1( 電阻性負載) 。

③ 檢驗方法

測量各項電流值，計算交流電流的輸出功率。選擇1 A、1 kΩ 滑線變阻器，被測繼電保護測試儀電壓端接入標準表電壓端，調(diào)整負載電阻由大到小，當輸出電壓的總諧波畸變率 ＜ 1% 時，輸出功率應不小于 50 VA。

5． 2 交流電流帶負載能力測試

電流源輸出頻率為 50 Hz、輸出電流為 0 ～ Imax，當功率因數(shù)為 1、電流總諧波畸變 ＜ 1% 時，電流源負載能力應不小于 0． 5 Ω( DL/T 624—1997 中為 75 VA) 。交流電流帶負載能力測試可分為 3 個步驟。

① 交流電流帶負載能力測試的試驗接線

交流電流帶負載能力測試的試驗接線如圖4 所示。

③ 檢驗方法

測量各項電壓值，計算交流電壓的輸出功率。將被測繼電保護測試儀、裝置的標準表、30 A/4 Ω 滑線變阻器串聯(lián)，被測繼電保護測試儀電流兩端接入裝置

的標準表電壓兩端，調(diào)整負載電阻由小到大。當輸出電流的總諧波畸變率小于 1% 時，電流源負載能力應不小于 0． 5 Ω。

6 結束語

繼電保護測試儀檢測裝置的開發(fā)研制實現(xiàn)了繼電保護測試儀各項檢測功能的集成，簡化了繼電保護測試儀的檢測，解決了長期以來繼電保護測試儀檢測中

存在的檢測所用設備多且步驟繁瑣、檢測項目不全等問題，探索了對繼電保護測試儀較為規(guī)范的技術檢測手段，確保了繼電保護測試儀測量數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性和可靠性，提升了電網(wǎng)的安全運行水平。