一种变电站继电器特性试验方法及装置的创新研究

摘要：继电器在变电站中被广泛应用在跳合闸回路、电压回路等，继电器能否可靠、正确动作直接影响二次系统的安全。传统的作业方法效率低、精度不足，目前缺少一种继电器特性试验装置，故本文提出一种变电站继电器特性试验方法，并研制一种装置以实现更便捷、自动化完成高精度的继电器特性试验，把好继电器入网安全关。

关键词：继电器特性、二次系统、跳合闸回路

一、研究背景与需求分析

在电力系统中，继电器是继电保护装置的核心执行元件，其动作特性直接决定跳闸/合闸回路的可靠性。在继电保护二次回路中，保护装置对开关跳合闸的功能是通过控制继电器动作、复归来实现的，故继电器能否正确动作直接影响保护出口的可靠性。继电器主要分为电压启动型与电流启动型，对于电压启动型继电器，过低的动作电压对外部干扰不能起到应有的抑制作用；过高的动作电压可能降低灵敏度。对于电流启动型继电器，如动作电流整定过大，则可能继电器拒动。由于不同变电站的直流系统电压（分为220V和110V）与跳闸、合闸线圈内阻均不同，故不同类型的继电器在投入二次回路中使用前需要测试动作电压、动作电流，依此作为评判该继电器能否适配该二次回路如动作电压的标准，此项称为继电器特性检查。根据《继电保护专业反措及验收指引》，电压型继电器的启动电压需控制在额定值的55%-70%，电流型继电器的自保持电流不得超过额定值的50%。然而，传统测试方法存在明显缺陷：

1.效率低下：需多人协作完成，单间隔40-50个继电器的测试耗时长达3小时。

2.精度不足：肉眼观测动作瞬间易导致数据误差（如电压、电流记录偏差），影响评判准确性。

3.设备笨重：依赖继保测试仪与外接电源，现场操作灵活性差。

为解决上述问题，亟需开发一种便携化、自动化、高精度的继电器特性试验装置。

二、技术方案与设计原理

1. 试验方法创新

本发明的核心方法是通过闭环控制实现自动化测试：

（1）电流调节策略：装置按预设步长（0.1A）自动提升输出电流，直至继电器动作（辅助接点闭合）。

（2）数据锁存机制：在继电器动作瞬间冻结电流、电压值，避免人为误差。

（3）智能判据算法：将实测值与标准值（I1、U1）自动对比，输出“合格”或具体故障类型（如线圈压降超限）。

2. 装置模块化设计

装置由六大核心模块构成（图1）：

（1）供电模块：采用锂电池组（5000mAh），支持市电充电，续航≥8小时，满足现场便携需求。

（2）控制模块：基于STM32单片机实现电流调节、数据采集与逻辑判断，响应时间＜10ms。

（3）采样模块：集成高精度AD转换器（分辨率0.1%），实时监测电压、电流及辅助接点电阻。

（4）人机交互模块：7英寸触摸屏支持参数设置（步长、时间阈值）、实时数据显示及结果导出。

（5）存储模块：记录操作日志、故障告警及测试数据，支持USB接口导出。

（6）安全保护模块：内置过流保护电路，接地端子（PE）确保设备安全运行。

3. 技术优势

（1）全自动化测试：单人次操作即可完成，效率提升300%（传统3人→本装置1人）。

（2）精度保障：动作电流/电压测量误差＜0.5%，优于国标要求的±5%。

（3）兼容性强：支持电流型（0-5A）、电压型（DC 110V/220V）继电器测试，适配多种变电站场景。

三、实施步骤与操作流程

1. 接线配置

先将装置电流输出端（I+、I-）连接继电器线圈，电压采样端（V+、V-）与辅助接点（R+、R-）分别接入继电器对应端子，接地端子（PE）可靠连接保护地（如图1）。

2. 参数设置

通过触摸屏设定以下参数：继电器类型（电流型/电压型）、标准值（I1、U1）及测试步长（默认0.1A）、动作时间阈值（默认60s，超时判定“无法动作”）。

3. 测试执行

（1）启动自动测试后，装置逐步增加电流，实时监测电压及接点电阻。

（2）当辅助接点闭合（电阻＜1Ω），装置锁定动作电流（I）、电压（U），并计算线圈压降（U/I）。

（3）自动对比实测值与标准值，生成测试报告。

4. 结果输出

（1）合格判定：若I≤I1且U≤U1，显示“特性合格”。

（2）故障诊断： 若电压为0，提示“回路异常”（线圈断路）；若超时未动作，提示“继电器失效”或“接线错误”；若I＞I1或U＞U1，标记具体不合格项。

四、应用案例与效益分析

在广东河源多个变电站的实际应用中，本装置表现出显著优势：

（1）效率提升：单间隔测试时间由3小时缩短至1小时，人力成本降低66%。

（2）精度验证：与传统方法对比，动作电流偏差从±2%降至±0.3%。

（3）经济性：每站年节约人工成本约12万元，设备回收周期＜2年。

五、结论与展望

本发明通过集成自动化控制与高精度采样技术，有效解决了传统继电器测试的效率与精度问题。未来可扩展无线通信功能（如5G模块），实现数据实时上传至云端管理系统，进一步提升智能化运维水平。该装置在电力系统二次设备验收、定期检测及故障诊断中具有广泛推广价值。

参考文献

1.GB/T 7261-2016《继电器及继电保护装置通用技术要求》

2.南方电网《继电保护反事故措施汇编》（2020版）

3.王强等. 智能变电站继电器在线监测技术[J]. 电力系统自动化， 2021.