一种继电保护相位测定试验装置的研发

孙 亮，李言平，史欣柯，林 敏

(1.长春泰合电力自动化有限公司，长春 130012；2.国网双鸭山供电公司，黑龙江 双鸭山 155100；3.国网通化供电公司，吉林 通化 134100；4.武汉国电武仪电气股份有限公司，武汉 430070)

电力系统在新设备投运、老旧设备改造以及继电保护装置定期检验中，按照规定均需要用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定工作，测定时既要考虑一次设备的保护，又要快速、准确地完成相位测定工作。在相位测定工作过程中，如果遇到继电保护动作，还会涉及到故障分析。用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定，按照目前的试验设备和检测方法，操作量大、使用设备多、检验项目复杂、耗时长、风险大，因此，有必要研发一种既有继电保护功能和相位测量功能，又有故障录波和完善的分析功能的新型继电保护相位测定专用试验装置。

1 继电保护相位测定存在的问题

按照《继电保护及电网安全自动装置检验条例》规定，继电保护装置未经过一次电流及工作电压的检测，不能正式投入运行。目前，用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定工作期间，为保证一次设备的安全运行，一般用具有完好保护功能的其他设备串代一次设备，或是在一次设备上加装临时保护装置。用具有完好保护功能的其他设备串代时，倒闸操作复杂；加装临时保护时由于现场可能没有成型的保护装置，可靠性差，电网安全运行都存在很大风险。

用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定时，主要还是依据用工频相位测量仪分别测量各回路电流、电压的相位，测量时间比较长。在测量期间，如遇一次电流变化大，由于无法实现各电流、电压回路相位同步测量，分析判断工作量很大。

在对新设备充电和用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定时，如果设备故障或发生继电保护误动作，保护动作行为的应该依靠录波器的录波结果进行分析，但是会出现如下问题：一是现场有可能没有故障录波器；二是在新设备投运时发生故障或继电保护误动，故障录波器可能也是新的，没有进行过相位测定检测，无法依靠其录波结果进行分析；三是现场运行的故障录波器接入的电流回路一般都不是保护装置接入的电流回路，分析功能也不够完善。

2 继电保护相位测定试验装置的研发

应用国内外先进和成熟的微机继电保护、微机故障录波技术和微机工频相位测量技术，研发一种集继电保护、相位测量、故障录波、故障分析功能的继电保护相位测定试验装置。采用继电保护、故障录波、相位测量分析并行处理机制，同步运行，同步测量。

2.1 硬件结构

采用高性能微机处理器(CPU)作为故障检测和功能管理的核心，高速数字信号处理器(DSP)用于保护技术,硬件结构见图1。

图1 硬件结构

2.2 软件系统

软件系统由前台和后台两部分构成。前台软件功能包括：保护、录波、测量三大功能组件，负责数据采集、实时处理，实现继电保护、相位测量、故障录波、液晶显示及操作等。后台软件主要包括管理和录波分析功能，负责管理和高级分析等应用，其中管理部分负责装置参数设置。后台软件与前台装置采用以太网通信。

录波分析软件可对本装置生成的ASCII码或二进制的电力系统瞬态数据交换的通用格式(COMTRADE)文件进行分析，也可打开其他厂家的COMTRADE文件。

3 继电保护相位测定试验装置的功能

3.1 继电保护功能

装置为适合于10～500 kV继电保护装置相位测定检验项目，配置了完整的相间保护和接地保护。装置继电保护输入电流4路，设置了3段相电流保护和4段零序电流保护，并配有突变量启动、开入量启动，保护动作过程可视化，16路虚拟开关量记录保护逻辑过程，电流速断最大30 ms出口延时。

3.2 故障录波功能

故障录波包括暂态录波和稳态录波。暂态录波(触发记录录波):由暂态扰动起动，可以采集包含扰动发生期间的关键电气量数据，记录扰动前时间、扰动时间和扰动后时间。稳态录波(连续记录录波):按照设定的频率连续采集关键电气量数据，便于用户对电气进行长期变化趋势的分析。动态录波完全符合DL/T 553—1994《220～500 kV电力系统故障动态记录技术准则》。稳态录波具有时间检索和异常事件检索功能。输出文件格式为符合ANSI/IEEEC37.111—1999标准[1]的COMTRADE格式。

3.3 相位测量功能

相位测量包括所有模拟量，即保护通道、录波通道。可以测量所有模拟量的幅值、相位，还可以同步计算其他电气参数(功率因数、有功、无功、视在功率、频率等)。通过管理软件，可输入各量之间的关系，如同一母线上的电压电流、同一电流互感器不同绕组、同一变压器之间的不同侧电流，分析软件可以根据各输入量之间的关系组成不同的相量图、分析故障情况。液晶屏可进行实时矢量显示、波形显示、功率显示、谐波显示、状态量显示等功能。

3.4 开关量输入、输出功能

开关量输入端子共16路均为无源空接点，其中强电(220 V)输入端子8路、弱电(24 V)输入端子8路。开关输入量可用于启动和记录等用途。开关量输出共6路，其中4路为三相单跳、三跳，另外2路

为备用，可用于各种启动或闭锁回路。

3.5 故障分析功能

该功能包括相量分析、阻抗分析、故障测距、谐波分析、变压器谐波比例系数、比例制动系数和间断角分析等。可在电力系统发生故障时，自动地、准确地记录电力系统故障前、后过程的各种电气量和开关量，通过这些电气量和开关量的分析比较，分析故障、判断保护是否正确动作。

4 继电保护相位测定试验装置的应用

某供电公司在新设备投运过程中应用本装置，对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定工作中，一台设备就完成了相位测量工作所需要的临时保护、相位测量、故障录波及分析等所有工作，并且装置采用了继电保护、故障录波、相位测量分析并行处理机制，同步运行，同步测量，精度高，测量准确。该装置解决了用一次电流及工作电压对电流电压回路和继电保护装置进行电流、电压相位测定工作中需要携带多种设备的运输问题，又解决了常规相位测量仪无法实现各电流、电压回路相位同步测量工作。与一般具有完好保护功能的其他设备串代一次设备，来完成一次设备的保护功能的作法比较，大大节省了试验时间、减少了操作的复杂程度及分析判断的工作量，也避免了使用老旧继电保护装置临时代替保护功能不规范而存在的风险。

5 结束语

该装置研制完成后，已在国网吉林省电力有限公司通化供电公司、国网黑龙江省电力有限公司双鸭山供电公司投入使用，使用情况良好。该装置可以更加科学、简便地完成用一次电流及工作电压对继电保护相位测定的检验工作，提高工作效率，降低电网运行风险。

参考文献：

[1] Common Format for Transient Data Exchange(COMTRADE) for Power Systems: ANSI/IEEEC 37.11—1999[S].