通用型電磁繼電器綜合參數智能測試分析裝置的研發與應用

馮凌云，梁 彥，吳 昊

（廣州蓄能水電廠，廣東廣州510950）

0 引 言

繼電器是電力系統二次回路中起保護與控制作用的重要電器元件，應用廣泛，數量巨大，其運行狀況直接關系設備的安全運行。然而長久以來，技術人員仍停留在使用傳統的人工方式進行繼電器測試，評估繼電器的運行狀態，其中存在著諸多弊端。

本文所研發通用型電磁繼電器綜合參數智能測試分析裝置，能夠對廣蓄電廠中的絕大部分繼電器的各項特性參數進行自動檢測，解決了抽水蓄能行業繼電器傳統校驗方法帶來的各種問題。

1 背景介紹

抽水蓄能機組工況多、啟停頻繁，因而其二次回路繼電器動作頻繁、作用重大。深入分析廣蓄電廠各專業對機組二次控制回路繼電器傳統校驗方法的不利因素，概括起來包括如下幾點：

（1）采用完全人工方式進行繼電器校驗，在面對包含大量繼電器的電氣控制系統的定檢工作時，不僅重復勞動強度大、容易造成疲勞，而且工作效率低。

（2）校驗工器具落后，存在安全隱患。一般使用外加電壓源及萬用表的方式進行繼電器測試，或使用一個極簡易的繼電器校驗座，由于沒有相關漏電保護裝置，因此存在發生觸電危險的安全隱患。

（3）蓄能電站在用繼電器種類繁多，各專業都有大量不同類型的繼電器，但是卻沒有統一的校驗工器具。

（4）傳統校驗方式無法測試繼電器的壽命，也無法確認工作不穩定的繼電器（不穩定繼電器往往可通過一兩次校驗，但卻無法經受數十數百次校驗），從而排除故障根本原因，而要依靠人工方式進行成百上千次測試幾乎是不可能完成的任務。

針對以上傳統繼電器校驗方式的局限性及弊端，研究并開發新的繼電器測試裝置的需求十分迫切。

2 設計方案

2.1 功能設計

通用型電磁繼電器綜合參數智能測試分析儀采用分布式設計方案，包括以下3個部分：①繼電器綜合參數測試主機；②繼電器校驗基座；③人機對話裝置。

2.1.1 繼電器綜合參數測試主機

繼電器綜合參數測試主機是整個系統的核心，其主要功能是對繼電器的各項電氣參數進行測試，其原理圖如圖1所示。其內部包括中央處理器、線圈電壓校準與補償模塊、吸合／釋放電壓測量模塊、動作／釋放時間測量模塊、線圈電阻校準與補償模塊、線圈電阻測量模塊、接觸電阻校準與補償模塊、接觸電阻測量模塊、繼電器測量數據暫存模塊、人機對話接口模塊等。

圖1 繼電器綜合參數測試主機原理圖

2.1.2 繼電器測試基座

繼電器校驗基座負責將待校繼電器進行固定，并建立待校繼電器與測試主機之間的電氣連接。主機與校驗基座相對獨立，只要更換對應繼電器的校驗基座，主機便可快捷地實現對多種繼電器進行校驗。

2.1.3 人機對話裝置

人機對話裝置的主要功能是負責操作員與測試設備之間的交互，采用一塊5英寸觸摸式顯示屏進行測試操作和結果顯示，見圖2。人機界面友善，操作非常簡單直觀。根據繼電器類型輸入其參數特性，選擇對應的底座并插入繼電器，按下人機操作界面的“精測”或“快測”按鈕，即可完成繼電器的自動檢測。

圖2 通用型電磁繼電器綜合參數智能測試裝置開機畫面

2.2 電路設計

2.2.1 電路原理

采用嵌入式智能芯片、程控恒流源、四端法進行裝置的設計，使得測量精度可精確到毫歐和毫秒級。以接觸電阻測試模塊原理圖為例說明裝置測量原理，接觸電阻四端法測量原理圖如圖3所示。圖3中：Rd1，Rd2為驅動探針與被測觸點之間的接觸電阻；Rc1，Rc2為檢測探針和被測電阻之間的接觸電阻；電源為程控恒流源，驅動探針輸出恒定電流Im；電壓測量模塊檢測到的電壓為Um；R是繼電器被測觸點的等效電阻，則R阻值的計算方法如下。

由于數字電壓表的輸入阻抗非常高，因此流過檢測探針上的電流較小，流過R的電流均來自驅動探針，于是：

由此可見，四端法具有克服引線電阻的特點，尤其適用于繼電器觸點接觸電阻等低值電阻的測量。本裝置采用該方法進行測量，使接觸電阻測量誤差小于1%。

圖3 “四端法”測量原理圖

2.2.2 PCB設計

采用最優布線理論進行設備的PCB多層電路板設計，有效避免寄生電阻、寄生電容和寄生電感等對設備正常工作的影響。

裝置的PCB電路板采用積層多層板工藝流程加工，其制作流程如下：芯板制作→層壓RCC→激光鉆孔→孔化電鍍→圖形轉移→蝕刻與退膜→層壓RCC→反復進行形成a+n+b結構的集成印制板。

2.3 外殼模具設計

利用AUTOCAD軟件繪制設備外殼模具設計圖，包括機箱背板設計圖、機箱側板設計圖、按鍵固定板設計圖、標簽板設計圖和面板設計圖等。設備外殼模具不僅達到保護和固定內部檢測電路的作用，而且可以顯著提高設備的人機工效，便于用戶攜帶和使用裝置。

2.4 內部控制程序編寫

內部控制程序是整個裝置的靈魂，首先設計測試動作時序圖，確定各功能模塊的動作順序（見圖4），即繼電器各個特性參數自動檢測的順序。完成時序圖設計后，再采用C語言進行內部控制程序的編寫。

圖4 測試電壓波形

2.5 設備組裝

按設計圖完成電路板和外殼的制作后，將設備組裝（見圖5），并將控制程序下載至內部嵌入式智能芯片中。設備成品包括繼電器電參數測試主機和繼電器測試基座，外觀簡潔大方。

3 測試與應用

裝置制作完成后，在廣蓄電廠各專業范圍廣泛使用，經實踐檢驗，使用該裝置可以使各專業繼電器定檢工作效率提高十倍以上，裝置各項測量功能的技術參數誤差均小于1%。

圖5 完成組裝后的繼電器測試分析裝置

裝置的主要優點如下：

（1）功能齊全，可測試多項繼電器特性參數（線圈電阻、接觸電阻、吸合／釋放電壓、吸合／釋放時間、吸合回跳、釋放回跳等），且測量準確、精度高。

（2）智能化程度高，校驗過程完全自動化，極大降低了繼電器定檢工作的勞動強度，大幅提高工作效率。

（3）通用性強，主機與基座獨立，只需更換基座便可應用于電力系統或其它工業領域中多種繼電器的校驗。

（4）保護功能非常完善，可避免技術人員在繼電器校驗過程中發生觸電。

（5）可進行繼電器壽命測試和穩定性測試。

4 結 論

本文針對傳統繼電器校驗方式所帶來的局限性及弊端，設計了一種繼電器綜合參數智能測試分析裝置。經實踐檢驗，該裝置安全、易用、高效、通用，能夠大幅度節約人力成本，提高企業經濟效益。可應用在電廠大多數需要進行二次回路低壓繼電器測試的場合中，亦可在其它電力生產單位中推廣應用。

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