牽引變電站繼電保護裝置自動調試系統的研究

周啟斌

（南寧鐵路局工務處，1.高級工程師；2.工程師，廣西 南寧 530029)

在鐵路供電系統中，繼電保護裝置是被保護的供電單元的控制中樞，它接收互感器及其他傳感裝置發送過來的信息，判斷該供電單元是否正常運行，當有故障時，能根據定值及故障判斷邏輯快速準確地判斷并快速切斷故障區段，避免供電系統受到更大的損害，并傳輸相關信息給調度中心，因此它具備控制、保護、信息采集與發送等主要功能。而繼電保護裝置的調試就是主要針對這幾個功能進行全方位的調試，確保供電系統投運后繼電保護裝置能夠按照要求穩定運行。

1 繼電保護裝置調試現狀

供電系統的保護最早采用熔斷器的方式，繼電器開始廣泛應用后，繼電保護裝置開始快速發展，經歷了由電磁式保護裝置（電磁式繼電器）到晶體管式繼電保護裝置、到集成電路繼電保護裝置、再到微機繼電保護裝置的4個階段。當前，隨著電子技術、計算機技術、通信技術的發展，人工智能技術如人工神經網絡、遺傳算法、進化規模、模糊邏輯等相繼在繼電保護領域的研究應用，繼電保護技術正向計算機化、網絡化、一體化、智能化方向快速發展。

傳統的繼電保護裝置調試一直采用人工觸發、逐一核對各項功能是否正常的思路和方法，效率不高，需要改進和完善。然而，不管繼電保護裝置如何發展，幾乎所有的繼電保護裝置調試包括的內容，都與繼電保護裝置調試現狀一樣，主要有以下幾個步驟：

1.1 信息采集功能調試負責此功能調試的試驗員通過繼電保護測試儀向繼電保護裝置模擬發送電流、電壓信號，查看測量量采集、保護量采集是否正確；模擬觸發開入點信號，查看開入信號采集是否正確。

1.2 控制功能調試負責此功能調試的試驗員通過操作控制（就地、遠方）分、合，相對應的開關設備動作是否正確。

1.3 保護功能調試負責此功能調試的試驗員根據保護動作所需條件，模擬滿足所有條件，測試保護功能是否正確動作；其中任一條件不滿足的情況下，測試保護功能是否不動作（特別注意：定值參數中的動作限值與時間限值是兩個條件）。

1.4 信息發送功能測試相關試驗員負責測試并確認繼電保護裝置所采集的信息、保護動作信息、故障錄波信息等能否正確傳輸至調度中心。

2 繼電保護裝置調試面臨的問題

通過上面的現狀分析，我們可以看到在整個繼電保護裝置的現場調試過程中，主要是以人工為主，且基本上是大量相似的重復性工作，又因測試工作對供電系統安全可靠運行影響重大，為保障供電系統穩定運行，必須認真細致全面地做好每一內容每一環節的測試工作，如在繼電保護裝置調試時需要逐一對其功能進行準確測試，因此繼電保護裝置的調試在整個供電系統的調試過程中占用時間最長。

綜上可見，傳統繼電保護裝置調試存在的主要問題就是效率不高且工作強度過大。

3 繼電保護裝置調試的新思路

計算機技術、通信技術的發展應用，為利用新技術解決傳統繼電保護裝置調試存在問題提供了可能。針對供電系統繼電保護裝置調試的特征，本文提出改進調試方法的思路與實現形式，即研發使用繼電保護裝置自動調試系統，圖1 為繼電保護裝置自動調試系統實現框架圖。

圖1 繼電保護裝置自動調試系統實現框架圖（虛框內為系統構成）

繼電保護裝置自動調試系統具體運行原理簡述如下：

1）信息收發中轉裝置接入后臺管理機，通過后臺管理機轉發從繼電保護裝置上傳上來的信息，再通過無線網（或3G/4G方式）轉發給繼電保護自動調試裝置和信息接收與控制終端。可通過篩選相關需要的信息進行轉發。信息收發中轉裝置還可根據后臺管理軟件的數據庫自建一套信息獲取系統，通過接入交換機直接獲取有用的信息。

同時該裝置還能接收繼電保護自動調試裝置和信息接收與控制終端發送的控制命令信息轉發給后臺管理機或繼電保護裝置執行。

2）繼電保護自動調試裝置具備計算機編程控制的繼電保護測試儀、同時還能通過無線網（或3G/4G方式）與信息收發中轉裝置進行通信，實現在自動調試過程中對繼電保護裝置的控制及相應信息的讀取及分析。

具體實現過程：提前對繼電保護裝置的功能調試進行計算機編程配置（固有的模塊化程序，只需針對不同類型、線路及保護功能進行細微的靈活配置）；調試前將繼電保護自動調試裝置的電流、電壓模擬量輸出端、邏輯輸入端、控制輸出端連接到繼電保護裝置的相應試驗端子上；調試時只需按下啟動調試按鈕，繼電保護自動調試裝置將按照模塊化的程序設定自動執行功能調試。如：調試A 相過流保護功能，繼電保護自動調試裝置模擬輸出超過電流定值的電流模擬量，但時間未達到定值要求，此時裝置通過信息收發中轉裝置只能接收到保護啟動信息，如時間未達到動作出口要求，相應斷路器不會分閘，即沒有保護動作信息，此時裝置判斷該項程序執行正確，自動跳轉下一程序執行。即電流值未達到定值要求，但時間超過定值要求，此時繼電保護裝不會有反應，繼電保護自動調試裝置不會接收到相關信息，此時裝置判斷該項程序執行正確，再次自動跳轉下一程序執行。此時電流值、時間均滿足定值要求，保護應該可靠動作，繼電保護自動調試裝置接收到相應保護動作信息，并與輸出信息進行對比分析，確認相關信息正確，判斷該項程序執行正確，并通過與信息收發中轉裝置進行通信發出控制合閘命令控制斷路器進行合閘后，再次自動跳轉下一程序執行，B 相過流保護功能、C 相過流保護功能、A 相距離保護功能……。

同時還可利用邏輯輸入端接入到繼電保護裝置的保護動作輸出接點，測量保護動作時間與定值及后臺信息及進行比對，多重確認信息的準確性以及自動調試程序執行的準確性；還可利用控制輸出端接入到繼電保護裝置的連片處代替連片測試連片功能的可靠性；同樣可以利用控制輸出端接入到繼電保護裝置控制斷路器的分合閘的輸出端在自動調試的過程中根據設定實現控制斷路器的分合閘操作。

在自動調試的過程中無需人工干預，全自動調試，并自動標記調試過程中有問題的功能，便于后續進行人工處理。

3）信息接收及控制終端主要用于繼電保護裝置信息采集功能的調試，當離開后臺管理機及繼電保護裝置（室內）在設備本體處（室外）進行模擬信號觸發時，可在信息接收及控制終端及時核對所觸發信號是否正確發出且同時上傳到后臺管理機，并可對有問題信息進行標記、統計，便于隨后進行問題處理。避免了繼電保護裝置信息采集功能的傳統調試過程（見圖2）需要在室內留守一人用對講機及其他方式傳遞信息以確認信號采集功能的正確性，減少了人員的浪費，保證了信息傳遞的可靠性，節省了調試時間。且還可用該裝置控制相應設備，只用一人即快速可完成繼電保護裝置的傳動控制試驗，并有效的確認控制功能的正確性。

圖2 繼電保護裝置信息采集功能的傳統調試過程

（新模式下，只需現場調試人員手持信息接收及控制終端即可快速完成調試）

4 繼電保護裝置自動調試系統的優勢

本文提出的繼電保護裝置自動調試系統與傳統的調試手段相比優勢明顯，主要體現在：

1）經濟性。繼電保護裝置自動調試系統針對同一類型、同一線路的數據庫、自動調試程序只需提前進行一次有效的人工配置，到現場即可開展自動調試，有效的優化了繼電保護裝置的調試過程，不再有傳統的調試手段過程中的大量重復性的單一類型調試過程，因此節約了大量的現場人工調試時間，減少了人力資源的浪費，經濟性好。

2）可靠性。傳統的調試手段由于大量重復性的單一類型調試試驗，試驗人員精神處于高度集中、大腦快速運轉狀態，不可避免會在調試過程中出現紕漏的現象，且核對信息是否正確靠人工對講以及呼喚應答的方式進行確認，容易出現錯誤。而繼電保護裝置自動調試系統全計算機自動調試、分析有效的避免了人為錯誤因素，可靠性高。

3）適用性。繼電保護裝置自動調試系統能夠針對自動調試過程中發現的問題進行自動標記、統計，便于后續問題處理；模塊化程序編輯，靈活配置參數，方便現場使用，能應對各種復雜的情況，適用性強。

5 結束語

本文首先闡述了繼電保護裝置的發展歷程以及調試的內容、并針對調試的現狀闡述了目前所面臨的問題，針對問題提出了新的解決方案，提出了繼電保護裝置自動調試系統，并草擬出該系統實現的框架圖，詳細闡述了該系統實現過程，舉例說明了利用該裝置實現優化的調試過程，與傳統調試方式相比技術性能優良、可靠性高、適用性強、經濟性好，為繼電保護裝置的調試帶來了新的思路和方向，期待引發更多同行展開更加深入、細致的研究。

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