一種變電站的智能繼電器校驗(yàn)方法及其裝置

新疆送變電有限公司 熊 坤 楊超然 逯兆偉 王學(xué)乾 何 洋

繼電器作為極重要的電控器件，是核電站、火電站、水電站及其他變電站電氣控制回路中最核心的部件，它接收外部信號(hào)，通過繼電器動(dòng)作/釋放改變繼電器輸出點(diǎn)的狀態(tài)，從而接通/斷開對(duì)應(yīng)的控制回路，實(shí)現(xiàn)控制及工藝上的需求。由于繼電器在使用中受到灰塵、潮氣、腐蝕、氣體的侵入和機(jī)械力的作用等影響，會(huì)引起裝置零件銹蝕、磨損、緊固件連接松動(dòng)以及定值和電氣特性的變化等，會(huì)影響繼電器工作的可靠性，而在實(shí)際運(yùn)行過程中，繼電器最常見的故障有線圈短路、繼電器觸點(diǎn)粘連、繼電器觸點(diǎn)無法吸合、達(dá)到動(dòng)作電壓值不動(dòng)作、達(dá)到復(fù)歸電壓值不復(fù)歸等，表現(xiàn)為繼電器拒動(dòng)或誤動(dòng)，致使配電負(fù)荷無法遠(yuǎn)方啟動(dòng)或停止，造成工藝上的邏輯無法實(shí)現(xiàn)，造成電力事故發(fā)生，故應(yīng)定期對(duì)繼電器進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除各種潛在的隱患，確保繼電器正常工作。

目前電站的機(jī)組連鎖保護(hù)裝置和現(xiàn)場(chǎng)控制回路都用各種類型的繼電器來實(shí)現(xiàn)回路的控制和保護(hù)，規(guī)格品種不一，數(shù)量也很龐大[1]。而這些繼電器平時(shí)不檢查，在年修中也沒有辦法去檢測(cè)和判斷它的性能，只有在對(duì)裝置保護(hù)回路調(diào)試時(shí)才簡(jiǎn)單的判斷繼電器是否動(dòng)作，而現(xiàn)場(chǎng)控制回路更是沒有方法去檢測(cè)。繼電保護(hù)裝置的故障以在線運(yùn)行時(shí)繼電器不動(dòng)作、時(shí)間繼電器動(dòng)作時(shí)間不正確和接觸電阻增大引起回路動(dòng)作不正常最為多見。如繼電器在現(xiàn)場(chǎng)控制回路中不動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致泵、風(fēng)機(jī)和馬達(dá)不能正常啟停，在連鎖保護(hù)裝置中一旦發(fā)生故障將直接導(dǎo)致停機(jī)或降負(fù)荷，所以對(duì)生產(chǎn)和安全運(yùn)行影響最大。如由于一個(gè)小的疏忽導(dǎo)致停機(jī)，將使用戶單位經(jīng)濟(jì)效益遭受巨大損失，而電站用在各個(gè)地方的大大小小的繼電器，猶如一顆顆定時(shí)炸彈，用的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生故障的概率越大。

1 一種變電站智能繼電器校驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)述

我公司當(dāng)下對(duì)基建及檢修工作任務(wù)的增多，變電站內(nèi)需校驗(yàn)的繼電器數(shù)量日趨增加，同時(shí)類型樣式各不相同，如功率繼電器、電流繼電器及時(shí)間繼電器等，目前常用方式為繼電保護(hù)測(cè)試儀配合萬用表，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓、電流方式，通過萬用表測(cè)試記錄繼電器動(dòng)作時(shí)電壓、電流或電阻計(jì)算出功率等數(shù)據(jù)，通過規(guī)范判定出繼電器是否滿足要求[2]。此種方式測(cè)試過程全憑測(cè)試人員主觀控制，對(duì)于部分電子式功率繼電器，由于無法測(cè)試到具體電阻，需配置專人串接萬用表測(cè)試?yán)^電器動(dòng)作時(shí)的電流，增加了測(cè)試時(shí)觸電風(fēng)險(xiǎn)，往往需2～3人配合才能完成試驗(yàn)，且捕捉繼電器動(dòng)作瞬時(shí)電流難度較大，需反復(fù)測(cè)試確定，導(dǎo)致測(cè)試精度低，同時(shí)由于常規(guī)繼保儀質(zhì)量較重，來回使用不便導(dǎo)致測(cè)試效率不高。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，研制出一種自動(dòng)快速校驗(yàn)繼電器裝置，此裝置應(yīng)滿足變電站內(nèi)電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、信號(hào)繼電器、電子式繼電器、整組繼電器；該儀器內(nèi)部的交直流電壓、電流源采用了最新的電源技術(shù)，使儀器在電路設(shè)計(jì)、器件選型、面板布局、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。該設(shè)備精度高、操作便捷，體積小，質(zhì)量輕便且便于運(yùn)輸攜帶，可節(jié)約人力及時(shí)間成本，為后期各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備校驗(yàn)提供可靠支撐，保證檢驗(yàn)安全的前提下大大提高質(zhì)量及效率，裝置一旦投入使用，可與電業(yè)局合作用于各檢修現(xiàn)場(chǎng)。

2 一種變電站智能繼電器校驗(yàn)裝置的技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)原理

此裝置具有交流電壓、直流電壓、交流電流、直流電流輸出功能。具有交流電壓、直流電壓、交流電流、直流電流反饋采樣。具備自動(dòng)輸出模擬量功能，將繼電器動(dòng)作接點(diǎn)接入裝置開關(guān)量開入，用以觸發(fā)升壓開關(guān)停止，動(dòng)作時(shí)記錄瞬時(shí)電流、電壓值及動(dòng)作時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算出動(dòng)作功率。近而實(shí)現(xiàn)繼電器的動(dòng)作功率、動(dòng)作時(shí)間等不同類型繼電器校驗(yàn)。滿足變電站內(nèi)電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、信號(hào)繼電器、電子式繼電器、量度繼電器、重合閘繼電器、差動(dòng)繼電器、整組繼電器。

交流電壓輸出：0～250V 連續(xù)可調(diào)，最大3A 電流；直流電壓輸出：0～260V 連續(xù)可調(diào)，最大3A 電流；直流電流輸出：0～5A 時(shí)開路電壓最大15V；動(dòng)作電流時(shí)間：精確到1ms，AC 最大量程（100A）；動(dòng)作判斷時(shí)間：量程0～10s，精確到0.1ms；直流電阻測(cè)量：0～10KΩ，精度1mΩ；電壓電流精度：0.5級(jí)。裝置自帶打印功能，打印試驗(yàn)日期、試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果。裝置自帶測(cè)試分析功能，可判斷每路測(cè)試結(jié)果并出具分析報(bào)告。裝置可設(shè)置測(cè)試要求數(shù)據(jù)，測(cè)試過程完全根據(jù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。完善的過壓、過流保護(hù)，任意設(shè)定輸出電壓、電流上限和掃描時(shí)間。

繼電器校驗(yàn)裝置從原理上分為軟件管理、核心控制、模擬量輸出、模擬量采集、數(shù)字量采集五大部分：軟件管理負(fù)責(zé)各類繼電器界面操控、任務(wù)管理、歷史數(shù)據(jù)庫、測(cè)試判斷標(biāo)準(zhǔn)庫、自動(dòng)報(bào)告生成等；核心控制：該裝置采用西門子PLC 控制器。主要負(fù)責(zé)控制信號(hào)的切換、信號(hào)采集、模擬量采集和模擬量輸出。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。西門子公司生產(chǎn)的S 系列PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。從PLC 的機(jī)外電路來說，使用PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。

模擬量輸出：輸出0～250V 交流電壓信號(hào)、輸出0～260V 直流電壓信號(hào)、輸出0～5A 交流電壓信號(hào)、輸出0～5A 直流電壓信號(hào)；模擬量采集：采集0～250V 交流電壓信號(hào)、采集0～260V 直流電壓信號(hào)、采集0～5A 交流電壓信號(hào)、采集0～5A 直流電壓信號(hào)、順時(shí)電流采集0～100A；數(shù)字量采集：一組常開采集、一組常閉采集來進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間的采集判斷。

繼電器校驗(yàn)裝置器件組成：AC0-250V調(diào)壓器、電流變壓器AC0-5A、低紋波直流整流濾波模塊DC0-260V、RS485程控直流電流模塊DC0-5A、高精度快響應(yīng)AC/DC 100A 互感器、兩路開關(guān)量采集模塊、主模塊切換電路、MCGS7060Hn 7寸觸摸屏一塊、SIMATIC S7-224XPCN、聲光指示器一個(gè)、主回路保險(xiǎn)兩只。

3 變電站內(nèi)相關(guān)繼電器標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范及繼電器校驗(yàn)裝置的社會(huì)效益

關(guān)于繼電器動(dòng)作值的規(guī)范：電壓型繼電器的動(dòng)作電壓為50～70%額定電壓值；電流繼電器的動(dòng)作電流為不大于80%額定電流值；關(guān)于繼電器保持值的規(guī)范：具有電壓保持繞組的繼電器，保持電壓不大于70%額定保持值。具有電流保持繞組的繼電器，保持電流不大于80%額定保持值；關(guān)于繼電器返回值的規(guī)范：繼電器的返回值不小于5%的額定值或根據(jù)特殊需要由企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；關(guān)于繼電器動(dòng)作時(shí)間的規(guī)范：工作繞組的輸入勵(lì)磁量為額定值時(shí)，繼電器的動(dòng)作時(shí)間由企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般應(yīng)為不大于15ms[3]。時(shí)間繼電器的動(dòng)作值為30～70%額定電壓，返回值不小于3%額定電壓，保持電流不大于80%額定電流。

繼電器接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)采集記錄并計(jì)算得出相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]。繼電器從工作電壓到動(dòng)作時(shí)整段時(shí)間的精確測(cè)量記錄。動(dòng)作時(shí)反饋的接點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)精確控制設(shè)備相關(guān)模擬量輸出。新裝置的成功研制可以有效降低現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，避免了人員測(cè)試操作過程中觸電風(fēng)險(xiǎn)。大大提高測(cè)試精度和效率，實(shí)現(xiàn)繼電器快速精準(zhǔn)校驗(yàn)。裝置與傳統(tǒng)方式相比，大大減少人員投入，單人即可完成此項(xiàng)測(cè)試工作。該校驗(yàn)裝置還具備較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，使產(chǎn)品檢驗(yàn)得到大幅提高，特別是失效繼電器這樣的致命性缺陷得到有效的控制，其間接經(jīng)濟(jì)效益使無法估量的。