0 引言
目前，國內(nèi)對(duì)繼電保護(hù)測試儀的檢測主要是采用多個(gè)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(zhǔn)確度，所用設(shè)備種類多、測試步驟繁
瑣，且無法檢測繼電保護(hù)測試儀的響應(yīng)速度、同步性、帶負(fù)載能力以及時(shí)間精度等大多數(shù)技術(shù)參數(shù)。這是由于繼電保護(hù)測試儀的檢測涉及繼電保護(hù)、電測計(jì)量、時(shí)間計(jì)量等多專業(yè)領(lǐng)域，要完整地檢測繼電保護(hù)測試儀項(xiàng)目具有一定的難度［4］。近年來，隨著繼電保護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，提高對(duì)繼電保護(hù)測試儀的檢測技術(shù)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(hù)測試儀檢測裝置，簡化了繼電保護(hù)測試儀的檢測，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)測試儀的交直流電壓、電流等電參數(shù)的高準(zhǔn)確度
測量，總諧波畸變率、響應(yīng)速度、同步性、帶負(fù)載能力和動(dòng)作時(shí)間等功能性技術(shù)參數(shù)的檢測以及關(guān)鍵技術(shù)也有了一定的突破。
1 裝置的硬件設(shè)計(jì)及工作原理
1． 1 裝置的硬件設(shè)計(jì)
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(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，并在所設(shè)計(jì)的電路中采用 DSP + AVR +
嵌入式工控機(jī)架構(gòu)。裝置包括信號(hào)采樣電路( 采樣、信號(hào)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(fù)責(zé)信號(hào)的采樣、處理和計(jì)算等，嵌入式工控機(jī)負(fù)責(zé)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(hào)采集速度，采用多片高速A/D循環(huán)采樣技術(shù)。光電隔離電路與 DSP 處理器相連，負(fù)責(zé)在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號(hào)，對(duì)輸入和輸出電路進(jìn)行離抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，提高響應(yīng)速度。
1． 2 裝置的工作原理
1． 2． 1 電參量的計(jì)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(gè)周期采樣點(diǎn)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(shí)域信號(hào); X( k) 為頻域信號(hào); 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(shí)部。
1． 2． 2 裝置的工作原理
繼電保護(hù)測試儀輸出的交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)電壓、電流互感器送入信號(hào)調(diào)理電路，直流電壓、電流信號(hào)經(jīng)過直流取樣電路送入信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流電壓、電流的取樣，并經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路濾波后，送入雙四選一模擬開關(guān)進(jìn)行選擇處理。雙四選一模擬開關(guān)輸出的信號(hào)送入 A/D( 6 通道 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器) 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，再由 A/D 采樣芯片將采集到的信號(hào)送入 DSP 處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算。光電隔離電路與 DSP 處理器相連，將 A/D 轉(zhuǎn)換信號(hào)送入 DSP 處理器 I/O 口數(shù)據(jù)總線。開入量信號(hào)經(jīng)光電隔離電路送入DSP 處理器處理，光電隔離電路負(fù)責(zé)在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號(hào)，對(duì)輸入和輸出電路進(jìn)行隔離。DSP 處理器與彩色液晶顯示器及鍵盤相連，負(fù)責(zé)信號(hào)的采樣、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算以及顯示和鍵盤處理。
2 裝置的性能指標(biāo)
近年來，繼電保護(hù)技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展［5］。目前，大多數(shù)繼電保護(hù)測試儀交直流電參量( 電壓、電流、相位) 精度已達(dá) 0． 2 級(jí)。頻率精度在 10 Hz ＜ f≤65 Hz時(shí)，頻率誤差為 ± 0． 001 Hz; 在 65 Hz ＜ f≤450 Hz 時(shí)，頻率誤差為 ± 0． 01 Hz; 在 450 Hz ＜ f≤1 000 Hz 時(shí)，頻率誤差為 ± 0． 01 Hz。相 位 精 度 已 達(dá) 0． 2°。自 主 開 發(fā) 的DKY-2105 型繼電保護(hù)測試儀檢測裝置交直流電壓、電流參數(shù)測量精度達(dá)到 0． 05 級(jí)，相位測量精度達(dá) 005°，
完全滿足對(duì)繼電保護(hù)測試儀的檢測。此外，裝置對(duì)繼電保護(hù)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(biāo)也滿足 DL/T 624-1997“繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置技術(shù)條件”的要求［1］。
3 響應(yīng)速度及同步性測試
裝置對(duì)繼電保護(hù)測試儀的輸出交流電壓、交流電流響應(yīng)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(hù)測試儀輸出電壓為 Umax時(shí)，在阻性負(fù)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(shí)間小于 120 μs。
② 在繼電保護(hù)測試儀輸出電流為 Imax時(shí)，在阻性負(fù)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(shí)間小于 200 μs。
③ 電 流 與 電 壓 輸 出 的 不 同 步 時(shí) 間 小 于 等于100 μs［4］。
當(dāng)輸出電壓為 75 V、輸出電流為 5 A 時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 和表 2 所示。
4 繼電保護(hù)測試儀時(shí)間精度測試
以往繼電保護(hù)測試儀時(shí)間的檢測是難點(diǎn)，*主要的原因是其涉及繼電保護(hù)、電測計(jì)量和時(shí)間計(jì)量等專業(yè)。因此，在對(duì)繼電保護(hù)測試儀檢測裝置的研發(fā)中，繼電保護(hù)、電測計(jì)量、時(shí)間計(jì)量的專業(yè)人士，對(duì)繼電保護(hù)測試儀時(shí)間的檢測進(jìn)行了多次試驗(yàn)并成功地測得繼電保護(hù)測試儀的動(dòng)作時(shí)間。
時(shí)間精度測試可分為 3 個(gè)步驟。
① 時(shí)間檢測試驗(yàn)接線
時(shí)間檢測試驗(yàn)接線圖如圖 2 所示。圖 2 中的開出為繼電保護(hù)測試儀自身的輸出開關(guān)量，有常開和常閉兩種類型; 開入為被測裝置的接點(diǎn)方式選擇，有常開和常閉兩種方式。
② 檢驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
繼電保護(hù)測試儀選擇能進(jìn)行測量動(dòng)作時(shí)間的功能。測量時(shí)間時(shí)設(shè)置的變量應(yīng)能發(fā)生突變，即設(shè)置的變量從 0 或額定值突變到動(dòng)作時(shí)間規(guī)定的激勵(lì)量。繼電保護(hù)測試儀設(shè)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(shí)間選擇“開入量觸發(fā)翻轉(zhuǎn)”。
狀態(tài)設(shè)置完成后，選擇“觸發(fā)故障”后開始測量。
③ 時(shí)間測量的測試結(jié)果
時(shí)間測量的測試結(jié)果如表 3 所示。
5 繼電保護(hù)測試儀交流帶負(fù)載能力測試
由于供電企業(yè)對(duì)繼電保護(hù)測試儀交流帶負(fù)載能力的要求較高，而進(jìn)口設(shè)備帶載能力較差，因此，開展對(duì)繼電保護(hù)測試儀的交流帶負(fù)載能力的檢測具有重要的意義。目前國家有關(guān)部門正在制訂*新繼電保護(hù)測試儀標(biāo)準(zhǔn)草案，其中就強(qiáng)調(diào)繼電保護(hù)測試儀的帶負(fù)載能力。
5． 1 交流電壓帶負(fù)載能力測試
交流電壓帶負(fù)載能力測試可分為 3 個(gè)步驟。
① 交流電壓帶負(fù)載能力測試的試驗(yàn)接線
交流電壓帶負(fù)載能力測試的試驗(yàn)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(yàn)參數(shù)設(shè)置
設(shè)定繼電保護(hù)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(hù)測試儀所能輸出的 Umin和 Umax之間設(shè)定) ; 功率因數(shù)為1( 電阻性負(fù)載) 。
③ 檢驗(yàn)方法
測量各項(xiàng)電流值，計(jì)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(hù)測試儀電壓端接入標(biāo)準(zhǔn)表電壓端，調(diào)整負(fù)載電阻由大到小，當(dāng)輸出電壓的總諧波畸變率 ＜ 1% 時(shí)，輸出功率應(yīng)不小于 50 VA。
5． 2 交流電流帶負(fù)載能力測試
電流源輸出頻率為 50 Hz、輸出電流為 0 ～ Imax，當(dāng)功率因數(shù)為 1、電流總諧波畸變 ＜ 1% 時(shí)，電流源負(fù)載能力應(yīng)不小于 0． 5 Ω( DL/T 624—1997 中為 75 VA) 。交流電流帶負(fù)載能力測試可分為 3 個(gè)步驟。
① 交流電流帶負(fù)載能力測試的試驗(yàn)接線
交流電流帶負(fù)載能力測試的試驗(yàn)接線如圖4 所示。
③ 檢驗(yàn)方法
測量各項(xiàng)電壓值，計(jì)算交流電壓的輸出功率。將被測繼電保護(hù)測試儀、裝置的標(biāo)準(zhǔn)表、30 A/4 Ω 滑線變阻器串聯(lián)，被測繼電保護(hù)測試儀電流兩端接入裝置
的標(biāo)準(zhǔn)表電壓兩端，調(diào)整負(fù)載電阻由小到大。當(dāng)輸出電流的總諧波畸變率小于 1% 時(shí)，電流源負(fù)載能力應(yīng)不小于 0． 5 Ω。
6 結(jié)束語
繼電保護(hù)測試儀檢測裝置的開發(fā)研制實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)測試儀各項(xiàng)檢測功能的集成，簡化了繼電保護(hù)測試儀的檢測，解決了長期以來繼電保護(hù)測試儀檢測中
存在的檢測所用設(shè)備多且步驟繁瑣、檢測項(xiàng)目不全等問題，探索了對(duì)繼電保護(hù)測試儀較為規(guī)范的技術(shù)檢測手段，確保了繼電保護(hù)測試儀測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性，提升了電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。
