費(fèi)麗強(qiáng) 劉西昂 蔣政 程煜 徐晨

摘要：跳閘矩陣校驗(yàn)是變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行定期校驗(yàn)時(shí)的重要環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)測試方法常采用萬用表逐一測 量，工作量大且效率低。因此，提出了一種基于多開入的繼電保護(hù)跳閘矩陣校驗(yàn)裝置，首先通過采集器獲 取保護(hù)裝置的跳閘出口開出量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后接至主機(jī)，通過主機(jī)解析獲得保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)的動(dòng)作情況，測 量出接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)長，并生成各個(gè)接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)序圖。該裝置將跳閘矩陣測試時(shí)間由原先的 78 min 縮短至 49 min 以內(nèi)，成功縮短了保護(hù)退出的時(shí)間，提高了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力，提升了社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；多開入；跳閘矩陣；變壓器保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM932文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

目前，大部分 220 kV 變壓器保護(hù)裝置配置的 保護(hù)類型包括縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、差動(dòng)速斷保護(hù)、復(fù)壓 閉鎖過流保護(hù)、零序過流保護(hù)和間隙保護(hù)等。變壓 器各側(cè)不同類型、不同分段、不同時(shí)限的保護(hù)動(dòng)作 跳閘及開出量的動(dòng)作情況均有所不同，使得變壓器 保護(hù)跳閘矩陣較復(fù)雜。因此，變壓器保護(hù)跳閘矩陣 的校驗(yàn)變得極為重要。

跳閘矩陣傳統(tǒng)測試方法常采用實(shí)際出口跳閘或 者用萬用表逐一測量跳合閘出口動(dòng)作接點(diǎn)，工作量 大且效率低，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度，并且涉及二次回 路大量拆接線工作，存在誤恢復(fù)、漏恢復(fù)等風(fēng)險(xiǎn)， 給設(shè)備運(yùn)行帶來隱患 [1]。

為解決上述問題，國網(wǎng)青海省電力公司檢修公 司等 [2] 提出了一種基于萬用表的繼電保護(hù)裝置跳閘 矩陣測試裝置。但其僅測試跳閘矩陣，需要根據(jù)定值 單來設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)，而且無相應(yīng)的跳閘動(dòng)作出口 的波形，因此無法進(jìn)行全時(shí)域分析。該裝置僅適用 于常規(guī)變電站，適應(yīng)性較差。國網(wǎng)湖北省電力有限 公司鄂州供電公司 [3] 依據(jù)保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)出口壓板電壓變位測試跳閘矩陣，但無法測試動(dòng)作時(shí)間，且 對于智能變電站出口壓板在各智能終端無法有效處 理，仍需多人共同配合才能完成測試工作。國家電網(wǎng) 有限公司等 [4] 的繼電保護(hù)跳閘矩陣校驗(yàn)裝置可根據(jù) 節(jié)點(diǎn)動(dòng)作和時(shí)鐘模塊顯示的時(shí)間，記錄節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的時(shí) 間，根據(jù)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)間確定節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的先后順序和 節(jié)點(diǎn)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔，但仍需要設(shè)定保護(hù)工作 時(shí)間，且該裝置無法應(yīng)用于智能變電站的測試工作。

因此，本文提出了一種基于多開入的繼電保護(hù) 跳閘矩陣校驗(yàn)裝置，其能夠適應(yīng)變電站新建、技改 及檢修工程的需要，適用于常規(guī)變電站和智能變電 站，應(yīng)用范圍更廣。

1 裝置設(shè)計(jì)

1.1 主變跳閘矩陣邏輯

變壓器保護(hù)跳閘出口及開出壓板主要有跳高壓 側(cè)開關(guān)、跳中壓側(cè)開關(guān)、跳低壓側(cè)開關(guān)、跳高壓側(cè) 母聯(lián)開關(guān)、跳中壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)、閉鎖低壓側(cè)開關(guān)備 自投。以 220/110/35 三繞組變壓器的跳閘矩陣為 例，跳閘矩陣邏輯如表 1 所示 [5-6]。

1.2 設(shè)計(jì)實(shí)施

本裝置由采集器和主機(jī)組成，采集器包含采集 模塊、轉(zhuǎn)換模塊和時(shí)間模塊，主機(jī)包含解析模塊、 存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和時(shí)間模塊。

如圖 1 所示，使用本裝置時(shí)，保護(hù)裝置的跳閘 出口接點(diǎn)通過電纜接入采集器對應(yīng)的測量口，采 集器在內(nèi)部經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊將開關(guān)量轉(zhuǎn)換為通用面向?qū)?象的變電站事件（generic object-oriented substation event，GOOSE）報(bào)文，并由光口輸出，通過光纖 連接至主機(jī)光口。同時(shí)，采集器和主機(jī)之間還需連 接 IRIG-B 碼（inter range instrumentation group-B） 對時(shí)光纖，保障時(shí)間同步。

采集模塊用于采集待測繼電保護(hù)裝置跳閘矩陣 的節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，主機(jī)根據(jù)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作和時(shí)鐘模塊顯示的 時(shí)間，通過接收繼電保護(hù)測試儀開出量作為記錄節(jié) 點(diǎn)動(dòng)作的開始時(shí)間戳，并將接收到的光信號(hào)分別進(jìn) 行處理（跳合閘開入變位情況和解析 GOOSE 報(bào)文）。 將處理結(jié)果輸出至顯示模塊，確定節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的 先后順序和節(jié)點(diǎn)動(dòng)作之間的時(shí)間間隔，并輸出全時(shí) 域開入變位波形，便于分析跳閘矩陣動(dòng)作時(shí)序是否 滿足設(shè)定需要；將處理結(jié)果輸出至燈光可視化顯示 模塊，通過自定義的多開入（控制的跳合閘開關(guān)）， 可方便直觀地確認(rèn)跳閘矩陣測試結(jié)果。

1.3 采集器

采集器的采集模塊接收開關(guān)量輸入，進(jìn)行光耦 隔離。采集模塊與繼電保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)之間設(shè)有 光耦元件，通過光電隔離采集保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)導(dǎo) 通信號(hào)。光耦元件型號(hào)為 EL3H7，對開關(guān)量響應(yīng)時(shí) 間≤ 12 μs，輸入電路功耗≤ 80 mW。

如圖 2 所示，保護(hù)裝置的各個(gè)跳閘回路經(jīng)出口 壓板接入采集模塊，采集模塊的各采集接口可分別對 應(yīng)跳高壓側(cè)開關(guān)、跳中壓側(cè)開關(guān)等開出信號(hào)，經(jīng)光耦 元件的光電隔離后完成采集。采集模塊的采集接口 為自定義接口，可對應(yīng)任何跳閘出口，這極大地提 高了本裝置應(yīng)用的廣泛性。因此本裝置適用于任何 多出口的保護(hù)出口校驗(yàn)，如主變保護(hù)、母線保護(hù)等。

采集器的轉(zhuǎn)換模塊采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列 （field programmable gate array，F(xiàn)PGA）芯片，將電 信號(hào)采集的保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)導(dǎo)通信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信 號(hào)下的 GOOSE 報(bào)文，并通過光纖傳輸給解析模塊。 FPGA 芯片型號(hào)為 EP1C6Q240C8，時(shí)間精度優(yōu)于 110 ps。

1.4 主機(jī)

主機(jī)是本裝置的核心組成部分。主機(jī)的解析模塊 采用基于有限狀態(tài)機(jī)（finite state machine，F(xiàn)SM）的 GOOSE 報(bào)文解析算法，將轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)?GOOSE 報(bào)文進(jìn)行解析，從報(bào)文中獲得保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)的 動(dòng)作情況，測量出接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)長，并生成各個(gè)接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)序圖。基于 FSM 的 GOOSE 報(bào)文解析算 法，從解碼開始到解碼輸出的間隔時(shí)間≤ 5.3 μs。

主機(jī)的存儲(chǔ)模塊采用串行外設(shè)接口（serial peripheral interface，SPI）Flash 芯片，讀寫分開操 作簡單可靠。主機(jī)的顯示模塊采用薄膜晶體管液 晶顯示器（thin film transistor-liquid crystal display， TFT-LCD），其功耗低且使用壽命長。TFT-LCD 型號(hào)為 AT043TN24，功耗≤ 5 W，且當(dāng)使用溫度 為 -20 ～ 70℃ 時(shí)，使用壽命≥ 10 萬 h。

2 測試方法及結(jié)果

2.1 測試方法

測試方法流程如圖 3 所示，具體如下：①開啟 采集器和主機(jī)電源，程序初始化。②選擇開關(guān)量 測試模塊，將保護(hù)出口壓板連接至采集器中對應(yīng)的 測量口。③設(shè)置好錄波時(shí)長，等待保護(hù)出口動(dòng)作。 ④查看錄波文件，根據(jù)接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序圖分析保護(hù)實(shí) 際出口動(dòng)作邏輯，判斷節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序圖與整定單的 跳閘矩陣定值是否一致。

2.2 測試結(jié)果驗(yàn)證

通過在不同變電站使用本智能型繼電保護(hù)跳閘 矩陣測試儀，校驗(yàn)各種類型繼電保護(hù)的跳閘矩陣定 值，本文共完成 47 次跳閘矩陣檢測試驗(yàn)，并記錄 每次試驗(yàn)所耗時(shí)間，測試結(jié)果用時(shí)如表 2 所示。

本文以某變電站的 220 kV 主變差動(dòng)保護(hù)為例， 使用本裝置校驗(yàn)此主變跳閘矩陣。差動(dòng)保護(hù)的跳閘 矩陣定值為 E040（表 1），即跳高壓側(cè)、跳中壓側(cè)、 跳低壓 1 分支、跳低壓側(cè) 2 分支。

如圖 4 所示，高壓側(cè)跳閘接點(diǎn)在 14 ms 動(dòng)作， 中壓側(cè)跳閘接點(diǎn)在 15 ms 動(dòng)作，低壓 1 分支跳閘接 點(diǎn)在 16 ms 動(dòng)作，低壓 2 分支跳閘接點(diǎn)在 18 ms 動(dòng) 作，經(jīng)校驗(yàn)與跳閘矩陣定值一致，并且輸出了各個(gè) 開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于多開入的繼電保護(hù)跳閘矩 陣校驗(yàn)裝置，首先通過采集器獲取保護(hù)裝置的跳閘 出口開出量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后連接至主機(jī)，最后通過主機(jī) 解析獲得保護(hù)出口跳閘接點(diǎn)的動(dòng)作情況，測量出接 點(diǎn)動(dòng)作時(shí)長，并生成各個(gè)接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)序圖。 本裝置實(shí)現(xiàn)了多組跳閘出口一次接線、批量測試，將出口矩陣測試時(shí)間由原先的 78 min 縮短至 49 min 以內(nèi)，并且成功縮短了保護(hù)退出的時(shí)間，進(jìn) 一步提高了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力，提升了社會(huì)效益。

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