备自投测试平台的测试和研制

摘要：利用二极管、三极管及继电器原理，设计了一套能采集开关分合闸信号并驱动内部继电器改变相应常开常闭接点的平台，验证了备自投的逻辑。该平台充分考虑了时间测试，满足分合闸时间计时功能，有扩展的跳闸开入测试输入，满足现状备自投动作后联切负荷的功能，也方便做其他保护定检时测试出口压板用，实现一平台多运用的功能。

关键词：备自投；测试；计时；联切负荷测试

中图分类号：TM762文献标识码：A文章编号：16749944（2016）02016202

1引言

现代电网中，备自投的运用大大提高了电网供电可靠性。它使因故障失去主供电源的母线快速恢复供电，在传统的110 kV变电站中，备自投的形式主要有进线备投方式（图1）和母联备投方式（图2）。其中，110 kV侧常用进线备自投方式，10 kV侧常用母联备投方式。为了保障备自投能正确动作，按照规范要求，需3年进行一次部检，6年进行一次全检。然而，由于大部分变电站不可能进行全站停电，因此，备自投的定检工作常常需要单机进行。这时必须人为地为备自投提供进线开关和母联开关的分位、合位及合后位置，同时也要测量相应的跳闸出口压板和合闸出口压板是否有相应的高电平开出[1]。

2传统的的做法。

在以往备自投的单机定检工作时，试验人员要准备多个空气开关通过人为地分合给相应的开关提供分位，合位和合后位置。由于备自投动作过程相应的开关位置会改变，试验人员在试验过程中必须在准确的时间点操作相应的开关，提供正确的线路分合闸位置，同时有一人用万用表直流电压档在屏前相应开关的跳合闸出口压板测量电压。另有一个操作人操作昂立试验仪改变备自投采集的电流电压量，这个过程，需要三个人准确配合才能完成。这在实际操作中常常会出现配合问题导致试验不成功的情况。而且，备自投定检工作本身工作量并不大，但却因为配合问题占用了多个工作人员，浪费了人力资源[2]。

3备自投试验平台的开发思路

为了提高备自投定检的成功率，提高工作效率，减少工作人员，考虑通过设计一个平台，该平台有四进线一母联的主接线图，关键技术点是：能自动采集备自投发出的跳合闸命令，并在收到命令后驱动相应的开关转换位置，并返回相应的常开或常闭接点给备自投，满足备自投的逻辑判断，同时，应能测试跳闸时间和合闸时间，具体做法如下。

由昂立实验仪给备自投装置加电压量，当昂立试验仪停止加电压量的同时，由昂立试验仪提供一对无源节点。该对节点闭合导通接到备自投试验平台，作为备自投试验平台的采集的第一对输入量。

备自投试验平台采集到无源节点的变位后，平台面板启动灯亮，与此同时启动跳闸计时器。

备自投装置判断母线失压，经延时后，闭合跳闸节点，跳闸出口压板会有直流正电压，电压幅值大小通常会在110 V或者55 V。备自投试验装置采集到这个直流电压量作为第二个输入量。

备自投试验平台采集到跳闸直流电压后，触发启动第二个显示灯亮。同时，暂停计时器计时，并显示时间。同时触发合闸计时器开始计时。

备自投测试平台采集到跳闸直流电压后驱动相应的开关由合位转为分位，同时相应的常开、常闭辅助接点变位，用于提供给备自投装置跳位。

备自投装置接到跳位信号后，开始启动合闸运算，如果现场条件满足，则经过第二个时间延时。会闭合合闸节点，合闸出口压板会有直流正电压，电压幅值大小通常会在110 V或者55 V。备自投试验装置采集到这个直流电压量作为第三个输入量（第二个直流电压输入量）。

备自投试验平台采集的到合闸直流电压后，触发启动第三个显示灯亮。同时，暂停第二个计时器计时，时间显示装置显示从触发第二个计时器开始到暂停第二个计时器的时长。

备自投测试平台采集到合闸直流电压后驱动相应的开关由分位转为合位，同时相应的常开、常闭辅助接点变位，用于提供给备自投装置合位

备自投试验平台面板上配置各开关的手动置位按钮。同时，配置计时器及其显示装置；备自投启动、主供跳闸和备供跳闸以及联切负荷的显示灯的复归按钮。

扩展功能：①新增加十对电压采集的插孔，即其要求与跳闸（合闸）电压采集单元的插孔要求一样，即通过插孔跟外接线检测到跳闸出口的压板，通过判断跳闸出口的直流电压值超过30 V。则相应的指示灯变亮，并记录跳闸时间，时间以测试平台启动接点闭合为基准点。用于测试联切负荷跳闸出口及时间或作其他保护定检时测量出口压板；②增加KKJ按钮及配套的输出插孔。每一个一次开关对应一个KKJ按钮，并配备一个输出插孔。

4仪器构成及原理

根据上述分析，开始研制备自投测试平台，实现输入/输出接口测控等功能。根据功能特点，机内设计采用模块化结构，采取措施提高抗干扰能力和具有高可靠性。整机主要有输入、输出接口、人机对话模块、开关电源等模块组成。仪器构成框图如图3所示。

4.1开入量测量

图4中，THJ_COM（为接地开入公共端），IN_TWJ1（为联切开入端口）等，接空接点、带电接点等。

当有闭合或带电位信号输入时，电流经过PTC热敏电阻R16（此电阻起到限流作用，也有温度升高电阻值也随着变大，当电流达到限值断开，断电后恢复）电流要大于2 mA，到U5（光耦，起到隔离作用）导通，GPIO_IN_TWJ1信号由高电平变为低电平（R11电阻为上位电阻，提供一个小电流的一个电压信号），GPIO_IN_TWJ1信号输入CPU，当CPU检测到GPIO_IN_TWJ1为低电平时，则认为有信号输入。相反没有闭合或带电位信号输入时，U5（光耦，起到隔离作用）截止，GPIO_IN_TWJ1信号为高电平[3]。

4.2开出量输出

以图5说明：当CPU对GPIO_T_OUT_KKJ1（为CPU给出的联切开出信号）输出低电平时。U20（光耦，起到隔离作用）导通，R40（电阻，限流作用），此时R45（电阻，偏置电压作用，提供给Q2三极管）Q2基极有大于0.7V电压（三极管，起高驱动能力的作用）导通，LED_T_OUT_KKJ1（联切开出动作时LED灯工作指示）由高电平变为低电平（点这开出LED灯），同时K1（继电器工作）由常开变为常闭，OUT_COM1（开出公共端，黑端子）与OUT_KKJ1（为联切开出端子，红端子）导通，D8（二极管，续流作用，防止关闭继电器电流回流）。相反当CPU对GPIO_T_OUT_KKJ1（为CPU给出的联切开出信号）输出高电平时，U20（光耦）截止，Q2（三极管不工作，相应继电器K1不工作）[4]。

5测试平台的主要特点及外观

（1）仪器外接可兼容空接点、带电接点、电子开关、负载电位跃变等时可以检测接点开、闭情况。并对每一组输入开入量变化都有对应的毫秒计计时。

（2）采用4.3寸TFT（480×272）人机界面触摸屏，可以直接操作屏上对应的跳合闸开关量控制输出，直观、快捷、方便的人机界面。

（3）仪器采用外部220VAC供电和内部电池供电，方便仪器在任务有电的地方都可以使用。

（4）单机箱设计，重量仅5.3 kg，方便单人携带。整机结构坚实耐用，专门制作的高强度铝合金硬质包装箱，运输方便可靠[5]（图6）。

6结语

本备自投测试平台的研制，立足于工作实际，研制了可模拟多进线备投及桥备投方式的测试平台。灵活的方式转换、直观的界面显示，极大地方便了现场的调试人员，简化了调试程序，精简了调试所需人员，减少调试时间，使继电保护人员完成备自投试验工作轻松便捷、快速准确。同时，也扩展了联切开入的功能，对进行其他保护测试时出口压板动作情况及时间也能进行测试，起到了一物多用的效果。参考文献：

[1]李琼宝.10 kV母线备自投功能浅析[J].科技资讯，2011（18）.

[2] 许琛雍，刘瑞华.备自投装置校验及回路检查的简便方法[J].电工技术，2013（11）.

[3]刘华毅，何霖.浅析备用电源自投装置应用中应注意的特殊问题[J].科技风，2009（19）.

[4]李明，朱胜，涂刚.变电站备自投装置动作分析――以某110 kV变电站为例[J].河南科技，2011（24）.

[5]王庆伟.数字化牵引变电所备自投IED软件设计[D].成都：西南交通大学，2011.2016年1月Journal of Green Science and Technology第2期