一種面向繼電保護裝置調試校驗的新型測試頭

李開云，王玉龍，王習瓊，張瑞，溫業盛，高志林，曾開智

（云南電網有限責任公司臨滄供電局，云南臨滄，677000）

0 引言

繼電保護設備動作的“四性”直接關系到電力系統整體運行性能，為此在繼電保護設備投運前必須進行一系列的測試工作以確保繼電保護滿足“四性”要求。實際測試過程中，需要做大量的拆接線工作，這些工作繁瑣而重要，額拆接線的正確性和可靠性直接影響到測試工作質量和效率。

為了提高繼電保護測試效率和質量，業內已開展了大量的研究和改進工作，其中文獻[1]設計一種繼電保護信息系統終端設備智能測試系統。利用無線方式將數據采集模塊所采集的終端設備數據傳輸至數據處理模塊;利用信號處理算法除掉原始數據中的干擾數據,使其符合監測預警模塊的要求;實現終端設備運行狀態量變化實時監測,并發出預警等級信息;智能測試模塊將高于監測預警指標的終端設備數據形成錄波數據,利用保護裝置結合錄波數據獲取保護運作行為結果,通過評價運作行為結果完成終端設備智能測試。文獻[2]中針對繼電保護測試線能夠用于日常電力維修,但整理的時間通常較久,而且整理效果也不是很令人滿意,通常檢修工人會在該方面花費更多的時間與精力,但是卻仍舊不能到達令人滿意的效果,甚至于出現一定的安全隱患的問題,研究并設置一種帶輔助裝置的繼電保護測試線以線盤工具,讓繼電保護測試線能夠更好地發揮作用,提升工作效率,同時也保障及檢修人員的生命安全。文獻[3]為提升繼電保護靜態模擬測試效率,解決靜態模擬測試時測試用例生成方法復雜、無法批量操作多裝置、測試儀接口能力不足以及對不同測試儀的統一控制等問題,在分析傳統測試系統的原理和缺點的基礎上,闡述了繼電保護并行測試的概念,分析了并行測試系統應具備的特點。從模板化測試用例生成方法、批量操作多裝置技術、并行測試系統接口能力提升和測試儀接口設計等幾個方面出發,提出了一種繼電保護靜態模擬并行測試系統的構建方法。[4]為了減輕測試人員的工作強度,同時優化作業流程,避免人為因素帶來的工作失誤,從繼電保護裝置人工測試和自動測試的對比著手,分析了繼電保護裝置自動測試的現狀和優勢。同時分析現階段繼電保護裝置對自動測試的需求特點,針對繼電保護裝置測試對自動化測試的需求特點,以此設計出全新的綜合自動測試程序系統并研發實踐,使繼電保護裝置的全面自動化測試成為可能。繼電保護裝置自動測試程序系統,以計算機電腦為硬件載體,分布式體系結構和模塊化設計為設計依據,利用Visual C++語言構造編程文本,通過IEC 61850通信標準技術將交換機、計算機電腦、繼保測試儀與繼保裝置連接通信,組成測試系統。

本文為減少繼電保護裝置測試過程中的拆接線工作量，提高接線可靠性，設計了一種繼電保護測試頭，該測試頭能快速、可靠的卡在現場端子中并提供了測試源信號線的插拔式接口，拆接方便且可靠。

1 繼電保護裝置測試

1.1 測試過程及問題

通常生產廠商按照要求將繼電保護設備組裝在屏柜中，設備主體固定于屏柜中，設備電壓、電流等信號線則是通過端子與外部連接，具體如圖1所示。測試時，先將測試源的信號線與端子連接，工程上為了保證端子接線可靠性，需要擰開端子口，將線壓入，然后擰緊，確定接線正確和可靠后，通過測試源加量，獲取并記錄測試結果，形成測試報告，結束后需拆線并恢復原有接線，拆線過程與接線相反。因此，拆接線工作比較繁瑣，其工作質量直接影響到測試效率和測試結果。

圖1 繼電保護測試連接圖

1.2 接線端子

通常接線端子分為電壓和電流兩類，電壓端子可以跟普通的端子通用，內部一般有一個熔斷器。電流端子因為測試的需要，會做成在不更改接線的情況下，通過打開端子上的連片而斷開端子兩側。電流端子比電壓端子額定電流大。使用時電壓端子不允許代替電流端子，原因是電壓端子的熔斷器在熔斷時，使CT開路，會造成過電壓，非常危險。圖2為電壓端子實物圖。實際使用時，電壓（電流）端子以端子排（如圖3所示）的形式固定于圖1的屏柜中。

圖2 電壓端子實物圖

圖3 電壓端子排實物圖

現有繼電保護裝置測試拆接線中還存在以下問題和風險：（1）保護裝置接點動作測試時，測試接頭與現有保護動作開出端子無法可靠匹配，測試時容易松脫，影響校驗時的效率及安全性；（2）保護動作開出端子存在很大一部分端子用短連片螺絲固定，測試頭插入無法固定，需將測試屏柜原有一部分接線拆除才可測試，存在二次作業拆接線風險；（3）現有大量老屏柜保護動作開出端子外部與屏柜距離小于測試頭長度，無法將測試頭放入測試位置，需要做臨時轉換頭，二次作業不可靠，存在較大作業風險。

2 面向繼電保護測試的新型測試頭設計

2.1 基本原理

本文所設計的面向繼電保護裝置的新型測試頭，其外觀如下圖4所示，主要包括卡座、插孔、彈簧、連接插針等四個部分，所示的卡座用于卡在待測端子上，而插孔用于插入（拔出）外部測試設備的測試線，彈簧用于適用不同端子的高度，連接插針與端子建立電氣連接，插孔中接入一根導線與所述彈簧連接，述彈簧下端與所述的連接插孔連接。

圖4 新型測試頭設計圖

2.2 設計詳情

圖5詳細描述了本文所設計的新型測試頭各個組件的連接情況。

實際使用時，將卡座卡在待測端子上，通過彈簧自動調整連接插針與待測端子連接，同時將外部測試設備的接線頭插入插孔中，從而得到測試設備與測試端子快速連接的目的。

卡座呈現T形形態，T的橫部分可以卡住端子，縱向部分可以與電壓端子和外端測試設備的連接線連接。圖6詳細標注了各個部件。

圖6 新型測試頭詳細說明

以電壓端子為例，新型測試頭主體是絕緣的T型卡槽，T形卡槽上端部分內部長度32mm、上端部分外部長度≧32mm，中端部分內部長度45mm，中端部分外部長度≧49mm，下端部分內部長度36mm，下端部分外部長度≧36mm，T形卡槽內外層厚度≧3mm、寬度為5mm±1，T形卡槽上端測試孔中心開孔直徑4mm2±0.1,下端中心開孔直徑4mm2±0.1、深度20mm±1，圓孔中可插嵌入4mm2的試驗接頭，孔內可放入測試線連接接頭彈簧，自身是圓型，測試頭為錐形，圓形金屬部分口徑為2.5mm2±0.1，中間材質具有一定伸縮性，使得其可調長度介于14mm至15mm，圖7為其剖面圖。

圖7 新型測試頭剖面圖

需要重點強調的是彈簧和連接插針是保證測試信號穩定、可靠輸入到保護裝置的最為關鍵部位，其關鍵部位必須絕緣封裝，只將部分連接插針裸露出來，且不適用時可以用對應的絕緣帽封住。圖8是彈簧和連接插針部分實物圖。

圖8 插針與彈簧實物圖

2.3 功能特點

本文所設計的新型測試頭優點在于：（1）適應性強，通過加入彈簧部件可適應多種高度的電壓端子。（2）快速、可靠拆接線 通過本實用新型設計的一種繼電保護裝置調試校驗保護動作時間采集新型測試頭可大大縮短接線時間，且安全可靠。

本文所設計的新型測試頭功能特點為：

(1)測試頭能夠適應各種保護動作開出端子。

(2)解決現有端子用短連片螺絲固定，測試頭插入無法固定的問題，即使存在螺絲連接，也能可靠測試。

(3)解決了老屏柜保護動作開出端子外部與屏柜距離小于測試頭長度，無法將測試頭放入測試位置的問題，能夠適應現有存量各種老屏柜的繼電保護測試需求。

(4)提升工作效率，在較大量的測試時，能夠快速的拔插接線。

(5)能夠保證繼電保護裝置調試校驗保護動作時間采集時測試線不會松脫，以致影響其他保護非正常動作。

(6)能夠從源頭避免二次拆接線，從源頭上控制二次作業風險。