摘 要 对进口和国产继电保护试验装置进行测试，并对公布了的各种试验装置的对比结果进行分析，从智能电子仪器的原理和继电保护试验校验要求的综合角度，谈谈如何判别选择继电保护微机型试验装置(以下简称试验装置)。
关键词 微机型试验装置 幅频特性 继电保护
1 从电子线路结构看试验装置的特性
1.1 人机对话
国产的试验装置具有汉字菜单，进入各种专用试验程序，程序界面友好，并有帮助菜单，十分方便，一般继电保护工作人员均易掌握。进口试验装置，具有英文菜单，如工作人员有一定的英语水平，也同样方便。
1.2 参数设定
通过屏幕画面，直接输入或修改参数。一般试验装置在出厂前必须调整好，使得输出的电流、电压信号就是设定的数值，由于试验装置在自动测试过程中(如二分法渐近)，一般没有仪表监测，在日后的试验中，不论装置工况如何，就认定设定值就是输出值，这里就存在一个大问题。以下为目前解决这个问题的几种办法。
(1)国外试验装置，如FREJA RTS21等，在每次测试前，用专用附件对试验装置进行校验，并可用软件进行一定的修正，如OMICRON CMC156采用A/D测量自动反馈修正，它的优点是当功放级尚未饱和时它能提高精度，如负荷阻抗较大，功放级饱和后，自动反馈修正的误差反而会变大，但试验装置能告警 ，如CMC156抽查A相电流源，在输出I＝0.05～9 A/负载1 Ω时，误差接近于零，而当I＝10 A/负载1 Ω时，波形削顶，误差达2%，并发出警告。
(2)江西华东电力仪器厂JJC@采用更专有的办法，相当于硬件电路的两表决定通过，使得输出电流电压的瞬时值(零点除外)和设定值的误差超过3%时，就发出音响警告，超过5%时就关机，并提示误差相别，避免错误整定，JJC@试验装置不但内设电流电压回路的开路短路保护，而这个失真判别措施还加强了电流的电压电源的开路短路保护，而且当输出信号相对计算机设定信号而言有误差时，都能发出警告。
(3)对失真判别这一点国内其它试验装置都没有采取防止措施，如昂立试验装置。
1.3 程序控制信号源
目前大多数的试验装置都是由数据通讯线将微机中已计算的瞬时值数据传往D/A，产生信号源，有的是逐步传送，有的是批处理传送，这与试验波形每周的点数有很大关系，有的试验装置每周只有40点，有的每周有180～240点。有的每周高达3 600点，信号源每周数据点数多，描述细腻，不需用阻容元件平滑，自然幅频特性就好，信号源每周数据点数少，描述粗糙，又要用阻容元件去平滑，结果幅频特性很差，因而输出变频电压幅值不能按计算机设定值来定量，也不能定量做叠加谐波试验。
(1)北京威特MRT-02B、广东昂立的3100D，每周只有40个点，采用无变压器输出，付出代价很大，其目的是为了提高幅频特性，而每周点数太少，又被迫采用阻容平滑，使幅频特性大为降低，很不可取。
(2)JJC@试验装置，为无变压器输出，每周点数为180点，幅频特性大为提高，在叠加谐波2、3、5、7次谐波时，其谐波的输出值和计算机设定值的误差不超过3%，对叠加11次谐波时，其误差为10%。
(3)国外试验装置如OMICRON CMC156或FREJA RT21等每周的点数很多，估计在3 600点左右，送出的波形十分光滑，幅频特性很好，在20次谐波时，其谐波的输出值和计算机设定值的误差，均在3%以下。
1.4 数据变换D/A
数模变换一般采用12位或以上，在阻抗元件试验中，电压信号可能降得很低，这时信号源的D/A有效位数就减少，会影响波形的台阶数，由于相电压一般只有58 V，有的试验装置设计3个电压的数值为150 V，但没有必要，而且浪费了D/A的分辨率，如考虑叠加谐波的幅值裕度，一般相电压取80 V是适宜的，零序3Uo电压一般应设计为100～150 V。
1.5 功率放大级
目前有两种设计，一种是经变压器输出，它的好处是，通过变压器进行阻抗匹配，充分发挥功放管的容量，它的缺点是不能传送非周期分量，暂态响应和幅频特性都不好，另一种设计是无变压器输出，暂态响应好，特别是电子器件技术的发展，高管压降，大电流的功放管的价格降低，使用无变压器输出已是目前的趋势，功放级设计有很多的关键技术，也和制造厂家硬件投入有关，对于试验装置而言，电流级功放容量要求最大，功放级的功放管的参数选得高低不同，厂家提供容量的范围也是不同的。
(1)JJC@所选功放管的参数为：最大输出功率为300 V.A/相、电流30 A/相时，输出到负载上不失真的电压为10 V，当环境温度20 ℃时，30 A电流允许持续5 min，电流10 A/相时，输出到负载上不失真的电压为15 V，此时允许长期工作，即功放级限制，是由直流电源电压幅值所限，不论电流如何，它输出的波形都不能失真，否则波形失真判别装置会发出警告或跳闸。
(2)OMICRON CMA56功放装置的参数，经江苏省电力试验研究所测试核定最大输出功率为：150 V.A/相，电流0～15 A/相时，输出到负载上不失真的电压都为10 V，电流20 A/相时，输出到负载上允许的电压为6.25 V，电流30 A/相时，输出到负载上允许的电压只为3.85 V，电流50 A/相时，输出到负载上允许的电压只为1.413 V，当环境温度20 ℃时，50 A/1.4 V时允许8 min。
(3)北京威特MRT-02B参数为：电流0～30 A/相，长期允许工作电流10 A/相以下，在输出电流大于10 A/相时，试验时间不宜超过10 s。
1.6 自动加载测试
根据继电保护测试项目要求，试验装置能按设定程序输出电流电压，如差动继电器助磁特性试验，需要同时输出工频电流和直流电流，并自动按二分法渐近寻找动作边界，如直流助磁电流选择20 A，交流动作电流将接近30 A，国内试验装置一般都如此进行，因而大电流下的允许持续时间，是不宜太短的，国外试验装置如FREJA RTS21开始做距离保护动作区时还采用过按方格点进行“地毯式轰炸”，用“.”和“＋”表示动作与否，如此形成不了临界动作边界，现也改进为用二分法渐近了。
1.7 继电保护的反馈信息
继电保护反馈信息可有多种，如空接点、电位式、脉冲式、还有正负极性之分，早期的试验装置智能判别很差，需要用硬件开关位置改变来约定反馈信息的处理，操作不便，目前有的已做到自动智能判别，十分方便，选择试验装置时，同样要注意这个特点。
1.8 试验数据处理
如距离保护动作区试验，通过自动二分法渐近寻找动作边界，得到一系列测试结果， 并在屏幕上绘制这些测试点，目前有很多试验装置不能用智能拟合的办法来绘制动作区曲线，也得不到实测的动作阻抗，因而表达不出实测的阻抗和整定值有多少误差。目前我们给江西华东电力仪器厂JJC@微机继电保护测试仪配备了这些软件：包括阻抗元件动作区曲线、精工电流曲线、差动保护的助磁特性曲线等的智能曲线拟合程序，尤其是试验叠加谐波对阻抗元件动作区影响时，该程序能描绘非圆曲线的动作区，非常有效，国外试验装置采用画论理动作区，同时加画±5%误差范围的允许区，如果测试点全部落在允许区内，说明测试结果不超差，也能解决一些问题。
国内试验装置测试报告一般都做到了数据存盘，并用汉字表格打印报告，如JJC@试验装置还能同时在表格中画出试验数据的拟合曲线图。
2 如何在实验室测试试验装置的性能
在实验室测试，往往没有复杂的继电保护，但有较多的仪表和测试装置，尽可能多地对试验装置进行考核测试，就能更好地选择订货。
2.1 幅频特性测试
较为简单的方法，是用双线示波器观测，令试验装置在叠加谐波状态，其中一相送工频电压U1，另一相送高频电压Un，它们幅值相等，即U1＝Un，开始向双线示波器两个通道同时送U1，调节比例旋扭，使两个波形一样高，然后对其中一个通道改送高频电压Un，如果幅频特性很好，在示波器上这两个不同频率的波形，应有相同的高度，如FREJA RTS21和OMTCRON CMC156在高频频率为1 000 Hz时，两个波形幅值还是一样高，从高频波形看曲线依然光滑，由于没有阻容平滑，幅频特性很好，JJC@试验装置，在高频频率为350 Hz时，两个波形还是一样高，当高频频率为550 Hz时，高频电压的幅值相对工频电压约减少10%，对北京威特MRT-02B试验装置，由于每周点数只40点，采用了较大的阻容平滑措施，因而幅频特性很差，在5次谐波时，其幅值对计算机设定值误差都已减少了50%以上，还有待改进。
2.2 线性和精度测量
继电保护试验主要保证50 Hz下的线性和精度，这可由一般的电流电压表进行校验，对电流精度的校验，应让试验装置从大电流往下逐点试验，避免那些热容量不足的装置过热。由于D/A的位数有限，对电压要注意小电压时的精度，对电流只需校核0.2～30 A范围，OMICRON CMC156由于采用A/D反馈自动修正精度，所以它的精度和线性均很好，欠缺的是输出容量较小，在试验装置设定送出正弦波的信号时，波形的失真度，即谐波总量一般都要求在0.5%以下，但往往在小电压和小电流时，试验装置由于D/A的位数少，失真度会偏大。
2.3 带载能力
用谐波仪配合负载电阻，测量试验装置在输出波形不失真下的带载能力，有时厂家向你介绍能输出大电流时，就必须知道带载的能力是多少V.A，或输出端口上的电压允许到多少V，允许持续的时间是多长，如有的送大电流时，输出端口上的电压很低，说明带载能力差，有的说明输出到端口上电压高时，不同时说明此时电流为多少。一般带载的能力应以5或10 A时的端口压降来考察，否则整屏保护做整组试验时，往往做不到。
2.4 叠加谐波的能力
用谐波仪测试试验装置叠加谐波的能力，这个项目同时可考核精度和幅频特性。
2.5 输出方波和台阶波的能力
对无变压器输出的试验装置，可用示波器观测试验装置输出方波和台阶波的能力。
2.6 助磁特性试验
用差动继电器做助磁特性试验，是考核试验装置能否自动进行测试，并如何处理试验结果的简便方法。
2.7 动作区试验
用阻抗继电器进行动作区试验，也是考核试验装置能否自动进行测试，并如何处理试验结果的简便方法，看看有否叠加谐波的能力，有否自动拟合绘线的能力。
2.8 精工电流试验
用阻抗继电器进行精工电流试验，是考核试验装置进行动态测试能力，如果暂态响应不好，两次精工电流测量的结果相差较大，特别是在小电流下的情况更是如此，就要分析是保护装置的暂态分散呢?还是试验装置暂态特性所引起的，同时要考核精工电流拟合绘线的结果，尤其是数据分散的情况下，拟合绘线是否会产生不合理的振荡，这是考核绘图软件的质量问题。
3 软件菜单设计的审查
(1)三相电流电压能任意设定初始值、故障值，能叠加谐波，能设定各段状态时区的长短，能智能判别继电保护反馈接点的信息，能按一定的模式，自动寻找继电器临界动作值。如保持电流不变，按二分法改变电压幅值，寻找阻抗元件的临界动作值；也可保持电流不变，按步降低电压幅值，在每步电压幅值下，暂时电压幅值不变，让电压的角度连续变化，看继电器进入动作区域的角度范围，它可用于测量上抛圆特性的阻抗继电器，也可测量方向继电器的动作区。
(2)三相电流电压源可根据需要改变。如做差动保护助磁特性试验时，其中一相送直流电流，另一相送交流电流，同时电压可改为送直流电压220 V等。
(3)三相电流电压源，要能独立变频，以便做差动继电器的谐波制动。
(4)三相电流电压也可根据输入的线路参数R、X和选择的故障类型来自动计算产生。
(5)三相电流电压的谐波不能随意叠加，因为一旦基波电流电压已设定，相当于线路的参数R、X已确定，因而如谐波电流先随意设定，则谐波电压就必须满足参数R、X的制约。
(6)三相电流电压还要能设定多段状态的时区，如正常态、故障态、非全相态、重合于故障态、切除后态等，以便能校验综合重合闸的动作情况。
(7)三相电流电压还要能模拟复杂故障转换：如正常态，单相接地故障态15 ms后，再转两点接地故障态，因为前15 ms是单相接地故障，其后是两点接地故障，故障距离计算的公式对单相接地和两点接地故障的计算公式是不一样的，微机保护此时面临的问题是，在一个周波内的数据是混淆数据，它究竟按哪个公式计算，还是再等待，还是混算，由于新型的继电保护复杂，它的内核不是很清楚，究竟在运行中，它的表现如何?继电保护微机型试验装置要肩负此考核的责任。
(8)试验装置要能产生系统振荡时的三相电流电压模型，用于试验如振荡解列装置，也要能产生系统振荡，又伴随故障的三相电流电压，包括先故障、后振荡或先振荡、后故障等的模型。
(9)高级仿真，用EMTP电磁暂态程序计算故障仿真数据，以一定的格式转换成试验装置的数据文件，用D/A经功率放大送出三相仿真的电流电压，对于用计算机信息逐步传送，每周有40点以上的无隔离变压器的试验装置而言，做到这一点并不困难，每周点数多一点，仿真更细腻一点。
(10)原则上应可将故障录波器记录数据通过试验装置予以再现输出，实现故障信息再现。
装置的轻便可携和单一化、外观工艺、接插件的可靠性等，都是选择的条件。
