一种变电站的智能继电器校验方法及其装置

新疆送变电有限公司 熊 坤 杨超然 逯兆伟 王学乾 何 洋

继电器作为极重要的电控器件，是核电站、火电站、水电站及其他变电站电气控制回路中最核心的部件，它接收外部信号，通过继电器动作/释放改变继电器输出点的状态，从而接通/断开对应的控制回路，实现控制及工艺上的需求。由于继电器在使用中受到灰尘、潮气、腐蚀、气体的侵入和机械力的作用等影响，会引起装置零件锈蚀、磨损、紧固件连接松动以及定值和电气特性的变化等，会影响继电器工作的可靠性，而在实际运行过程中，继电器最常见的故障有线圈短路、继电器触点粘连、继电器触点无法吸合、达到动作电压值不动作、达到复归电压值不复归等，表现为继电器拒动或误动，致使配电负荷无法远方启动或停止，造成工艺上的逻辑无法实现，造成电力事故发生，故应定期对继电器进行检验，及时发现并消除各种潜在的隐患，确保继电器正常工作。

目前电站的机组连锁保护装置和现场控制回路都用各种类型的继电器来实现回路的控制和保护，规格品种不一，数量也很庞大[1]。而这些继电器平时不检查，在年修中也没有办法去检测和判断它的性能，只有在对装置保护回路调试时才简单的判断继电器是否动作，而现场控制回路更是没有方法去检测。继电保护装置的故障以在线运行时继电器不动作、时间继电器动作时间不正确和接触电阻增大引起回路动作不正常最为多见。如继电器在现场控制回路中不动作，会导致泵、风机和马达不能正常启停，在连锁保护装置中一旦发生故障将直接导致停机或降负荷，所以对生产和安全运行影响最大。如由于一个小的疏忽导致停机，将使用户单位经济效益遭受巨大损失，而电站用在各个地方的大大小小的继电器，犹如一颗颗定时炸弹，用的时间越长，发生故障的概率越大。

1 一种变电站智能继电器校验装置的简述

我公司当下对基建及检修工作任务的增多，变电站内需校验的继电器数量日趋增加，同时类型样式各不相同，如功率继电器、电流继电器及时间继电器等，目前常用方式为继电保护测试仪配合万用表，采用手动调节电压、电流方式，通过万用表测试记录继电器动作时电压、电流或电阻计算出功率等数据，通过规范判定出继电器是否满足要求[2]。此种方式测试过程全凭测试人员主观控制，对于部分电子式功率继电器，由于无法测试到具体电阻，需配置专人串接万用表测试继电器动作时的电流，增加了测试时触电风险，往往需2～3人配合才能完成试验，且捕捉继电器动作瞬时电流难度较大，需反复测试确定，导致测试精度低，同时由于常规继保仪质量较重，来回使用不便导致测试效率不高。

针对上述现有技术存在的问题，研制出一种自动快速校验继电器装置，此装置应满足变电站内电流继电器、电压继电器、功率继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器、电子式继电器、整组继电器；该仪器内部的交直流电压、电流源采用了最新的电源技术，使仪器在电路设计、器件选型、面板布局、内部结构设计上达到国内先进水平。该设备精度高、操作便捷，体积小，质量轻便且便于运输携带，可节约人力及时间成本，为后期各现场设备校验提供可靠支撑，保证检验安全的前提下大大提高质量及效率，装置一旦投入使用，可与电业局合作用于各检修现场。

2 一种变电站智能继电器校验装置的技术指标及技术原理

此装置具有交流电压、直流电压、交流电流、直流电流输出功能。具有交流电压、直流电压、交流电流、直流电流反馈采样。具备自动输出模拟量功能，将继电器动作接点接入装置开关量开入，用以触发升压开关停止，动作时记录瞬时电流、电压值及动作时间，自动计算出动作功率。近而实现继电器的动作功率、动作时间等不同类型继电器校验。满足变电站内电流继电器、电压继电器、功率继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器、电子式继电器、量度继电器、重合闸继电器、差动继电器、整组继电器。

交流电压输出：0～250V 连续可调，最大3A 电流；直流电压输出：0～260V 连续可调，最大3A 电流；直流电流输出：0～5A 时开路电压最大15V；动作电流时间：精确到1ms，AC 最大量程（100A）；动作判断时间：量程0～10s，精确到0.1ms；直流电阻测量：0～10KΩ，精度1mΩ；电压电流精度：0.5级。装置自带打印功能，打印试验日期、试验参数、试验结果。装置自带测试分析功能，可判断每路测试结果并出具分析报告。装置可设置测试要求数据，测试过程完全根据设置标准执行。完善的过压、过流保护，任意设定输出电压、电流上限和扫描时间。

继电器校验装置从原理上分为软件管理、核心控制、模拟量输出、模拟量采集、数字量采集五大部分：软件管理负责各类继电器界面操控、任务管理、历史数据库、测试判断标准库、自动报告生成等；核心控制：该装置采用西门子PLC 控制器。主要负责控制信号的切换、信号采集、模拟量采集和模拟量输出。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。西门子公司生产的S 系列PLC 平均无故障时间高达30万小时。从PLC 的机外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

模拟量输出：输出0～250V 交流电压信号、输出0～260V 直流电压信号、输出0～5A 交流电压信号、输出0～5A 直流电压信号；模拟量采集：采集0～250V 交流电压信号、采集0～260V 直流电压信号、采集0～5A 交流电压信号、采集0～5A 直流电压信号、顺时电流采集0～100A；数字量采集：一组常开采集、一组常闭采集来进行动作时间的采集判断。

继电器校验装置器件组成：AC0-250V调压器、电流变压器AC0-5A、低纹波直流整流滤波模块DC0-260V、RS485程控直流电流模块DC0-5A、高精度快响应AC/DC 100A 互感器、两路开关量采集模块、主模块切换电路、MCGS7060Hn 7寸触摸屏一块、SIMATIC S7-224XPCN、声光指示器一个、主回路保险两只。

3 变电站内相关继电器标准与规范及继电器校验装置的社会效益

关于继电器动作值的规范：电压型继电器的动作电压为50～70%额定电压值；电流继电器的动作电流为不大于80%额定电流值；关于继电器保持值的规范：具有电压保持绕组的继电器，保持电压不大于70%额定保持值。具有电流保持绕组的继电器，保持电流不大于80%额定保持值；关于继电器返回值的规范：继电器的返回值不小于5%的额定值或根据特殊需要由企业产品标准规定；关于继电器动作时间的规范：工作绕组的输入励磁量为额定值时，继电器的动作时间由企业产品标准规定，一般应为不大于15ms[3]。时间继电器的动作值为30～70%额定电压，返回值不小于3%额定电压，保持电流不大于80%额定电流。

继电器接点动作时的相关数据采集记录并计算得出相关试验数据[4]。继电器从工作电压到动作时整段时间的精确测量记录。动作时反馈的接点可实现精确控制设备相关模拟量输出。新装置的成功研制可以有效降低现场安全风险，避免了人员测试操作过程中触电风险。大大提高测试精度和效率，实现继电器快速精准校验。装置与传统方式相比，大大减少人员投入，单人即可完成此项测试工作。该校验装置还具备较强的检错能力，使产品检验得到大幅提高，特别是失效继电器这样的致命性缺陷得到有效的控制，其间接经济效益使无法估量的。