牽引變電站繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)的研究

周啟斌

（南寧鐵路局工務(wù)處，1.高級(jí)工程師；2.工程師，廣西 南寧 530029)

在鐵路供電系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置是被保護(hù)的供電單元的控制中樞，它接收互感器及其他傳感裝置發(fā)送過來的信息，判斷該供電單元是否正常運(yùn)行，當(dāng)有故障時(shí)，能根據(jù)定值及故障判斷邏輯快速準(zhǔn)確地判斷并快速切斷故障區(qū)段，避免供電系統(tǒng)受到更大的損害，并傳輸相關(guān)信息給調(diào)度中心，因此它具備控制、保護(hù)、信息采集與發(fā)送等主要功能。而繼電保護(hù)裝置的調(diào)試就是主要針對(duì)這幾個(gè)功能進(jìn)行全方位的調(diào)試，確保供電系統(tǒng)投運(yùn)后繼電保護(hù)裝置能夠按照要求穩(wěn)定運(yùn)行。

1 繼電保護(hù)裝置調(diào)試現(xiàn)狀

供電系統(tǒng)的保護(hù)最早采用熔斷器的方式，繼電器開始廣泛應(yīng)用后，繼電保護(hù)裝置開始快速發(fā)展，經(jīng)歷了由電磁式保護(hù)裝置（電磁式繼電器）到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置的4個(gè)階段。當(dāng)前，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)正向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向快速發(fā)展。

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置調(diào)試一直采用人工觸發(fā)、逐一核對(duì)各項(xiàng)功能是否正常的思路和方法，效率不高，需要改進(jìn)和完善。然而，不管繼電保護(hù)裝置如何發(fā)展，幾乎所有的繼電保護(hù)裝置調(diào)試包括的內(nèi)容，都與繼電保護(hù)裝置調(diào)試現(xiàn)狀一樣，主要有以下幾個(gè)步驟：

1.1 信息采集功能調(diào)試負(fù)責(zé)此功能調(diào)試的試驗(yàn)員通過繼電保護(hù)測試儀向繼電保護(hù)裝置模擬發(fā)送電流、電壓信號(hào)，查看測量量采集、保護(hù)量采集是否正確；模擬觸發(fā)開入點(diǎn)信號(hào)，查看開入信號(hào)采集是否正確。

1.2 控制功能調(diào)試負(fù)責(zé)此功能調(diào)試的試驗(yàn)員通過操作控制（就地、遠(yuǎn)方）分、合，相對(duì)應(yīng)的開關(guān)設(shè)備動(dòng)作是否正確。

1.3 保護(hù)功能調(diào)試負(fù)責(zé)此功能調(diào)試的試驗(yàn)員根據(jù)保護(hù)動(dòng)作所需條件，模擬滿足所有條件，測試保護(hù)功能是否正確動(dòng)作；其中任一條件不滿足的情況下，測試保護(hù)功能是否不動(dòng)作（特別注意：定值參數(shù)中的動(dòng)作限值與時(shí)間限值是兩個(gè)條件）。

1.4 信息發(fā)送功能測試相關(guān)試驗(yàn)員負(fù)責(zé)測試并確認(rèn)繼電保護(hù)裝置所采集的信息、保護(hù)動(dòng)作信息、故障錄波信息等能否正確傳輸至調(diào)度中心。

2 繼電保護(hù)裝置調(diào)試面臨的問題

通過上面的現(xiàn)狀分析，我們可以看到在整個(gè)繼電保護(hù)裝置的現(xiàn)場調(diào)試過程中，主要是以人工為主，且基本上是大量相似的重復(fù)性工作，又因測試工作對(duì)供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行影響重大，為保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須認(rèn)真細(xì)致全面地做好每一內(nèi)容每一環(huán)節(jié)的測試工作，如在繼電保護(hù)裝置調(diào)試時(shí)需要逐一對(duì)其功能進(jìn)行準(zhǔn)確測試，因此繼電保護(hù)裝置的調(diào)試在整個(gè)供電系統(tǒng)的調(diào)試過程中占用時(shí)間最長。

綜上可見，傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置調(diào)試存在的主要問題就是效率不高且工作強(qiáng)度過大。

3 繼電保護(hù)裝置調(diào)試的新思路

計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，為利用新技術(shù)解決傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置調(diào)試存在問題提供了可能。針對(duì)供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置調(diào)試的特征，本文提出改進(jìn)調(diào)試方法的思路與實(shí)現(xiàn)形式，即研發(fā)使用繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，圖1 為繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架圖。

圖1 繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架圖（虛框內(nèi)為系統(tǒng)構(gòu)成）

繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)具體運(yùn)行原理簡述如下：

1）信息收發(fā)中轉(zhuǎn)裝置接入后臺(tái)管理機(jī)，通過后臺(tái)管理機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)從繼電保護(hù)裝置上傳上來的信息，再通過無線網(wǎng)（或3G/4G方式）轉(zhuǎn)發(fā)給繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置和信息接收與控制終端?？赏ㄟ^篩選相關(guān)需要的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。信息收發(fā)中轉(zhuǎn)裝置還可根據(jù)后臺(tái)管理軟件的數(shù)據(jù)庫自建一套信息獲取系統(tǒng)，通過接入交換機(jī)直接獲取有用的信息。

同時(shí)該裝置還能接收繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置和信息接收與控制終端發(fā)送的控制命令信息轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)管理機(jī)或繼電保護(hù)裝置執(zhí)行。

2）繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置具備計(jì)算機(jī)編程控制的繼電保護(hù)測試儀、同時(shí)還能通過無線網(wǎng)（或3G/4G方式）與信息收發(fā)中轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)調(diào)試過程中對(duì)繼電保護(hù)裝置的控制及相應(yīng)信息的讀取及分析。

具體實(shí)現(xiàn)過程：提前對(duì)繼電保護(hù)裝置的功能調(diào)試進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程配置（固有的模塊化程序，只需針對(duì)不同類型、線路及保護(hù)功能進(jìn)行細(xì)微的靈活配置）；調(diào)試前將繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)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(hù)裝置的相應(yīng)試驗(yàn)端子上；調(diào)試時(shí)只需按下啟動(dòng)調(diào)試按鈕，繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置將按照模塊化的程序設(shè)定自動(dòng)執(zhí)行功能調(diào)試。如：調(diào)試A 相過流保護(hù)功能，繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置模擬輸出超過電流定值的電流模擬量，但時(shí)間未達(dá)到定值要求，此時(shí)裝置通過信息收發(fā)中轉(zhuǎn)裝置只能接收到保護(hù)啟動(dòng)信息，如時(shí)間未達(dá)到動(dòng)作出口要求，相應(yīng)斷路器不會(huì)分閘，即沒有保護(hù)動(dòng)作信息，此時(shí)裝置判斷該項(xiàng)程序執(zhí)行正確，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)下一程序執(zhí)行。即電流值未達(dá)到定值要求，但時(shí)間超過定值要求，此時(shí)繼電保護(hù)裝不會(huì)有反應(yīng)，繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置不會(huì)接收到相關(guān)信息，此時(shí)裝置判斷該項(xiàng)程序執(zhí)行正確，再次自動(dòng)跳轉(zhuǎn)下一程序執(zhí)行。此時(shí)電流值、時(shí)間均滿足定值要求，保護(hù)應(yīng)該可靠動(dòng)作，繼電保護(hù)自動(dòng)調(diào)試裝置接收到相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作信息，并與輸出信息進(jìn)行對(duì)比分析，確認(rèn)相關(guān)信息正確，判斷該項(xiàng)程序執(zhí)行正確，并通過與信息收發(fā)中轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行通信發(fā)出控制合閘命令控制斷路器進(jìn)行合閘后，再次自動(dòng)跳轉(zhuǎn)下一程序執(zhí)行，B 相過流保護(hù)功能、C 相過流保護(hù)功能、A 相距離保護(hù)功能……。

同時(shí)還可利用邏輯輸入端接入到繼電保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作輸出接點(diǎn)，測量保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與定值及后臺(tái)信息及進(jìn)行比對(duì)，多重確認(rèn)信息的準(zhǔn)確性以及自動(dòng)調(diào)試程序執(zhí)行的準(zhǔn)確性；還可利用控制輸出端接入到繼電保護(hù)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(hù)裝置控制斷路器的分合閘的輸出端在自動(dòng)調(diào)試的過程中根據(jù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)控制斷路器的分合閘操作。

在自動(dòng)調(diào)試的過程中無需人工干預(yù)，全自動(dòng)調(diào)試，并自動(dòng)標(biāo)記調(diào)試過程中有問題的功能，便于后續(xù)進(jìn)行人工處理。

3）信息接收及控制終端主要用于繼電保護(hù)裝置信息采集功能的調(diào)試，當(dāng)離開后臺(tái)管理機(jī)及繼電保護(hù)裝置（室內(nèi)）在設(shè)備本體處（室外）進(jìn)行模擬信號(hào)觸發(fā)時(shí)，可在信息接收及控制終端及時(shí)核對(duì)所觸發(fā)信號(hào)是否正確發(fā)出且同時(shí)上傳到后臺(tái)管理機(jī)，并可對(duì)有問題信息進(jìn)行標(biāo)記、統(tǒng)計(jì)，便于隨后進(jìn)行問題處理。避免了繼電保護(hù)裝置信息采集功能的傳統(tǒng)調(diào)試過程（見圖2）需要在室內(nèi)留守一人用對(duì)講機(jī)及其他方式傳遞信息以確認(rèn)信號(hào)采集功能的正確性，減少了人員的浪費(fèi)，保證了信息傳遞的可靠性，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間。且還可用該裝置控制相應(yīng)設(shè)備，只用一人即快速可完成繼電保護(hù)裝置的傳動(dòng)控制試驗(yàn)，并有效的確認(rèn)控制功能的正確性。

圖2 繼電保護(hù)裝置信息采集功能的傳統(tǒng)調(diào)試過程

（新模式下，只需現(xiàn)場調(diào)試人員手持信息接收及控制終端即可快速完成調(diào)試）

4 繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)的優(yōu)勢

本文提出的繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)與傳統(tǒng)的調(diào)試手段相比優(yōu)勢明顯，主要體現(xiàn)在：

1）經(jīng)濟(jì)性。繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)針對(duì)同一類型、同一線路的數(shù)據(jù)庫、自動(dòng)調(diào)試程序只需提前進(jìn)行一次有效的人工配置，到現(xiàn)場即可開展自動(dòng)調(diào)試，有效的優(yōu)化了繼電保護(hù)裝置的調(diào)試過程，不再有傳統(tǒng)的調(diào)試手段過程中的大量重復(fù)性的單一類型調(diào)試過程，因此節(jié)約了大量的現(xiàn)場人工調(diào)試時(shí)間，減少了人力資源的浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性好。

2）可靠性。傳統(tǒng)的調(diào)試手段由于大量重復(fù)性的單一類型調(diào)試試驗(yàn)，試驗(yàn)人員精神處于高度集中、大腦快速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不可避免會(huì)在調(diào)試過程中出現(xiàn)紕漏的現(xiàn)象，且核對(duì)信息是否正確靠人工對(duì)講以及呼喚應(yīng)答的方式進(jìn)行確認(rèn)，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)全計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)試、分析有效的避免了人為錯(cuò)誤因素，可靠性高。

3）適用性。繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)能夠針對(duì)自動(dòng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記、統(tǒng)計(jì)，便于后續(xù)問題處理；模塊化程序編輯，靈活配置參數(shù)，方便現(xiàn)場使用，能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的情況，適用性強(qiáng)。

5 結(jié)束語

本文首先闡述了繼電保護(hù)裝置的發(fā)展歷程以及調(diào)試的內(nèi)容、并針對(duì)調(diào)試的現(xiàn)狀闡述了目前所面臨的問題，針對(duì)問題提出了新的解決方案，提出了繼電保護(hù)裝置自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，并草擬出該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的框架圖，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程，舉例說明了利用該裝置實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的調(diào)試過程，與傳統(tǒng)調(diào)試方式相比技術(shù)性能優(yōu)良、可靠性高、適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好，為繼電保護(hù)裝置的調(diào)試帶來了新的思路和方向，期待引發(fā)更多同行展開更加深入、細(xì)致的研究。

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