微機繼電保護試驗電壓獲取技巧及其分析

胡敏

摘要：由于受測試儀器和保護原理等因素的制約，在實際應用中，微機繼電保護進行測試時，往往會出現無法得到要求的測試電壓。因此，本文提出了兩種實現微型計算機繼電器所需要的測試電壓的方法。通過對該方案的原理及理論計算，結合實際的繼電器保護進行了實驗，結果表明該方案是行之有效的。

關鍵詞：測試儀器;保護原理;微機繼電保護;測試電壓

1.裝置概述

微機繼電保護裝置以單片機為工作中心，由輸入、輸出、通訊、人機接口等組成。與常規技術相比，該技術具有如下優勢：提高了繼電保護的性能和可靠性;簡化了二次電路的編程軟連接方式;充分利用 CPU資源，實現關聯的管理、測量、通訊、故障追憶等功能;強大的自檢能力，省去大量預防性繼電保護試驗;強大的擴展能力。它可以更好的滿足變電所對繼電保護裝置的靈敏度、選擇性、可靠性和快速性的要求。

2.試驗電壓的V形接線法

2.1V形接線法的主要用途

在實際應用中，一般的繼保裝置一般只能提供4路AC電壓，但在一些設備的測試中，必須采用5、6路的交流電壓，例如自投裝置、雙母線保護等。若采取改變線路、強行斷開設備的電壓空開等方法，則會造成工作效率低、設備整定值不能嚴格校核，試驗數據不完整等問題。V型接線法是根據20kV及以下小型接地系統中的兩個單相電壓互感器的V-V連接而成，采用該方法可以通過兩個輸入端的電壓來獲取三相測試電壓。V型接線方法是將測試器的兩個輸出電壓與設備三相電壓輸入的A、C相連接，而設備電壓輸入的B相連接到測試器的輸出電壓的公用端子Un。例如，作為測試器Ua和Ub兩個輸出電壓和設備電壓輸入回路的V型接線，設備的電壓輸入回路N端不能接地，也就是說，在現場需要臨時拆卸N600線路。

2.2V形接線法的分析與驗證

設備三相電壓轉換器一次側繞組的電參數是對稱的，從電路原理上得出的三相電壓應該是。

UaM=（2Ua+Ub）/3（1）

UbM=（Ua+2Ub）/3（2）

UcM=（Ua+2Ub）/3（3）

等式當中，Ua、Ub分別是測試儀a和b的兩路輸出電壓的矢量;UaM、UbM、UcM分別是裝置輸入電壓A、B、C三項電壓矢量。如果測試器的兩個輸出電壓相等，并且連接到設備A相的電壓和C相的電壓的相位差是φ。從理論上講，該器件獲得的三相電壓是：

UaM=（2-ejφ）Ua/3

UbM=（1+ejφ）Ua/3

UcM=（2ejφ-1）Ua/3

如果將φ=-60°，那么上述公式變為

在將測試儀表和測試設備自身的誤差加以考慮之后，可以發現，采用這種接線方式可以使所述測試器的兩個輸出電壓分別獲得所述設備的三相電壓輸入;為了得到所述三相對稱的正序電壓，所述測試器的兩個輸出端的電壓幅值必須是相同的，接至裝置C相的電壓相位應超前于接至裝置A相的電壓60°，反之將會得到一個三相對稱的負序電壓。

3.獲取負序電壓的簡易算法

3.1負序電壓簡易算法的主要用途

發電機、變壓器的過流保護和母線差動保護，一般都是以低壓、負電壓為主的復壓元件作為鎖止元件。低壓單元和負單元的定值可以為線性或相位，不同類型的保護設備會有差異。因為低壓單元具有更高的定值，所以，通常將標稱線電壓或相位電壓整定為（0.5-0.7），而負序電壓單元的定值非常低，一般只有（0.06～0.08）的標稱線電壓或相位電壓，所以在負序電壓單元進行定值檢查時，無論是采用三相負序電壓的方式，還是采用單相或雙相電壓的方式來獲得負序電壓，都會造成低壓部件的“搶動”，從而導致檢測工作的失敗。如果臨時降低低壓單元的定值，不僅會降低工作效率，而且還會帶來危險，因為一旦檢查完成，很有可能由于疏忽而無法恢復到原來的數值，從而導致三相短路時，保護拒絕動作，從而造成嚴重的后果。同時，現有的一些新型保護器在出廠時就已經定型，不能改變，因此不能臨時調整電壓定值。因此，在設備的三相電壓環上，應該將電壓同時加到三相電壓環上，通過簡單的負序電壓算法來確定各個相位的電壓，以確保負序電壓單元的定值檢查工作能夠順利進行，并且可以避免低壓部件的工作。

3.2負序電壓簡易算法的分析與驗證

在使用負序電壓簡化算法時，三相測試電壓的相位關系是按照一定的順序排列的，但是它們的尺寸是不均勻的，當兩相的電壓相等并且數值很高時，設為Un，另一相電壓數值較小，設為UL。例如，若取Ua=ULej0°，則相應地，取Ub=UNej240°，Uc=Unej120°。根據對稱分量法的計算理論，此時負序相電壓應為：

U2=（Ua+α2Ub+αUc）/3=（Un-UL）ej180°/3

式中：α為旋轉因子，α=ej120°，α2=ej240°;Un>UL，而且Un、UL的取值要確保各線路或相位的數值都大于低壓單元的設定值，而不會引起低壓單元的工作。可見，加入裝置的負序相電壓大小為：

U2=（Un-UL）/3

Un和UL按照上述公式計算，并使用南瑞繼保PCS-915NA裝置和博電PW31E繼保測試儀進行驗證，已知負序相位電壓及器件取樣的結果，則可先確定Un，再按下式確定UL：

UL=Un-3U2

在對負序電壓進行檢測時，知道了負序電壓的定值，從而可以用變化的 UL得到不同的負序電壓，從而檢測出負序電壓單元的實際工作或給定的誤差是否在容許的范圍之內。例如，如果負序電壓單元的定值是1.05和0.95，則上述公式就相應地變成：

UL=Un-3mU2.set/k

上式中：m=1.05或0.95;U2.set為負序電壓元件的定值;k為定值系數，若保護裝置的負序電壓元件定值為線電壓，則取k=3;若是相電壓，則取k=1。

結束語

從微機型繼電保護與自動設備模擬量采集系統的工作原理出發，對這兩種技術進行了分析、計算和檢驗，并得出了與其它設備相同的結論。利用當前常用的繼保裝置獲取所需要的實驗電壓，可以有效地提高測試工作的效率，從而達到了很好的效果。

參考文獻

[1]潘光貴. 微機繼電保護試驗電壓獲取技巧及其分析[J]. 紅水河， 2020， 39（4）：3.