０ 引言

斷路器是電力系統中較為重要的元件，而操作箱又是保護裝置與斷路器之間的接口裝置，作為保護、測控裝置的執行機構，承 擔 著 將 “分 閘／合 閘 ”命令正確傳動給斷路器機構的任務，其重要性在于故障時刻能快速正確地分開斷路器進而 切 除 故 障［１－２］。因此，操作箱繼電器的動作特性測試非常重要，各繼電器能正常工作是保證操作箱正常工作的前提條件［３］，其測試結果也將影響斷路器在關鍵時能否正確跳合閘。

１ 操作箱繼電器動作特性測試現狀

繼電保護檢驗規程要求，對于操作箱的出口繼電器，應進行動作電壓范圍的檢驗，其值應為５５％～７０％額定電壓；而對于跳閘保持繼電器， 應進行動作電流范圍的檢驗，其值應為１５％～５０％整定電流。

常規的操作箱繼電器動作特性檢驗是利用專用的斷路器操作箱轉接板或在保護屏端子排上帶著二次回路直接進行測試的。需根據不同廠家生產的操作箱電路圖或不同廠家及型號的操作箱檢驗規程，分別找出被測操作箱繼電器檢測節點（包括 電 壓／電 流 線 圈 節 點、反 饋 節 點），再把 繼電保護測試儀通過試驗線分別連接到該檢測節點，*后通過手動或自動控制繼電保護測試儀輸出直流電流或電壓的試驗方法，實現操作箱繼電器動作特性的檢驗。常規檢測方法存在以下不足：每個繼電器特性檢測都要頻繁更換檢測點及試驗接線，浪費大量時間，工作效率較低；各檢測節點都很相似，專用轉接板上的接線柱間距不到０．５ｃｍ，接線時極易造成誤碰或接錯線，容易引起電壓短路，燒壞電子元器件及電路板；由于大量試驗時頻繁更換檢測節點進行接線，因此常導致檢測節點接線柱松動、折斷；大部分保護生產廠家（如 國 電 南 自、北 京 四 方、許 繼 電 氣、長園深瑞等）的操作箱只能通過在保護屏端子排及插件背板通壓加電流的方法，進行操作箱繼電器動作特性的測試，帶著其它插件和二次回路，容易發生其它插件燒毀或造成二次回路直流失地和短路，存在誤跳運行中設備的風險。

面對設備停電檢修時間縮短、設備類型繁雜的問題，如何提高檢修人員對操作箱校驗的效率， 正 確 檢 驗 操 作箱，不留安全隱患，已成為當前迫切需要解決的問題［４］。

２ 操作箱繼電器動作特性測試儀原理

２．１ 自動換線原理

本項目研制的測試儀利用１９２只繼電器（即６塊３２路的繼電器板）組成矩陣切換繼電器（如 圖１所 示），將相 應操作箱插件上的所有繼電器，按其動作線圈和動作節點分別對應到插件接口上插針的分布位置，編制成各廠家操作箱各插件上不同繼電器的動作編碼（動 作 代 碼 前４位 代 表繼電器線圈的正、負，后４位代表繼電器的動作接點），從而控制 ＰＬＣ自動控制器進行矩陣選 點，切 換 選 擇 出 待測插件上該繼電器的電源節點和動作節點，同時監測待測試繼電器動作線圈之間的電壓和動作接點分合情況，不再需要人工換線，實現自動 “換線 ”功能。

２．２ 系統框架

操作箱繼電器動作特性測試儀系統框架如圖２所示。測試儀采用矩陣方式切換繼電器導通，由４個節點通過中繼切換對應任意４８針管腳輸出。ＨＭＩ發送測試繼電器板所對應的動作代碼，ＰＬＣ接收后經解碼確定對應的矩陣繼器，然后 以 Ｍｏｄｂｕｓ通 信方式發送給繼電器所在的模塊。之后，由外接的繼電保護測試儀輸入由小到大的直流電流或電壓使被測繼電器動作，此電流／電壓值經過 Ａ／Ｄ轉換后接入 ＰＬＣ換算出實際動作值，并記錄在 ＨＭＩ上；動作后 電 流／電壓由大到小下降， 使被測繼電器復位，ＨＭＩ再記錄繼電器的返回值。

２．３ 測試儀系統輸入輸出原理

通常的 Ａ／Ｄ轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數 字 信 號，系統使用的是直流電流變送器（ＬＦ－ＤＩ１１－５４Ａ１）和直流 電 壓 變 送 器（ＬＦ－ＤＶ１１－５４Ａ１）。電量 隔離傳感器將被測電量參數（如電流，電壓等信號）轉換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數字信號。測試儀系統輸入輸出原理如圖３所示。

２．４ 不同廠家插件接口轉換原理

不同保護廠家的操作箱插件接口不同，目前市場主流廠家就有北京四方、南瑞繼保、國電南自、長源深瑞、許繼電氣等。同一廠家在不同時期，不同型號的插件接口也不盡相同。如國電南瑞的操作箱端子就有２０針、２２針、４０針等多種接口。如何使測試儀可兼容不同接口的是本項目需要解決的一大問題。

本項目制作了多種接口的歐式插座連接器。以南瑞繼保的操作箱插件接口為藍本，所 用 的 接 口 為４８針歐 式 插座，分別把不同廠家操作箱插件接口統一轉換為南瑞繼保４８針歐式插座。測試時，只需用連接器把對應廠家的插件的針腳連接起來，就實現了測試儀對不同廠家的插件均適用的特性。

本項目所制作的不同接口的歐式插座連接器可連接北京四方４８針、國電 南 自２０針、國電 南 自２２針、國電 南自４０針操作箱插件，如圖４所示。

３ 操作箱繼電器動作特性測試儀軟件設計

本操作箱繼電器動作特性測試儀的開發，利用臺達電子可編程軟件 ＷＰＬＳｏｆｔ和北京昆侖通態開發的一款嵌入式組態軟件 ＭＣＧＳ７．７嵌入版。ＷＰＬＳｏｆｔ除具有一般 ＰＬＣ程序的規劃及 Ｗｉｎｄｏｗｓ的一般編輯功能外，還能提供多種中／英文批注編程及其它便利功能。而 ＭＣＧＳ７．７嵌入版組態軟件與其它相關的硬件設備結合，可更快速、方便地開發各種用于現場采集、數據處理和控制的設備。其主界面如圖５所示。

測試前，需先把待測插件動作代碼配方導入，如 圖６所示。

測試結束后，可利用記錄窗口查詢歷史測試記錄，然后根據需要將測試結果按時間段導出，如圖７所示。

４ 操作箱繼電器動作特性測試儀應用

４．１ 測試儀實測

本項目研制的操作箱繼電器動作特性測試儀主要應用于２２０ｋＶ 系統 中， 適用于南京南瑞繼保 ＣＺＸ 及 ＬＦＰ 系列、國電 南 自 ＰＳＴ 及 ＦＣＸ 系 列、 北 京 四 方 ＪＦＺ 系 列 等２２０ｋＶ 主變及線路保護操作箱繼電器動作特性的測試。表１所示為國電南自 ＰＳＴ－１２１２操作箱某插件的測試結果。

由實測結果可知，操作箱繼電器動作特性測試儀可讓測試人員知道當前測試的操作箱廠家名稱（表中略），操作箱類型、型號（表中略），插件的板號（表中略），被測繼電器的名稱、類型及動作代碼，并自動將繼電器的動作值和返回值按時間先后順序記錄下來；還可以一鍵式自動完成換線，獲取并記錄測試結果，防止電壓加到電流型繼電器或電流加到電壓型繼電器，造成繼電器燒毀或損壞。

４．２ 測試儀使用說明

下面結合圖８所示測試儀面板，介紹操作箱繼電器動作特性測試儀的操作步驟。

（１）將正、負 極 Ａ、Ｂ 接線柱分別與繼保測試儀連接后，接通２２０Ｖ 交流電 源，開機后進入歡迎界面，點 擊 屏幕 “進入測試 ”按鈕，進入測試界面。

（２）按 “** 組 ”、 “上一 組 ”等按鈕可瀏覽每個繼電器的動作代碼。

（３）若需要測試的繼電器與當前的動作代碼不符，則可將存有動作代碼文件（．ＣＳＶ）的 Ｕ 盤插入 ＵＳＢ接口，點擊右下角 “配方導入 ”窗口將顯示 Ｕ 盤根目錄下的配方文件，選中需要導入的文件，按 “配方導入 ”按鈕，保存在觸摸屏內的配方數據將被覆蓋。

（４）退回到測 試 界 面，用同樣的方式查看動作代碼等數據是否正確。

（５）按要求插入需要 測試的操作箱繼電器板， 點 擊“開始測試 ”按鈕，右邊的 “測試關 ”狀態將變成 “測試中 ”，且背景顏色變為綠色，此時將按動作代碼接通對應的繼電器。

（６）將繼保測試儀的直流電流或電壓輸出設置為自動控制，并設置好變化步長，使繼電器動作和返回。

（７）完成一個 動 作 周 期 后，點 擊 “下 一 組 ”按 鈕，測試下一個繼電器。

（８）點擊 “停 止 測 試 ”，繼電器將被斷開，調試 “測試中 ”將變成 “測試關 ”狀態。

（９）測試完成 后，點 擊 右 下 角 的 “記 錄 窗 口 ”可 查 看測試記錄。

（１０）如有需要可將測試記錄導出到 Ｕ 盤，在右下角輸入導出后要保存的文件名， 然 后 點 “確 認 ”， “導 出 路徑 ”后面的文件名將被改寫，然后按 “數據導出 ”按鈕完成導出。

４．３ 測試儀檢驗效果

在繼電保護實訓室，１２個人組成６個小組對１套南京南瑞繼保 ＣＺＸ－１２Ｒ１操作箱進行繼電器動作特性測試，分別采用本項目所研制的測試儀檢驗（新方法）與操作箱轉插板檢驗（舊方法），用時如圖９所示。操作箱繼電器動作特性檢驗大概只需６０ｍｉｎ左右，操作簡單、高效，而且可自動記錄并導出測試結果，省去手工記錄，防止人為原因造成數據出錯。

５ 結語

繼電保護操作箱繼電器動作特性測試儀克服了現有技術的缺點，應用矩陣切換原理組成矩陣繼電器， 再 利 用ＰＬＣ程序進行邏輯選點，從而代替繁雜的人工換線流程，實現自動 “換線 ”功能，大幅提高了工作效率，大大縮短了停電時間，確保了電網的供電可靠性。同時，本測試儀操作簡單，大幅降低了對作業人員的技能要求，減輕了人員的工作量。另外，制作了不同插件接口轉接頭，實現單塊插件測試，完全擺脫了保護裝置和二次端子排，更能防止繼電器或插件的損壞，也能避免誤加電量至運行設備而造成的設備誤動。