０ 引言

繼電保護裝置測試儀通過專用的通道給繼電保護裝置傳輸電壓、電流模擬量，完成一系列規(guī)定的測試項目，可檢驗繼電保護裝置的邏輯、信號和控制等功能，是測試繼電保護裝置功能正常與否的重要儀器。利用繼電保護測試儀輪流對每個保護裝置串行調試模式，越來越無法滿足調試效率、工期甚至交叉作業(yè)場景的要求［１－３］。文獻［４］通過對電源盤外接分布式接口的改造實現(xiàn)了多間隔同時調試智能柜，但在現(xiàn)場應用中還需將多個調試儀連接至擴展接口，該設計從原理上依舊無法達到并行工作的目的。文獻［５］考慮使用兩臺測試儀串聯(lián)輸出的方法來應對無源電流保護整組試驗下輸出電流幅度不達標的問題，但過多的儀器和接線會對現(xiàn)場工作安全性和調試效率造成影響。文獻［６］開發(fā)了基 于Ｊ２ＭＥ 的調試輔助軟件，實現(xiàn)了在手機上運行Ｊａｖａ程序，完成定值校驗工作，遠程調試雖有效減小了現(xiàn)場空間占用，但只能執(zhí)行定值調試單項工作，局限性較大且穩(wěn)定性不高。

本文研制一種繼電保護測試儀輸出擴展裝置，將繼電保護測試儀輸出的電氣量通過分壓、分流的方式擴展為多路電壓、多路電流。繼電保護測試儀連接該擴展裝置，再通過多個電壓電流輸出接口擴展連接至多臺保護裝置，解決了原有 “一對一 ”串行調試面臨的重復接線、搬運困難等問 題， 實 現(xiàn) 了 “一 對 多 ”的 并 行 調 試， 提 高 了 調 試效率。

１ 保護間隔二次作業(yè)現(xiàn)狀分析

保護間隔二次作業(yè)重要工作內容為繼電保護裝置測試工作［７－８］。繼電保護裝置測試步驟分別為接線、計 算、輸入加量、分析結果和拆線。通過現(xiàn)場調研，某地區(qū)６座變電站在檢修期間繼電保護裝置 測試各過程用時占比見表１。

由表１可得，輸入加量時間在繼電保護裝置測試時間中占比*大，而在實際工作中，接線、計算、分析、拆線過程精益化程度較高且難以縮短用時，因此提升保護間隔二次作業(yè)效率需減少測試過程中輸入加量時間。由于繼電保護測試儀只有一組電壓輸出出口和一組電流輸出出口，因此在調試過程中只能對一臺保護裝置進行輸入加量［９］。在多保護間隔作業(yè)的場景中，需頻繁地拆、接線以完成對多個保護裝置的測試，增加了作業(yè)時間。另一方面，根據(jù)繼電保護雙重化及變電站典型設計要求，站內存在大量雙重化和同型號的繼電保護裝置［１０］，在完成**臺設備調試后，調試其他同型號的設備可看作是重復性工作。

對于該現(xiàn)象，通常的解決方法為增加多臺繼電保護測試儀，并需多人同時進行調試。但是該方法增加了間隔作業(yè)的人員數(shù)量，過多調試儀及其連接線增加了現(xiàn)場的雜亂程度，易導致發(fā)生事故傷害等危險。為此，本文針對因頻繁拆、接線，重復調試等造成作業(yè)效率較低的問題，研制了一種可擴展裝置，可實現(xiàn)對多臺繼電保護裝置進行一次性輸入加量，縮短繼電保護裝置測試工期，避免人員設備增加、接線雜亂、安全風險高等弊端。

２ 輸出擴展裝置原理

輸出擴展裝置的核心是對繼電保護測試儀的電流和電壓實現(xiàn)分接擴展輸出，分為電壓分接單元和電流分接單元部分。

２．１ 電壓分接單元

電壓分接單元主要是擴展電壓回路，實現(xiàn)各相電壓并聯(lián)輸出功能。綜合考慮變電站間隔數(shù)量及變電站內繼電保護室內每排繼電保護裝置的數(shù)量，設計電壓分解單元包含６條電壓輸出支路，如圖１所示。

為節(jié)省現(xiàn)場校驗人員量取接線端口處電壓的步驟，在各輸入輸出接口設計電壓指示模塊，直觀顯示各接口處的電 壓 幅 值。 電壓指示模塊可實現(xiàn)電壓采集和顯示功能。

為了 確 保 采 樣 電 壓 值 與 輸 出 負 載 電 壓值互不影響［１１］，利用 ＺＨＰＴ１０７ 型電壓互感器將接口處 感應到的電壓線性等比 例 轉 換 為０～５Ｖ 電 壓 值，再 經 ＳＴＭ３２微處理的 ＡＤ 采樣模塊采樣保持后輸入至 ＳＴＭ３２ 的 Ｉ／Ｏ口，轉換 出 原 始 電 壓 值 后， 通過并行口輸入 ＬＣＤ１２８６４液晶屏顯示。

上述電壓分接回路僅以 Ａ 相為示例進行說明，Ｂ相、Ｃ相、Ｌ、Ｎ 與 Ａ 相一致，不再贅述。

２．２ 電流分接單元

電流分接單元主要是擴展電流回路，實現(xiàn)各相電流并聯(lián)分流輸出功能。同理，設計電流分解單元包含６條電流輸出支路，如圖２所示。

由于各支路負載無法完全一致，因此經銅排分接后的各支路電流大小將有所差異。在電流回路的每條支路串聯(lián)接入可變的線性可調電阻ＲＡｉ、電感匹配模塊ＬＡｉ，在誤差允許范圍內，不改變支路負載相位的前提下，靈活改變各支路電阻值和電感值，實現(xiàn)各支路電流相同。調整前需先測量得到各支路的阻抗值。

以單條負載支路為例，負載由電阻Ｒ 和電感Ｌ 構成。當流入負載的交流電源頻率為ｆ１，在銅排上通過電壓互感器測得有效值 為Ｕ１時，在支路上通過電流傳感器測得支路電流為Ｉ１；當流入負載的交流電源頻率為ｆ２，測得電壓有效值為Ｕ２時，測得支路電流為Ｉ２。繼電保護測試儀具備輸出不同頻率電源的功能，故能較方便得到頻率為ｆ１和ｆ２的電源。

２．２．１ 電阻值調節(jié)

電阻值調節(jié)原理：以電阻值*大的支路電阻為參考，增大其他支路串聯(lián)接入的線性可調電阻的電阻輸出值，使支路電阻達到參考值。當步進電機驅動器接收到單片機發(fā)出的一個脈沖信號時轉動一個步進角， 帶動可調電阻轉動，測量得到電阻增量Ｒ０。

**步：根據(jù)選擇閉合的船型開關，確定參與分流的支路數(shù)。這里假設參與分流的支路數(shù)為 Ｎ（２≤Ｎ≤６），意味著船型開關 ＫＡ１、ＫＡ２、…、ＫＡＮ閉合。

**步：比較 Ｎ 條支路負載的電阻值，得到的*大電阻值Ｒｍａｘ將作為電阻參考值，增大其他支路的電阻值，使各支路電阻值相同。

第三步：計算第１條支路電阻與*大電阻值 Ｒｍａｘ之間的差值 ΔＲ１，得到需轉動的步進角數(shù)量 Ｍ＝ΔＲ１／Ｒ０。

第四步：由單片機向第１條支路的步進電機輸出 Ｍ 個脈沖信號，實現(xiàn)調節(jié)電阻的功能。

第五步：重復第三步、第四步，依次調節(jié)第２條到第Ｎ 條支路的電阻值。

２．２．２ 電感值調節(jié)

電感值調節(jié) 原 理：綜合試驗測量及繼電保護電流采樣線圈參數(shù)可知，負載電感值離散范圍小于１ｍＨ，以 電感值*大的支 路 電 感 為 參 考，增大其他支路串聯(lián)接入的電感 匹 配 模 塊 的 電 感 輸 出 值［１２］， 使支路電感趨近參考值。

電感匹配模塊用于輸出不同大小的電感，內部有８個電感值不同的貼片電感元器件，電感值分別為２．２、４．７、１０、２２、４７、１００、２２０、４７０μＨ，可組合輸出２５５個不同電感值。工作原理如下：電感元器件接入或退出支路的單片機 ＰＡ４（２０ 號 引 腳）、ＰＡ５（２１ 號 引 腳）、ＰＡ６（２２ 號 引腳）分別與７４ＨＣ５９５移 位 寄 存 器 的１１號 引 腳、１２號 引 腳和１４號 引 腳 相 連。由 單 片 機 ＰＡ４（２０號 引 腳）和 ＰＡ５（２１號引腳）輸出不同時序的高低電平，實 現(xiàn) 將 ＰＡ６（２２號 引腳）數(shù)據(jù)串行輸入至７４ＨＣ５９５芯 片，控 制７４ＨＣ５９５芯 片的第１５引腳（數(shù)據(jù) Ｑ０）、第１～７引腳（數(shù)據(jù) Ｑ１～Ｑ７）輸出高電平或低 電 平。 當 ７４ＨＣ５９５ 芯 片 第 １５ 引 腳、 第 １～７引腳中某引腳輸出高電平時，連接該引腳的三極管導通，繼電器線圈得電，常開輔助觸點吸合，電感串聯(lián)接入支路中；當７４ＨＣ５９５芯 片 第１５引 腳、第１～７引 腳 中 某 引 腳輸出低電平時，連接該引腳的三極管截止，繼電器線圈不得電，常閉輔助觸點吸合，電感元器件短路，不接入支路中。電路圖如圖４所示。

將電感匹配 模 塊 與７４ＨＣ５９５芯片數(shù)據(jù)位引腳用二進制關系對應，見表２。實施步驟同電阻調節(jié)類似，這 里 不再贅述。

3 結語

本文以傳統(tǒng)繼電保護調試過程中 “一對一 ”重復且低效的加量調試方式作為突破口，研究了繼電保護測試儀輸出擴展裝置?；跀U展裝置電壓分接和電流分接原理，設計了６大模塊并進行檢驗組裝?，F(xiàn)場實際應用證明，通過繼電保護測試儀外接擴展裝置，再輸出擴展至多臺待測設備的模式是可行的，實現(xiàn)了 “一對多 ”的同時測試，減少了重復加量過程，一定程度上縮短了作業(yè)時間。本文研制的繼電保護測試儀輸出裝置可應用于不同電壓等級變電站中的保護裝置調試場景，有利于提升測試效率，減少設備和人力資源投入，保障人員安全，縮短檢修工期。