０ 引言

電力系統(tǒng)繼電保護是電網穩(wěn)定運行的一道重要防線。繼電保護中涉及眾多開入量信號 （如 開 關 合 位、開 關 分位、油溫高等）和 開 出 量 信 號 （如 跳 閘、重 合 閘 等），這些信號可統(tǒng)稱為開關量［１－２］，是繼電保護中一類重要的信號。

開入量信號的相關調試工作主要為傳統(tǒng)變電站的遙信信號核對工作。遙信核對能確認自動化主站對變電站廠站端遙信信號的可靠接收、管理。當前，變電站遙信核對工作通常采用手動對點的方式進行，即由自動化工作人員電話聯(lián)系變電站現(xiàn)場檢修人員，由檢修人員在一次設備或保護測控裝置上人為輸入信號激勵，信號上送自動化主站后由主站人員校對遙信點表信息和變電站實際信息是否一致，自動化程度低。由于遙信信號眾多，且遠動機配置錯誤時有 發(fā) 生，需多次重復核對，因此遙信核對工作量巨大。同時，手動輸入信號激勵時，易發(fā)生觸電或者直流接地事故，給檢修人員帶來了極大的安全風險，也給電網埋下了重大的安全隱患。

開出量信號的相關調試工作主要為保護裝置跳閘邏輯驗證。主變保護裝置、母差保護裝置、備自投保護裝置等具有較 多 出 口 壓 板，根 據(jù) 不 同 邏 輯、不 同 時 限、不 同 輪次，保護動作會跳不同的運行開關，組成了復雜的跳閘矩陣。保護裝置中的跳閘矩陣整定后，為了驗證跳閘邏輯的正確性，需要檢修人員對保護動作出口對應開關的正確性、跳閘時間的正確性進行測試。當前，測試方法為進行保護功能試驗，由檢修人員逐一測量各跳閘壓板處的電壓

脈沖，確認該項保護 功 能 對 應 跳／合 閘 的 開 關，同 時 測 得跳閘時間。由于缺少合適的測試儀器且接線繁雜，通常檢修人員需多次重復同一項保護功能測試，以測得不同壓板處的情況，效率低下，且易出現(xiàn)配合不當、接觸**、疲倦出錯等現(xiàn)象。

運用智能化裝置提升繼電保護開關量信號調試效率和調試質量，提高變電站運行的可靠性及安全性，是一種新的技術嘗試，更是當下檢修模式提升亟需解決的問題。在遙信信號核對工作的智能化方面，文 獻［３－４］分 別 提 出 了數(shù)字量的快速、自動對點方法，但這兩種方法主要應用于智能站，需要通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，無 法 應 用 于 常 規(guī) 變 電站，適用范圍有所限制。在保護跳閘邏輯驗證方面，文獻［５］提出的裝置可通過出口壓板的電壓脈沖點亮指示燈，直觀展示動作 的 回 路，并且可同時檢測１０個 回 路，但 該裝置無法測量保護動作時間，還需要人工判斷是否正確動作，整體自動化程度依然不高。本文提出一種繼電保護開關量智能輔助調試裝置的設計方案，該裝置能夠自動進行遙信信號的核對工作，并且能夠實現(xiàn)保護跳閘邏輯驗證工作的自動化。

１ 整體方案設計

繼電保護開關量智能輔助調試裝置主要可實現(xiàn)智能遙信信號核對和保護跳閘邏輯驗證兩項功能，同時具備人機交互、智能播報等功能。

１．１ 智能遙信信號核對功能實現(xiàn)方案

１．１．１ 傳統(tǒng)遙信信號核對流程

遙信信號核對是電力系統(tǒng)二次設備在工程部署過程中的一項重要工作，將調度主站接收的信息與變電站設備實際信息進行校對。傳統(tǒng)核對方法為變電站端工作人員與自動化主站工作人員通過電話聯(lián)系，由變電站端工作人員人為對一次設備或測控裝置進行操作，作為輸入激勵，接著自動化主站接收輸入激勵對應的輸出信息，將變電站端輸入的一次設備的動作信息與自動化主站接收的信息進行人工校對，*終完成核 對 工 作［６］。傳統(tǒng)遙信信號流程如圖１

所示。

１．１．２ 智能遙信信號核對設計方案

智能遙信信號核對流程無需人工對一次設備或測控裝置輸入激勵，而是在完成開關量智能輔助調試裝置與測控裝置的接線后，按遙信點表順序，觸發(fā)模塊依次自動向測控裝置輸入激勵，自動化主站人員收到遙信信號后，與點表核對是否一致。智能遙信信號核對流程如圖２所示。

１．２ 跳閘矩陣測試功能實現(xiàn)方案

１．２．１ 傳統(tǒng)保護跳閘矩陣邏輯驗證方法

目前，現(xiàn)場測試出口矩陣的正確性一般有兩種方法：一種是采用萬用表測量出口壓板的對地電壓，逐個壓板測量是否有跳閘脈沖，進而檢測出口矩陣的正確性，如 圖３所示；另一種是使用繼保測試儀直接測量出口接點閉合情況，如圖４所示。這兩種方法均需分側、分類、分段、分時限、逐個邏輯、逐個壓板依次檢驗，需耗費大量人工和時間，并且不同出口的跳閘時間不是在同一次試驗中取得的，無法保證結果 的 準 確 性。以２２０ｋＶ 主變保護跳閘矩

陣校驗為例，２套主變保護約有２０個跳閘出口壓板，跳閘邏輯約有２００種，校驗完這些邏輯至少需１名專業(yè)人員加故障模擬量，２至３人測量出口壓板脈沖或記錄出口接點閉合情況，共需測量出口５００余次。

１．２．２ 保護跳閘矩陣邏輯智能驗證設計方案

保護跳閘矩陣邏輯智能驗證方案采用開關量智能輔助調試裝置的測量模塊一次性接收跳閘壓板或出口接點處的出口信號，分析處理后一次性完成一項保護功能的跳閘矩陣校驗。如圖５所示，用繼保測試儀輸入模擬量進行保護功能試驗，將開關量智能輔助調試裝置連接至跳閘壓板或出口接點處，即可測得該項保護功能跳閘的回路以及跳閘時間，從而完成跳閘矩陣校驗。

２ 硬件系統(tǒng)設計

繼電保護開關量智能輔助調試裝置的硬件系統(tǒng)主要包括開關量觸發(fā)模塊和開關量測量模塊兩個功能模塊，此外還有電源模塊、控 制 器、常規(guī)交互模塊和語音交互模塊。

如圖６所示，繼電保護開關量智能輔助調試裝置涉及的零件包括鋰 電 池、ＰＣＢ 電 路 板、按 鍵、ＬＥＤ 顯 示 屏、端 子排連接配件等。

２．１ 開關量觸發(fā)模塊設計

開關量觸發(fā)模塊的主要元器件為光耦繼電器，利 用５Ｖ 直流電源觸發(fā)繼電器導通，通過外部接線導通測控裝置信號電源與遙信信號端子，輸入遙信信號激勵。開關量觸發(fā)回路設計如圖７所示。

光耦繼電器是一種常用的固態(tài)繼電器，內部使用非機械部件，可在沖擊環(huán)境下穩(wěn)定運行，壽命長；切換速度較快，且本身不產生電磁干擾，電磁兼容性好；在結構上多采用灌封氣密，具有很強的抗振性，可靠性高［７］。同時，為了解決傳統(tǒng)試驗儀與測控裝置間電纜接線繁瑣耗時的問題，定制端子排對插固定端子，直接插拔，通過簡單緊固螺絲即可快速固定，提高了開關量智能輔助調試裝置與測控裝置間的接線速度。鳳凰端子排對插固定端子采用全導電性金屬端頭，嚴格匹配鳳凰端子排尺寸，其使用如圖８所示。

２．２ 開關量測量模塊設計

開關量測量回路設計如圖９所示，其中虛線框內部分為開關量測量模塊的設計原理圖。開關量測量回路采用電阻對開關量直流脈沖電壓進行分壓，再利用光耦隔離器對強電回路進行隔離［８］，控制弱電回路將開關量信號輸入控制器。

測試接點為出口壓板下端 ｂ和 接 地 端ａ，測 試 時 合 上控制電源 ＫＭ。電 阻 Ｒ１和 Ｒ２主 要 作 用 為 分 壓，二 極 管Ｄ１的作用是防止輸入端因反偏電壓過大而損壞，并 聯(lián) 電容的作用是減少信號的干擾。三 極 管 Ｑ１作 為 開 關 元 件，而 ＱＰ１則為高速 光 耦 隔 離 器。當出口接點閉合時，ＩＮ 與ＣＯＭ 間產生＋１１０Ｖ （或 者＋２２０Ｖ）的直流脈沖電壓，驅動電路導通，經過分壓、強電隔離，弱電回路導通，將信號輸入控制器。

３ 軟件程序設計

繼電保護開關量智能輔助調試裝置的控制系統(tǒng)負責在智能遙信信號核對和保護跳閘邏輯驗證等過程中進行運算和控制，同時與智能語音交互系統(tǒng)進行配合。智能語音交互系統(tǒng)則具備語音識別與輸入以及語音播報等功能。

３．１ 控制系統(tǒng)設計

開關量智能輔助調試裝置采用基于 Ａｔｍｅｇａ２５６０單片機的控制系統(tǒng)，使用 Ｃ語言進行運算程序的編寫?？刂葡到y(tǒng)主要實現(xiàn)系統(tǒng)目錄、開關量編輯觸發(fā)、開關量測量分析等功能，相應的結果通過顯示器顯示，并能用按鍵完成相應的輸入?？刂葡到y(tǒng)電路如圖１０所示。

３．２ 智能語音交互系統(tǒng)設計

開關量智能輔助調試裝置語音交互系統(tǒng)在語音識別處理功能 的 基 礎 上，兼具語音播報功能，采 用 功 能 比 較 完善、接口較多的開源語音處理模塊設計。語音識別是一種基于模式識別的分類過程，通過學習和訓練，系統(tǒng)將說話人的語音內容進行處理并按照一定的算法進行匹配分類，*后獲得識別結果［９］。

考語音識別過程需要在裝置內部自動完成，其詞語庫不能過于龐大，只能建立特定的繼電保護詞語庫，相關的繼電保護詞語庫共設計了一百八十余條詞條。在建立繼電保護詞語庫后，還需確定喚醒詞、功能控制詞等，并將其輸入并下裝到語音識別控制模塊中，如圖１１所示。

４ 功能測試

４．１ 開關量輸出功能測試

在開關 量 觸 發(fā) 模 塊 中，單片機控制輸出高電平 （５Ｖ），即可觸發(fā)光耦繼電器，進而導通測控裝置信號電源與遙信信號端子，觸發(fā)遙信信號輸入。

為測得單片機控制輸出高電平的正確性，設置單片機３０路數(shù)字量輸出 端 子 依 次 輸 出１０ｓ高 電 平，測 量 輸 出 電壓數(shù)值及高電平持續(xù)時間是否正確。試驗共進行５次，平均結果見表１。由此可以看出，單片機輸出端子處的高電平電壓值偏差和高電平持續(xù)時間偏差均在１％以 內，控 制精度足以滿足觸發(fā)遙信信號輸入的需求。

４．２ 開關量測量功能測試

開關量測量功能的實現(xiàn)需要開關量智能輔助調試裝置的模擬量輸入端子測量到保護動作回路出口接點處出現(xiàn)跳閘脈沖，并且記錄下跳閘脈沖的出現(xiàn)時刻即測得的保護動作出口時刻。

為了防止誤測，同時考慮到實際跳閘脈沖電平一般大于２．５Ｖ，將開關量智能輔助調試裝置控制器所能測得的跳閘脈沖門檻值設置為２．５Ｖ，即將低于２．５Ｖ 的電平視為干擾電平。

４．２．１ 跳閘脈沖測量靈敏性測試

為了驗證開關量智能輔助調試裝置測量跳閘脈沖的靈敏性，在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ上搭建了仿真測量回路模型，如 圖１２所示。設置輸入的跳閘脈沖持續(xù)時間為１５０～５００ｍｓ，測試控制器測得的脈沖值及有效脈沖時長，與 理 論 值 對 比，如圖１３所示。

從圖１３可知，即使跳閘脈沖只持續(xù)１５０ｍｓ，控 制 器測得的有效脈沖時長仍然達到了１３４ｍｓ，滿足現(xiàn)場繼電保護校驗工作中的實際要求。

４．２．２ 測得跳閘時刻準確性測試

為驗證開關量智能輔助調試裝置測得保護出口時刻的準確性，在不同時刻依次在開關量智能輔助調試裝置的１０個模擬量輸入端子處加上３Ｖ 高電平，記錄開關量智能輔助調試裝置測得的保護動作出口時刻 （高電平出現(xiàn)時刻），試驗共進行２次，結果見表２。

由表２可看出，記錄的保護動作出口時刻與實際加上高電平的時刻偏差不超過０．０１４ｓ，滿足現(xiàn)場繼電保護校驗工作中的實際要求。

４．３ 整體測試

為了驗證繼電保護開關量智能輔助調試裝置對提高遙信信號核對工作以及跳閘矩陣校驗工作效率的有效性，在繼電保護實訓基地進行了現(xiàn)場試驗測試，試 驗 均 為 單 人進行。

選取１１０ｋＶ 線路測控裝置進行遙信信號核對工作，遙信點為２２個，試驗步驟為布置安措、單人設置觸發(fā)順序、接線、動觸發(fā)對點、現(xiàn)場恢復。多次測試試驗平均用時為３１ｍｉｎ。

選?。玻玻埃耄?主變保護進行跳閘矩陣校驗，試 驗 步 驟為安措布置、跳閘矩陣系統(tǒng)輸入、接線、跳閘矩陣智能校驗、現(xiàn)場恢復。多次測試試驗平均用時為４２ｍｉｎ。兩種試驗的時間均短于傳統(tǒng)多人試驗的時間，且具備單人試驗的可行性。

５ 結語

開關量信號核對、測量是繼電保護檢修中一類重要但繁瑣的工作。本文提出的繼電保護開關量智能輔助調試裝置能夠提高遙信信號核對、保護跳閘邏輯驗證工作的自動化程度，提升現(xiàn)場調試工作的效率和質量，同時降低人工操作的安全風險，對于檢修模式智能化具有重要的意義。