0 引言

目前，大部分 220 kV 變壓器保護裝置配置的保護類型包括縱聯(lián)差動保護、差動速斷保護、復(fù)壓閉鎖過流保護、零序過流保護和間隙保護等。變壓器各側(cè)不同類型、不同分段、不同時限的保護動作跳閘及開出量的動作情況均有所不同，使得變壓器保護跳閘矩陣較復(fù)雜。因此，變壓器保護跳閘矩陣的校驗變得極為重要。

跳閘矩陣傳統(tǒng)測試方法常采用實際出口跳閘或者用萬用表逐一測量跳合閘出口動作接點，工作量大且效率低，嚴(yán)重影響工作進度，并且涉及二次回路大量拆接線工作，存在誤恢復(fù)、漏恢復(fù)等風(fēng)險，給設(shè)備運行帶來隱患 [1]。

為解決上述問題，國網(wǎng)青海省電力公司檢修公司等 [2] 提出了一種基于萬用表的繼電保護裝置跳閘矩陣測試裝置。但其僅測試跳閘矩陣，需要根據(jù)定值單來設(shè)置相應(yīng)的延時，而且無相應(yīng)的跳閘動作出口的波形，因此無法進行全時域分析。該裝置僅適用于常規(guī)變電站，適應(yīng)性較差。國網(wǎng)湖北省電力有限公司鄂州供電公司 [3] 依據(jù)保護動作跳閘時出口壓板電壓變位測試跳閘矩陣，但無法測試動作時間，且對于智能變電站出口壓板在各智能終端無法有效處理，仍需多人共同配合才能完成測試工作。國家電網(wǎng)有限公司等 [4] 的繼電保護跳閘矩陣校驗裝置可根據(jù)節(jié)點動作和時鐘模塊顯示的時間，記錄節(jié)點動作的時間，根據(jù)節(jié)點動作的時間確定節(jié)點動作的先后順序和節(jié)點動作之間的時間間隔，但仍需要設(shè)定保護工作時間，且該裝置無法應(yīng)用于智能變電站的測試工作。

因此，本文提出了一種基于多開入的繼電保護跳閘矩陣校驗裝置，其能夠適應(yīng)變電站新建、技改及檢修工程的需要，適用于常規(guī)變電站和智能變電站，應(yīng)用范圍更廣。

1　裝置設(shè)計

1.1 主變跳閘矩陣邏輯

變壓器保護跳閘出口及開出壓板主要有跳高壓側(cè)開關(guān)、跳中壓側(cè)開關(guān)、跳低壓側(cè)開關(guān)、跳高壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)、跳中壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)、閉鎖低壓側(cè)開關(guān)備自投。以 220/110/35 三繞組變壓器的跳閘矩陣為例，跳閘矩陣邏輯如表 1 所示 [5-6]。

1.2 設(shè)計實施

本裝置由采集器和主機組成，采集器包含采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊和時間模塊，主機包含解析模塊、存儲模塊、顯示模塊和時間模塊。

如圖 1 所示，使用本裝置時，保護裝置的跳閘出口接點通過電纜接入采集器對應(yīng)的測量口，采集器在內(nèi)部經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊將開關(guān)量轉(zhuǎn)換為通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录╣eneric object-oriented substationevent，GOOSE）報文，并由光口輸出，通過光纖連接至主機光口。同時，采集器和主機之間還需連接 IRIG-B 碼（inter range instrumentation group-B）對時光纖，保障時間同步。

采集模塊用于采集待測繼電保護裝置跳閘矩陣的節(jié)點動作，主機根據(jù)節(jié)點動作和時鐘模塊顯示的時間，通過接收繼電保護測試儀開出量作為記錄節(jié)點動作的開始時間戳，并將接收到的光信號分別進行處理（跳合閘開入變位情況和解析 GOOSE 報文）。將處理結(jié)果輸出至顯示模塊，確定節(jié)點動作的先后順序和節(jié)點動作之間的時間間隔，并輸出全時域開入變位波形，便于分析跳閘矩陣動作時序是否滿足設(shè)定需要；將處理結(jié)果輸出至燈光可視化顯示模塊，通過自定義的多開入（控制的跳合閘開關(guān)），可方便直觀地確認(rèn)跳閘矩陣測試結(jié)果。

1.3 采集器

采集器的采集模塊接收開關(guān)量輸入，進行光耦隔離。采集模塊與繼電保護出口跳閘接點之間設(shè)有光耦元件，通過光電隔離采集保護出口跳閘接點導(dǎo)通信號。光耦元件型號為 EL3H7，對開關(guān)量響應(yīng)時間≤ 12 μs，輸入電路功耗≤ 80 mW。

如圖 2 所示，保護裝置的各個跳閘回路經(jīng)出口壓板接入采集模塊，采集模塊的各采集接口可分別對應(yīng)跳高壓側(cè)開關(guān)、跳中壓側(cè)開關(guān)等開出信號，經(jīng)光耦

元件的光電隔離后完成采集。采集模塊的采集接口為自定義接口，可對應(yīng)任何跳閘出口，這極大地提高了本裝置應(yīng)用的廣泛性。因此本裝置適用于任何

多出口的保護出口校驗，如主變保護、母線保護等。采集器的轉(zhuǎn)換模塊采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（field programmable gate array，F(xiàn)PGA）芯片，將電

信號采集的保護出口跳閘接點導(dǎo)通信號轉(zhuǎn)換為光信號下的 GOOSE 報文，并通過光纖傳輸給解析模塊。

FPGA 芯片型號為 EP1C6Q240C8，時間精度優(yōu)于110 ps。

1.4 主機

主機是本裝置的核心組成部分。主機的解析模塊采用基于有限狀態(tài)機（finite state machine，F(xiàn)SM）的GOOSE 報文解析算法，將轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)?GOOSE

報文進行解析，從報文中獲得保護出口跳閘接點的動作情況，測量出接點動作時長，并生成各個接點動作的時序圖?；?FSM 的 GOOSE 報文解析算法，從解碼開始到解碼輸出的間隔時間≤ 5.3 μs。

主機的存儲模塊采用串行外設(shè)接口（serialperipheral interface，SPI）Flash 芯片，讀寫分開操作簡單可靠。主機的顯示模塊采用薄膜晶體管液晶顯示器（thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCD），其功耗低且使用壽命長。TFT-LCD型號為 AT043TN24，功耗≤ 5 W，且當(dāng)使用溫度為 -20 ～ 70℃ 時，使用壽命≥ 10 萬 h。

2　測試方法及結(jié)果

2.1 測試方法

測試方法流程如圖 3 所示，具體如下：①開啟采集器和主機電源，程序初始化。②選擇開關(guān)量測試模塊，將保護出口壓板連接至采集器中對應(yīng)的測量口。③設(shè)置好錄波時長，等待保護出口動作。④查看錄波文件，根據(jù)接點動作時序圖分析保護實際出口動作邏輯，判斷節(jié)點動作時序圖與整定單的跳閘矩陣定值是否一致。

2.2 測試結(jié)果驗證

通過在不同變電站使用本智能型繼電保護跳閘矩陣測試儀，校驗各種類型繼電保護的跳閘矩陣定值，本文共完成 47 次跳閘矩陣檢測試驗，并記錄每次試驗所耗時間，測試結(jié)果用時如表 2 所示。

本文以某變電站的 220 kV 主變差動保護為例，使用本裝置校驗此主變跳閘矩陣。差動保護的跳閘矩陣定值為 E040（表 1），即跳高壓側(cè)、跳中壓側(cè)、跳低壓 1 分支、跳低壓側(cè) 2 分支。

如圖 4 所示，高壓側(cè)跳閘接點在 14 ms 動作，中壓側(cè)跳閘接點在 15 ms 動作，低壓 1 分支跳閘接點在 16 ms 動作，低壓 2 分支跳閘接點在 18 ms 動作，經(jīng)校驗與跳閘矩陣定值一致，并且輸出了各個開關(guān)的動作時間。

3　結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于多開入的繼電保護跳閘矩陣校驗裝置，首先通過采集器獲取保護裝置的跳閘出口開出量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后連接至主機，*后通過主機解析獲得保護出口跳閘接點的動作情況，測量出接點動作時長，并生成各個接點動作的時序圖。

本裝置實現(xiàn)了多組跳閘出口一次接線、批量測試，將出口矩陣測試時間由原先的 78 min 縮短至49 min 以內(nèi)，并且成功縮短了保護退出的時間，進一步提高了電網(wǎng)穩(wěn)定運行的能力，提升了社會效益。