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对于检测保护系统正常运行的次级注电测验

次级注电测验的目的

二级注电测验通常在初级注电测验之前完成。其目的是验证从输入端到保护继电器之间的保护系统的正常运行。

对于检测保护系统正常运行的二级注电测验  （图片：Omicron人员测试设备和西门子Siprotec系列保护继电器；图片来源：Omicron)

在初级注电实验之前进行次级注电实验的原因是：初始实验中对于低压测设备的风险被降至最低。初级侧（高压侧）的设备被断开，因此高压侧的设备也不会受到损坏。

和二级注电测验有关的具体操作以及所需的设备一般被包含在继电器制造商手册中，此文只对几种主要的保护继电器的二级注电实验进行简要介绍。

本文主要讨论以下几个方面：

                    二级注电实验的设备

                            -测试模块/插头

                            -二级注电测验套件

                    二级注电测验

                            -使用数字继电器时的保护系统

                            -使用机电/静态继电器时的保护系统

                            -二级注电测验的实验电路

二级注电测验的设备

测试模块/测试插头

在继电器的电路中通常会提供测试模块/测试插头，这样可以在不对原电路进行改动的情况下将测试设备连到电路中进行测试。在实验中，使用测试插头来连接待测继电器以及测试设备。测试插头分为单针和多针设计，单针插头通常用于监测电流互感器刺激电路电流。

在每个测试插头测试针的顶部和底部都有一个绝缘条，这样的设计使得在测试插头接入电路进行测试时，继电器电路可以与开关设备的布线完全隔离。

为了避免造成电流互感器次级端子的开路，在插入测试插头之前需要检查插头所有的带电端都带有闭路跨接线。

近几年生产的测试模块通常在带电端带有跨接线，这些在模块内部的跨接线可以根据需要设置成开路或者闭路。设置开路或闭路既可以通过在移除测试插座盖，插入测试插头之前通过手动完成，也可以在移除测试插座盖时自动完成。

测试插座的保护盖被移除时，会使插座表面的颜色显露出来。这会清晰的表明插座目前没有被保护（物理保护机制-保护盖被移除）而且可能已经断开了用于继电器跳闸输出信号供电的电源。

保护盖移除状态下的测试插座（来源：Test blocks for switchgear and meters - Essailec ®, ABB) 

当取出测试插头时，主电流互感器和电压互感器的电路立即恢复。将测试模块的保护壳安装上，并取下电流互感器次级电路上的闭路跨接线。

当一个保护系统中有若干个继电器时，为了测试整个保护系统应当在继电器面板上安装多个测试模块而不是只测试一个继电器。

测试模块通常会为各种电力系统保护方案提供用于监测和刺激注电测验的设备。测试模块既可以与多针测试插头同时使用来对指定的电路进行隔离和监测，也可以与单针测试插头同时使用来监测单个支路上的电流。

下面的这个视频展示了近年使用的测试模块和测试插头。

次级注电实验装置

待检测的继电器类型决定了为其提供次级注电测试电压和电流的设备类型。对于机电继电器来说，在其工作时会有非线性的电流线圈阻抗。如果直接将注电电源电压加在线圈上，可能会导致测试电流波形失真。

电流波形中的谐波可能会影响继电器的扭矩进而产生不可靠的测试结果，因此注电装置中需要串联可调电阻来控制电流。这可以实现小功耗测试，并使仪器轻巧紧凑。

很多测试装置都是便携式的，包括了精密电流表，电压表以及定时设备。这些装置可能会同时输出电压和电流。

电压输出端输出的是高电压低电流，用于那些既需要电压互感器输入信号也需要电流互感器输入信号的继电器。电流输出端使用的是高电流，低电压的输出信号来连接继电器的电流互感器输入端。

然而，重要的是确保测试组的电流输出是独立的电流源，这样可以确保电流不受继电器电流线圈负载阻抗的影响。

使用一个本质上是电压源的电流输出会在测试机电继电器时产生严重的问题。测试装置输出端的阻抗与继电器电流绕组阻抗严重不匹配时，会使电流变化的幅度远大于可接受的误差。

继电器的操作时间可能高于或者低于预期或者会发生继电器“颤动”。这种错误很常见，一般是在初级保护系统失灵并对设备造成严重损害之后出现。

在之后的故障调查中表明，初级保护系统失灵的元音是因为使用了设置错误的继电器。而导致继电器设置错误的原因是在测试过程中使用了带有电压源的电流输出的测试装置。

图1显示了使用了作为电压源的测试装置用于电流输出而产生的典型波形 —— 失真的继电器线圈电流波形以及比预期值长的工作时间。

Figure 1 – Relay current coil waveforms

近年来的测试装置是基于计算机的。这个装置包括一台电脑（通常是一个装有配套软件的笔记本）以及一台功率放大器。功率放大器接收来自电脑的低电平输出，然后将输出信号放大为适合电压互感器和电流互感器输入的电压电流信号。

电压和电流输出之间的相位角可以调节，各个电压或电流之间的相位角也可以调节，构成三相输出组。 与传统测试装置相比，基于计算机的测试装置可以更精确地设定幅度和相位角。

有些测试装置还提供了数字信号来测试继电器内部的逻辑元件。

继电器的报警和跳闸输出连接到电脑的数字输入端，这样可以监测继电器跳闸特性的精度并显示在屏幕上，最后生成的报告中也包含有这个数据，或者是立即打印成纸质报告提供给客户。

Figure 2 – Omicron test software

其他的功能可能会包括GPS时间同步功能以及遥控放大器来测试元件的保护机制，以及测试新一代继电器的可编程逻辑控制器数字I/O口。

现代测试装置的软件能够测试各种继电器的功能，并可以自动进行一系列测试。 这样的设置简化了调试工程师的任务。

这一类的软件可以提供不同的测试方案，从测试特性曲线的特定点到自动完成整个跳闸特性的测定。这个功能在需要测定在特定跳闸特性下，继电器是否正常运行时非常有用。

图3 —— 一个基于电脑的测试器

Figure 3 – PC-based secondary injection test set (on photo Omicron secondary injection test set)

传统测试装置使用可调节变压器和电抗器的组合来实现对电流和电压的而控制，而不会出现大的功率耗散。一些继电器需要调节注入电压和电流的相位，因此可以使用相移变压器。

图4是用于测试过流继电器的传统测试装置的电路图。

Figure 4 – Circuit diagram of traditional test set for overcurrent relays

图5示出了用于定向/距离继电器的测试组的电路图。 这其中包括了定时器看，以便可以测量继电器的响应时间。

Figure 5 – Circuit diagram for a traditional test set for directional / distance relays

2. 次级注电测验

二级注电实验的目的是检查从继电器输入端开始的保护系统是否在指定的设置下工作。

这个测验通过从测试设备向继电器输入端提供适合的输入信号并检查在相应的继电器/控制室/断路器位置是否出现正确的警报/跳闸信号来实现。

测试的复杂程度很大程度上取决于客户的要求以及继电器的规格。测试可以从简单的单点测试继电器特性到完成整个对于跳闸特性的验证，这其中包括测试暂态相应和谐波，以及继电器的偏置特性。在保护系统中含有变压器或者发电机时，做这些复杂测试是必要的。

测试时应该包括所有可能的保护方案。如果保护系统是有数字继电器中的可编程逻辑器实现的，则需要输入适当的数字信号并检测输出信号。

新一代的测试装置已经可以快速的进行此类测试，这样就减少了测试所需要的时间。

数字继电器保护方案

二级注电测试的规定差异很大。在某些时候，制造商推荐并且客户接受的情况下，如果数字继电器通过了自测，则改继电器可以在设定数值下工作。这种情况下，日常检测可以只关注继电器以外的部分。

因此，二级注电测试在这些条件下可以忽略。

另外一个大难时对每一个使用中的继电器进行功能测试。这些测试很少在使用数字继电器时进行，只有当继电器可能出现故障时才会使用。

Figure 6 – Distance relay zone checking using search technique and tolerance bands

图6展示了在新型测试装置进行测试时可以获得的结果，这个测试是通过搜索技术来决定一个距离继电器的到达设定。

另一个例子是测试距离继电器的功率摆动阻挡元件。 图7示出了基于使用离散阻抗点的这种测试。

Figure 7 – Testing of power swing blocking element – discrete points

这种测试在某些情况下可能是不足够的，可能需要测试设备来产生模拟功率摆动波形并将信号输入到继电器内。

Figure 8 – Simulated power swing waveform

使用机电/静态继电器技术的方案

使用单一功能的机电或者静态继电器的保护方案经常需要执行每一个继电器。因此拥有一定距离的保护系统以及所有的备用过电流保护原件都需要对其功能进行测试，于是相比于数字继电器来讲，会消耗更多的时间。

相似的，通过一系列的书六点留来确定一个过流继电器的特性也是很重要的，

1. 在每个当前设置下可以运行的最小电流

2. 在复位时产生的最大电流

3. 适当的电流值下的运行时间

3. 时间乘数设置TMS（时间倍数设置Time multiplier Setting）为1时，两点或三点的时间/电流曲线

4. TMS为1时，零电流复位时间

类似的测试方法也适用于使用这些技术的距离和单元保护继电器。

次级注电实验的测试电路

测试使用的电路通常会取决于继电器的类型以及所使用的测试设备。除非测试电路非常的简单明了，否则需要参考继电器调试手册来确定所使用电路的细节。

常见的测试电路如下面表1所示

在使用下表的电路时，如果使用的时数字电路的话，可以很容易的进行适当的简化。这样可以同时利用此类继电器内置的测试功能-外置电流表和电压表则可能不再需要。

测试1    两级的完整电流设定范围内的三相无方向上升和下降精度

测试2    在正向，当前角度扫描的完整RCA设置范围内，三相定向拾取和降低精度

测试3    在反向，当前角度扫描的完整RCA设置范围内，三相定向拾取和降低精度

测试4    在正向，电压角扫描的完整RCA设置范围内，三相定向拾取和下降精度

测试5    在反向，电压角扫描的完整RCA设置范围内，三相定向拾取和降低精度

测试6    三相极化电压阈值试验

测试7     DT定时器在整个设定范围内的准确度

测试8     IDMT曲线在所声称的精度范围内的误差

测试9     IDMT TMS / TD的准确性

测试    10改变故障电流对IDMT操作时间的影响

测试11     IDMT曲线的起始和行程的最小接收

测试12    复位定时器的准确性

测试13    任何阻塞信号，光电输入，VTS，自动重合闸的影响

测试14    电压极化存储器

所有的结果应当进行记录并归档。当测试结果与期待值产生偏差时应当进行全面的调查并找出原因。

在纠正了所有错误后，所有与此错误相关的测试都应当重新进行（即便当时的测试结果是正确的）。这样可以确保保护机制在规定的特性下工作。

保护继电器的维护和调试

对于保护继电器，现场测试是常见的做法，而在许多情况下需要将继电器送至实验室进行校准，这会需要很大的时间和经济陈本。