一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器及控制方法与流程

1.本发明属于工器具技术领域，尤其涉及一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器及控制方法。


背景技术：

2.当前变电站继电保护装置在调试试验过程当中，涉及到很多的出口动作逻辑对象，存在多个出口动作压板。继电保护装置调试的关键内容就是确保继电保护装置的各类出口动作压板可靠准确的动作。其可靠准确动作的包含两层含义：
①
检验保护装置内部的出口继电器与压板描述名称所指向的动作对象的一致性，即调试作业中，依据其保护的动作行为，投入应该压板所描述的动作对象的出口压板时，装置内部的出口继电器可靠动作，确保其动作对象正确动作，其它不该动作的对象当投入描述其名称的压板时不会动作，即验证装置内部出口继电器与所对应压板的准确性。
②
检验保护出口动作继电器的动作时序的正确性。即当保护装置不同的出口继电器的动作时间应该与其动作逻辑对象一致，在确定的时间内应该动作的某继电器可靠动作，不能提前也不能滞后动作，动作后应按照确定的调试要求可靠返回，返回即不能提前也不能滞后，即需要多个对象按照一定时间顺序动作时，投入相应压板后，对象的动作行为应该严格按照该时间顺序动作及返回。此类情况对于微机变压器继电保护装置的调试尤其明显。因为变压器保护装置存在多个出口逻辑对象，且每个出口对象需要按照参数设定的时间顺序动作。以超高压变压器保护装置为例，其出口动作对象包含高、中、低压断路器跳闸，启动高压侧断路器失灵出口，启动中压侧断路器失灵出口、中压侧分段、母联出口跳闸等。不同的保护逻辑其动作逻辑对象存在显著的不同，如对于主变高压侧复合电压闭锁过流保护，其存在多段动作定值，每段定值又存在多个时限。继电保护装置调试时的一个关键内容就是确定其动作出口对象及动作时间的准确性。
3.然而，现有生产现场的各继电保护装置调试方法对其动作时间和动作对象的准确性无法进行可靠的验证。
4.在跳闸触点左侧的几个类似1cd6的端子接断路器控制回路正电源，类似1kd6的几个端子接入断路器的跳闸回路当中。当前在现场调试作业时存在以下问题：
①
作业人员调试时，某断路器实现了跳闸，表明保护装置驱动了某个出口继电器动作而使其分闸。此种作业方式实际上仅能验证保护出口继电器动作，而该继电器所连接的相应断路器跳闸回路实现了跳闸，事实上不能可靠验证应以该对象对应的出口继电器动作。若非该动作对象的出口继电器连接上该对象，且压板也依照该对象名称描述，则该继电器动作后，其对象也是正确动作的，但事实上连接该对象的出口继电器是错误的。此问题对应多出口对象的变压器保护来说更为关键。比如假设对于图中的跳高压侧出口继电器与跳中压侧出口继电器的出口触点接反，即高压侧出口触点接入中压侧跳闸回路，而中压侧出口触点接入高压侧出口回路，这样当差动保护动作同时三侧断路器跳闸时，其外在的断路器跳闸形式一致，由此作为作业人员会认为其动作逻辑正确，从而造成了误判。事实上，若在设备出厂调试、安装验
收把关不良留下该问题后，投运以后，在日后的例行周期性定检中无有效方法发现该问题，留下安全隐患。
②
保护装置的每个动作对象的准确动作时间无法确定。因为保护装置的动作时间通常小于1s，且不同对象其动作时间间隔差异为几十至几百毫秒，仅依据人体的听觉、视觉判断断路器的动作时间，无法准确确定其动作间隔顺序的。在几百毫秒的时间间隔内，本应先动作的出口对象在后动作，而本应后动作的对象先动作，其几百毫秒的差异人体即无法判断其动作顺序的正确性，也无法判断其准确的动作时间。
③
现场实际工作时，多专业需要对断路器进行检修试验，需要使用断路器。继电保护装置对断路器的传动试验就存在与其它专业交叉使用断路器而引起的交叉作业风险。同时，频繁操作断路器易引发对断路器造成机械性能的损害，引起其内部绝缘性能的下降。此问题对特高压交流断路器尤其突出。目前已经发生多起断路器合闸操作瞬间机构内部放电的事故，与断路器检修期间的频繁操作存在一定程度的因果关系。
④
现有调试方法对对继电保护装置内部出口继电器的动作无法进行定量的检测。比如对于母线保护装置，其出口动作对象是连接该母线的各断路器，不同的出口对象对应不同的出口继电器。当母线保护装置检测到故障发出跳闸命令时，理论上各出口继电器应同时动作，但实际上存在差异。目前的现场调试方法对该类差异无法进行定量检测，因此无法确定该差异是否在允许范围内，是否正常。对于精良的检修试验，应该能够精确定量检测该差异水平，但现有调试仪器及作业工法无法满足该要求。
5.鉴于以上所存在的四点不足，需要研制一种新型的继电保护装置出口逻辑多功能检测仪器来解决当前继电保护调试作业中所存在的不足，提高继电保护装置及其系统的检修作业质量。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器及控制方法，解决当前继电保护调试作业中所存在的不足，提高继电保护装置及其系统的检修作业质量。
7.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
8.一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器，包括开关电源单元、cpu中央控制主单元、人机接口单元、自动电阻投切单元、固态继电器阵列、液晶显示单元以及用来接入外回路的十二对接入端子；
9.所述开关电源单元为仪器提供工作电源；
10.所述cpu中央控制主单元分别与液晶显示单元、自动电阻投切单元、人机接口单元、自动电阻投切单元、固态继电器阵列和液晶显示单元均进行串口通讯，其i/o口与固态继电器阵列的驱动口相连接。
11.作为多功能测试仪器的进一步改进，所述开关电源单元为装置主电路系统提供5v的工作电源，为固态继电器阵列提供24v驱动电源，装置作为模拟断路器使用时，开关电源单元提供直流220v控制电源。
12.作为多功能测试仪器的进一步改进，所述人机接口单元负责完成鼠标及键盘等参数的输入读取功能，与cpu中央控制主单元进行串口通讯。
13.作为多功能测试仪器的进一步改进，所述自动电阻投切单元负责与cpu中央控制单元进行通讯，完成其下发的投切电阻的指令，并将要求的投切电阻值投入到回路当中。
14.作为多功能测试仪器的进一步改进，所述固态继电器阵列与cpu中央控制单元进行通讯，完成其所控制继电器的投切情况；若为模拟断路器模式运行，固态继电器完成的动作触点模拟实际断路器的辅助触点，完成相应的功能；若运行于保护动作命令时序检测模式，则接收到的开关量信息立即输入至cpu中央控制单元用于逻辑判断。
15.作为多功能测试仪器的进一步改进，所述液晶显示单元与cpu中央控制单元进行通讯，完成液晶图像的显示。
16.一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器的控制方法，多功能测试仪器接入继电器阵列的辅助触点，依据继电器阵列的辅助触点模拟实现断路器的辅助触点实现状态转换。作为控制方法的进一步优化，多功能测试仪器的主程序控制流程如下：
17.s1，装置上电，各类参数初始化；
18.s2，是否有相关指令信息；
19.s3，若没有接收到相关指令信息，则返回步骤s1，若有则进入步骤s4；
20.s4，读取相关人工设定参数，并执行指令；
21.s5，若执行指令信息为模拟断路器信息，则进入中断1程序，执行模拟断路器功能；若执行指令信息为动作时序记录功能则进入中断2程序，执行动作时序记录功能；若执行指令信息为信息检索，则执行相关检索操作。
22.作为控制方法的进一步优化，执行模拟断路器功能具体流程如下：
23.s21，相关参数读取，判断是否结束命令；
24.s22，若判断是结束命令，则中断返回；若判断否结束命令，则驱动相关电阻投切单元和固定继电器单元相关模块及人机接口；
25.s23，判断是否有就地操作命令；
26.s24，若判断有就地操作命令，则进入子中断1程序；若判断无就地操作命令，则进入子中断2程序。
27.所述子中断2程序时，电源电流启动模块检测电流》0.5a。
28.作为控制方法的进一步优化，执行动作时序记录功能流程如下：
29.s31，相关参数读取，判断是否结束命令；
30.s32，若判断是结束命令，则中断返回；若判断否结束命令，则判断驱动继电器阵列是否有相关开入量；
31.s33，若驱动继电器阵列有相关开入量，则计时开始相关参数记录；
32.s34，计时时间》10秒，循环读取相关开关量输入信号，相关参数记录；
33.s35，输出提示信息，返回到步骤s31，至到结束命令。
34.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
35.1.装置主体采取高性能单片机进行控制，通过程序编制相应的控制算法，实现其特定的功能。
36.2.装置提供多个端口，每个端口的特性可灵活定义。每个端口即可以当做开关量使用，也可以当做断路器的操作二次回路使用。
37.3.装置采用继电器阵列的继电器动作触点模拟实际断路器的辅助触点，通过人工设定模拟替代断路器的二次回路操作电流，通过内部控制算法将确定的操作电阻的接入二次操作回路。
38.4.可人工设定断路器的动作时间，依据内部控制算法按照设定的动作时间动作。
39.5.具有至少两组直流220v电源的输出，替代实际断路器的两组直流控制电源，从而在使用本仪器替代实际断路器进行继电保护装置的传动试验时，其直流控制电源与站内直流电源完全隔离，保证了安全性。此外，还提供一组备用直流电源，特殊情况，可替代现场实际继电保护装置的供电电源，可进行不包含其二次回路的单装置(裸机)的调试试验。
40.6.人机接口及其它指示信息采用触摸液晶显示屏，最大程度的提高自动控制与灵活操作。
41.7.提供usb串口，方便对仪器的数据信息读取、软件系统升级及装置调试。
42.8.接口所接收的开关量信息或接收的保护装置的分、合闸命令信息均可进行时间、时序的记录及检索功能。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1是三组直流电源端子示意图；
45.图2是仪器的硬件结构原理图；
46.图3是装置电阻自动投切单元电路原理图；
47.图4是继电器阵列硬件电路原理图；
48.图5是主控制系统软件主程序流程图；
49.图6是执行模拟断路器功能主程序流程图；
50.图7是执行模拟断路器功能子中断1流程图；
51.图8是执行模拟断路器功能子中断2流程图；
52.图9是执行动作时序记录功能流程图；
53.图10是微机变压器保护装置出口回路原理图。
具体实施方式
54.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
55.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
56.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可
能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
57.下表列举了某型号的超高压微机变压器高压侧后备保护的高压侧后备保护定值清单及高压侧后备保护控制字清单。
58.高压侧后备保护定值
[0059][0060][0061]
高压侧后备保护控制字
[0062][0063]
现有生产现场的各继电保护装置调试方法对其动作时间和动作对象的准确性无法进行可靠的验证。以微机变压器保护装置为例，其出口回路示意图如10所示
[0064]
图10中虚框中为继电保护装置的不同跳闸出口继电器的出口动作触点。不同的跳闸对象，在装置内部均有一个出口继电器与其对应。依据跳闸矩阵设定的不同，装置内部依照保护的整定的动作事件及定值，跳闸矩阵控制字取驱动不同的跳闸出口，闭合相应的继电器触点，实现跳闸指令的输出。图中几个类似1c2lp4的标识对应保护屏上的出口压板。在跳闸触点左侧的几个类似1cd6的端子接断路器控制回路正电源，类似1kd6的几个端子接入断路器的跳闸回路当中。
[0065]
定值说明：
[0066]
1.后备保护采用该侧和电流；零序过流保护采用自产零序电流。
[0067]
2.过激磁基准电压采用高压侧额定电压进行计算，装置自动根据“高压侧额定电压”和“高压侧pt一次值”定值转换调整系数；反时限过激磁1段倍数需整定，其余各段倍数固
[0068]
定按级差0.05递增。
[0069]
3.过激磁保护固定投入，可通过“过激磁保护跳闸”控制字选择报警或者跳闸。
[0070]
4.接地阻抗的零序补偿系数只适用于指向母线的阻抗定值。
[0071]
5.零序过流i段经方向闭锁，且方向固定指向母线；零序过流ii段不经方向闭锁。
[0072]
6.跳闸矩阵为保护的动作跳闸行为方式，其定值如下：
[0073]
跳闸矩阵定值
[0074][0075]
跳闸矩阵各位的跳闸对象定义如下：
[0076][0077][0078]
跳闸矩阵整定方法：跳闸矩阵定值为十六进制数，整定方法是在需要跳闸的开关位填“1”，其它位填“0”，则可得到该元件的跳闸方式。例如高压侧后备保护的相间阻抗保护2时限整定为跳各侧，则在第0、1、2、3、7、8位填
‘1’
，其它位填
‘0’
。这样得到该元件的跳闸矩阵定值为：018f。
[0079]
该定值清单描述的其不同继电保护功能的动作时间及动作对象。由该清单中的功能类别为其所具备的不同保护功能，其动作定值包含动作量及动作时间。跳闸矩阵详细描述了不同保护功能的不同时间段的跳闸出口对象。由该定值清单可以表明继电保护装置的不同保护功能的动作出口逻辑对象及动作时间是表征其性能的重要指标。因此，继电保护装置调试时的一个关键内容就是确定其动作出口对象及动作时间的准确性。
[0080]
如图2所示，本实施例提供一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器，包括开关电源单元、cpu中央控制主单元、人机接口单元、自动电阻投切单元、固态继电器阵列、液晶显示单元以及用来接入外回路的十二对接入端子；
[0081]
所述开关电源单元为仪器提供工作电源；
[0082]
所述cpu中央控制主单元分别与液晶显示单元、自动电阻投切单元、人机接口单元、自动电阻投切单元、固态继电器阵列和液晶显示单元均进行串口通讯，其i/o口与固态继电器阵列的驱动口相连接。
[0083]
装置提供了可灵活定义的十二对接入端子，提供三组直流电源端子，如图1所示，k1端子提供第一组断路器直流控制端子，k2端子提供第二组直流控制端子，by提供备用直流电源端子。十二对端子a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2、e1、e2、f1、f2为自由定义端子。可定义为断路器控制回路的分合闸操作二次回路端子，也可以定义为开关量输入端子。
[0084]
作为多功能测试仪器的进一步改进，所述开关电源单元为装置主电路系统提供5v的工作电源，为固态继电器阵列提供24v驱动电源，装置作为模拟断路器使用时，开关电源单元提供直流220v控制电源。
[0085]
作为多功能测试仪器的进一步改进，所述人机接口单元负责完成鼠标及键盘等参数的输入读取功能，与cpu中央控制主单元进行串口通讯。
[0086]
作为多功能测试仪器的进一步改进，所述自动电阻投切单元负责与cpu中央控制单元进行通讯，完成其下发的投切电阻的指令，并将要求的投切电阻值投入到回路当中。
[0087]
装置电阻自动投切单元电路原理如图3所示，电路原理说明：
[0088]
1.仪器接入继电器阵列的辅助触点，依据继电器阵列的辅助触点模拟实现断路器的辅助触点实现状态转换。电路图中的gnd(-110v)最终接入k1、k2控制电源端子的负极端子，实现整个控制回路的连通。正极由继电器阵列模块完成此功能。
[0089]
2.该模块与cpu中央控制主单元进行uart串口通信。其接收的是cpu主控单元发送的整个控制操作回路的电流数值。依据该数值，装置依据自身算法进行投切电阻的计算。本图是简图，实际对于r1n类型支路有1个，单个驱动光敏继电器kpc357nt，使其导通后，控制回路可产生0.5a的操作电流。r2n类型支路有3个，单个驱动光敏继电器kpc357nt，使其导通后，控制回路可产生1a的操作电流。同理，r3n类型支路有5个，单个驱动光敏继电器kpc357nt，使其导通后，控制回路可产生0.1a的操作电流。r3n类型支路有1个，单个驱动光敏继电器kpc357nt，使其导通后，控制回路可产生50ma的操作电流。rm类型支路有1个，不同于其它回路的是，该支路串接了一个耐高压的数字电阻器。该数字电位器与主控芯片进行串行通信，接收其发送的电流信息，确保流入本电阻其的电流达到要求。其控制范围为0ma～50ma的电流值。由此，可以实现本操作回路电流在0～3a之间任意调节，其精度可达到1ma。
[0090]
其电流大小与投切支路电阻的算法如下：
[0091]
假设本模块接收的电流值个位数为k1，十分位为k2，百分位为k3，千分位为k4,其投入规则如下：
[0092]
r2n类型支路数目按照k1值投入。
[0093]
若5≤k2＜9，则投入r1类型支路，r3类型支路按照k2-5的数值投入相应数量支路。否则仅投入r3类型支路，按照k2数值投入相应数量支路
[0094]
若5≤k3＜9，则投入r4类型支路，将k3-5与k4组合成的十位数值通过串口传递给rm类型支路的数字电阻器，数字电阻器输出相应数值。否则按照k3k4组成的十位数值通过串口传递给rm类型支路的数字电阻器，数字电阻器输出相应数值。
[0095]
通过
①
～
④
的规则，确保的任意设定的操作回路电流值的准确输出。
[0096]
作为多功能测试仪器的进一步改进，所述固态继电器阵列与cpu中央控制单元进行通讯，完成其所控制继电器的投切情况；若为模拟断路器模式运行，固态继电器完成的动作触点模拟实际断路器的辅助触点，完成相应的功能；若运行于保护动作命令时序检测模式，则接收到的开关量信息立即输入至cpu中央控制单元用于逻辑判断。
[0097]
所述固态继电器阵列硬件电路如图4所示，电路原理说明：
[0098]
固态继电器1阵列的输出的辅助触点连接a1～f1、a2～f2试验端子，该继电器的动作驱动由主控制系统驱动控制。a1～f1端子与固态继电器阵列的一副触点负责完成作为模拟断路器使用后断路器辅助触点的模拟实现及整个控制回路的连通。a1～f1、同时与a2～f2端子又作为开关量输入回路，引入24v开关量电源后，经过光隔输入至主控制系统。a1～f1、a2～f2端子的具体使用功能依据人机接口模块输入给主控系统确定。
[0099]
固态继电器3用于主系统控制直流电源输出至a1～f1端子，使其引入 110v控制电源。作为多功能测试仪器的进一步改进，所述液晶显示单元与cpu中央控制单元进行通讯，完成液晶图像的显示。
[0100]
一种继电保护装置出口逻辑多功能测试仪器的控制方法，多功能测试仪器接入继电器阵列的辅助触点，依据继电器阵列的辅助触点模拟实现断路器的辅助触点实现状态转换。如图5所示，多功能测试仪器的主程序控制流程如下：
[0101]
s1，装置上电，各类参数初始化；
[0102]
s2，是否有相关指令信息；
[0103]
s3，若没有接收到相关指令信息，则返回步骤s1，若有则进入步骤s4；
[0104]
s4，读取相关人工设定参数，并执行指令；
[0105]
s5，若执行指令信息为模拟断路器信息，则进入中断1程序，执行模拟断路器功能；若执行指令信息为动作时序记录功能则进入中断2程序，执行动作时序记录功能；若执行指令信息为信息检索，则执行相关检索操作。
[0106]
如图6所示，执行模拟断路器功能具体流程如下：
[0107]
s21，相关参数读取，判断是否结束命令；
[0108]
s22，若判断是结束命令，则中断返回；若判断否结束命令，则驱动相关电阻投切单元和固定继电器单元相关模块及人机接口；
[0109]
s23，判断是否有就地操作命令；
[0110]
s24，若判断有就地操作命令，则进入子中断1程序；若判断无就地操作命令，则进入子中断2程序。
[0111]
所述子中断2程序时，电源电流启动模块检测电流》0.5a。
[0112]
进一步的，子中断1程序流程如图7所示，子中断2程序流程如图8所示。
[0113]
如图9所示，执行动作时序记录功能流程如下：
[0114]
s31，相关参数读取，判断是否结束命令；
[0115]
s32，若判断是结束命令，则中断返回；若判断否结束命令，则判断驱动继电器阵列
是否有相关开入量；
[0116]
s33，若驱动继电器阵列有相关开入量，则计时开始相关参数记录；
[0117]
s34，计时时间》10秒，循环读取相关开关量输入信号，相关参数记录；
[0118]
s35，输出提示信息，返回到步骤s31，至到结束命令。
[0119]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。