继电器动作功率测试仪的研制

继电器动作功率测试仪的研制

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目录

一、小组简介...............................................................1-

1、小组概况表...........................................................1-

2、小组成员及分工......................................................2-

二、课题背景...............................................................2-

1、名词斛：............................................................2-

2、背景介绍............................................................3-

三、选择课题..............................................................4-

1、问题的提出..........................................................4-

2、课题查新............................................................6-

四、设定目标..............................................................7-

1、设定目标值..........................................................7-

2、目标可行性分析......................................................8-

五、提出方案并确定最佳方案.................................................9-

1、方案分析.............................................................9-

2、提出各种方案........................................................9-

3、方案的对比分析......................................................10-

4、分解方案的选择.....................................................13-

5、确定最佳方案.......................................................23-

六、制定对策..............................................................23-

七、对策实施..............................................................24-

实施一：改装CE030001T程控电源模块...................................24-

实施二：制作单片机控制回路............................................25-

实施三：设计语音提示回路..............................................26-

实施四：制作数据传输回路............................................27-

实施五：组装液晶屏按键式人机对话模块..................................28-

实施六：制作铝合金装置箱体............................................29-

实施七：组装调试.......................................................30-

八、效果检查..............................................................31-

1、目标值检查.........................................................31-

2、效果跟踪检查.......................................................32-

3、其他效益............................................................34-

九、标准化................................................................36-

十、总结与下一步打算.....................................................38-

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一、小组简介

1、小况表

小组名称继电保护及自动化QC小组成立时间

注册日期课题类型创新型

注册号码活动展期

TQC学习时间48h/人活动出勤率100%

继电器动作功率测试仪的研制

课题名称

2、小组成员及分工

序号姓名文化程度职称组内职务诊断师情况

1本科工程师组织实施—

2本科工程师技术指导

3本科工程师技术指导

4研究生工程师活动指导高级诊断师

本科助理工程师初级诊断师

5成果编写

助理工程师

6本科PPT制作

7本科助理工程师现场实施

本科

8助理工程师硬件制作

9本科助理工程师硬件制作

本科资料收集

10助理工程师

本科助理工程师现场实施

11

12本科技术员现场实施

本科助理工程师现场实施

13

本科

14技术员现场实施

15本科助理工程师现场实施

制表时间：202X年01月20日制表人：XX

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间继电器动作后接通控制回路驱动断路器分闸线圈，完成断路器跳河过程。

图2-1继电保护控制回路简图

2、背景介绍

继电器具有隔离、传递信号和增加辅助触点容量、数量的重要作用，已成为

电力系统二次控制回路中不可或缺的重要组成部分。因此变电站二次回路中某些

重要继电器的误动及拒动，将导致高压断路器的误跳闸及拒动事件，严重危及电

网安全稳定运行。近年来也发生了多起由于继电器动作功率不满足要求的保护误

动事件。

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500kY变电站开急流变本体保护误动的事故分析

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图2-2电网继电器误动事件分析

因此在南方电网及云南电网公司下发的反措文件都对继电器动作功率做了

严格要求：

1）跳闸出口继电器的起动电压一般在直流额定电压的55%-70%之间;

2）需快速动作的中间继电器，动作电压可略低于50%;

3）由变压器、电抗器瓦斯保护动作的中间继电器，因连线长，电缆电容大，为

避免电源正极接地误动作，应采用较大起动功率的中间继电器（不小于5W）,

但不要求快速动作。

三、选择课题

1、问题的提出

传统的继电器动作功率校验方法，在现场试验中（如图37所示）:

1）按照试验电路进行试验接线，并在电路中串接一块高精度电流表

2）用保护校验台子逐渐升高电压使继电器动作

3）继电器动作后，停止加压

4）读表记录此时的电压、电流大小，并（公式Px=U*l）id算动作功率

图37传统继电器动作功率测试方法

此测试方法存在测试设备笨重、无专用的接线工具、且需人工读书并计算功

率，耗时耗力，严重影响了现场的工作效率。如图3-2所示

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动作功车，Pa/61X,..,•

0.6r*

!_人工计算_I匚读表困难

图3-2传统试验方法不足

我们结合202X年定检工作在35kV城中变、城西变、普文变、220kV景洪变

进行了中间继电器功率测试，根据统计数据可知，测量一个继电器的动作功率平

均用时为14分54秒。如表3-3所示

表3-3变电站中间继电器功率测试时间统计表

各环节平均耗时统计

测试地点测试时间测试人员试验次数

试验接线:式验调试试跄读数计算功率总计用时

余航、苏金武106分06秒5分03杪1分45秒1分35秒14分29杪

35kV城中变202X.01

郑锐邦、崔吴鹏106分20秒5分13秒1分55秒1分48秒15分16秒

英红声、余航105分55秒5分10秒1分39秒2分06利14分50秒

35kV城西变202X.01

XX、许冬冬106分03秒4分40秒2分分秒1分05秒14分03秒

王开明、余航105分40秒5分分秒1分56秒2分21秒15分01秒

35kV普文变202X.02

知锐邦、莫金洪105分50秒5分03秒2分01秒2分07秒16分01秒

白家闻、冯俊峰5分36秒5分32秒2分03秒1分45秒14分56秒

220kY景洪10

变202X.02

苏金武、白家闻106分06秒5分03秒1分45秒1分33杪14分26秒

平均5分51秒5分10秒1分39秒2分00秒14分40秒

制表时间：202X年02月05日制表人：苏金武

通过以上调查统计可知，传统的测试方法，

每年定检变电站+新扩建变电站

耗时耗力，严重制约工作效率。目前我局每年不

但有很多计划的定检工作，且随着新、扩建变电

大量的维电器功率测试工作

站增多，有大量的继电器需要测试动作功率，班

组人员工作量及测试压力巨大。

班组人员工作・

最终我们得出结论，传统的继电器动作功率

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测试方法中，由于缺乏专用的接线工具、不能实现测试电压的自动增加、无

法自动记录动作电压及动作电流、需人工计算动作功率等影响，导致的测试

时间长、测试流程复杂。

试想如果能够研制一种继电器功率测试设备，通过内置电流表、电压表，代

替人工读数计算，有效地解决接线麻烦，读数困难的问题，那么就能大大提高测

试继电器功率的效率。

因此，我们选定本次活动的课题为：继电器动作功率测试仪的研制

2、课题查新

我们对课题进行了查新，形成查新报告如下表所示：

表3-5课题查新报告

查新项目名称继电器动作功率测试仪查新人员苏金武、郑锐邦

查新机构西双版纳供电局变电管理所（检修）查新时间2015年02月

一、查新目的

项目鉴定

二、查新范围

中国电力科技成果数据库中文科技期刊全文数据库

中国学术论文数据库南方电网技术情报中心-专利库

三、查新点与杳新要求

继电器动作功率测试仪，该测试仪以程控电源模块为核心，通过单片机编程

控制其输出电压连续、稳定、可控。单片机具有自动识别继电器动作状态功能，

当检测到继电器动作后停止自动加压过程，自动记录此时电压、电流并计算出动

作功率。此后单片机按照预先指令控制逐渐减小电压使继电器返回并记录返回电

压及返回功率。

四、查新结果

经国内数据库检索，查到相关文献及专利多篇，其中主要相关文献及专利如下：

1、【实用专利名称】大功率继电器回路测试系统

【申请号】CN201520656248.3【申请日】2015.08.27

【公开号】CN205067615U【公开日】202X.03.02

【申请人】南京南瑞继保电气有限公司【发明人】施东伟朱长银陈

晓明

王治国徐超于哲刘志

摘要：本实用新型公开一种大功率继电器回路测试系统，PC机用于对电子

开关集成器进行控制，并根据待测试的大功率继电器回路硬件结构控制相应的电

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子开关分合；智能电源模块用于将对应的直流电压输出至待测试的大功率继电器

回路中；智能电源模块还用于将当前的直流电压、直流电流值利用通讯的方式传

递给PC机；PC机还用于动态调整智能电源的输出直流也压，对其采集到的智能

电源模块当前输入的直流电压和大功率继电器回路流过的直流电流值进行判断，

从而计算出动作时刻的直流电压和动作功率，生成并输出报告。本实用新型满足

多个大功率继电器回路同时测试，其可以快速、准确的测试出动作直流电压和动

作功率。

2.1实用专利名称】一种继电器动作功率测试装置

【申请号】CN201310035974.9【申请日】2013.01.31

【公开号】CN103969503A【公开日】2014.08.06

【申请人】国家电网公司；西安供电局；【发明人】颉子光

摘要：一种继电器动作功率测试装置，属于一种既可以定量测试继电器动作功率数

值，也可以定性测试继电器动作功率是否满足相关要求的测试装置。在以往的测试过程

中，继电保护专业人员采用继电保护测试仪串接电流表的常规测试方法，费时费力，效

率低小。本发明针对该问题，研制了一种继电器动作功率测试装置，由单片机控制测试

装置输出的电压、电流以及功率，通过试验线与被测继电器相连接，还可以选择接入返

回接点，单人操作，通过选择定量和定性两种测试模式，实现继电器动作功率的快速测

试。

五、查新结论

在国家知识产权局官方专利检索查询系统中，通过多次更换不同关键词进行

相关专利查询，搜索到两篇相关的实用新型发明专利成果。

【实用专利名称】大功率继电器回路测试系统一该实用新型专利主要测试对

象为带中间继电器的复杂系统回路，与我班组设计的单个中间继电器动作功率自

动测试设备在应用对象差异显著。

【实用专利名称】一种继电器动作功率测试装置一该实用新型专利与我班组

所开发的新装置较为相近，且测试对象也为单个中间继电器。但是该新装置在核

心技术的整流、调压、测量、显示上都有显著不同且在动作功率测量精度、显示

效果、测试方便程度均优于前者。该新装置采用单片机实现对程控电源模块的控

制，即可实现直流电源的稳定、高精度输出且更易于控制、功率计算及显示。

制表时间：202X年02月20日制表人：余航

四、设定目标

1、设定目标值

我们将活动目标值设为，将继电器动作功率测试时间由14分54秒降低至8分

钟。

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2、目标可行性分析

如果研制出的装置接线更方便，调压速度更快，当继电器动作时能瞬时计算出

动作功率，代替人工读数计算，总节约时间可达7-9min,那么将测试时间降低至8

分钟的目标值是完全可行的。如表3-5所示：

06

论

通过

试验接巴I试验调试理

读取试验数据术

计算结果总用时究

技

研

一

平均用时测

将

战

6min5min2min2min器

个

继

电

，

的

时降

间

衿

低

分

至

由l

目

通过使用专用栗集后的数据I钟

臂

标

l，

行

I的蹴r具，能够在CRIM值

可

I且不需要串接.旋代

按设定的程序。

虬l

他裱。可将自动运算来代

।试验接线时间物e替人工计算。/~9min

给论：瞬时计

算结果，可节

压12min可节约2min

400

测350

试300

时

250

间

/—*200

单

位150

秒100

50

0

试验段线实验明讯以取双掂计舁结果

表47试验各环节理论节约时间分析图

接下来，小组又从技术、制作、实施可行性及风险与挑战四个方面进行了

分析，确定目标是可行的。

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该课题的核心是小组技术力量雄

设计可调直流电压，通厚，拥有较先进的技术

过采用技术成熟程控手段及技术人员，能够

电源模块或者采用整熟练地绘制电路图印制

流调压来实现可控直电路板，焊接原件，有

流调压是可行的。开发集成阻路经验。

装置基于传统测继电器工作电压为

试方法，通过改变调压高电压直流，所以在整

及电压、电流测量方流时需要考虑输出直流

式，用单片机直接完成的质量。同时由于电压

动作功率计算，实施性相对较高还需在设计时

好C做好强弱电直流隔离。

五、提出方案并确定最佳方案

1、方案分析

通过以上调查和分析，要实现目标，小组研制出的新装置应具备以下两个功能。

(1)实现输出直流稳定调压。装置能通过交直流变换，最终输出稳定可调的0~

300V直流电压。

(2)能自动读取电压、电流，并计算出动作功率。装置在继电器接点闭合时能

瞬时读取电流、电压代替人工读数，并自动计算功率。

2、提出各种方案

小组成员围绕小组活动目标，利用头脑风暴法提出许多种研制的想法并运用

亲和图整理如下：如图5-1所示

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继电器动作功率测试仪研制方案

传统联调压式继电器】

采用高频变压器代替工频变压器,使用

采用传统变S器升压，全桥式整流，开关

PWM脉宽调制器实现可调电压

器件输出可控直流

PWM脉冲波形，经转换日1成模拟电压、电

刑用单片机惭嚅实现数据的读取和嬴

流

］滤波性不好，直流输出不稳定一滤波性不好，直流输出不稳定

遢躁幅因彼军眼媒歌恒强校验设备

应具备的功能

来用市售的成品程控电源模块实现直流电

压可调快现稳定的直流调压

［利用单片机控制器实现数据的读取和讦为

能自动读取勒E、萌，并计算出动作功

I直流输出稳定率

图57三种方案亲和图

3、方案的对比分析

>方案一：电磁式备自投装置校验仪

［林电开

式容美泳的|

方案一：传统直流该方案采用传统变压器升压，1f~?

调压式继电器动作功全桥式整流，开关器件输出

可控直流，用单片机控制器f电

率测试仪来实现数据的读取和计算。一:

方案分析

需要传统变压器和整流模块，体积较大。

便携性

该方案采用传统的方式实现直流调压，但是其滤波稳定性不好，且电路安全性能无

稳定性

法保证。

利用传统的变压器升压，全桥整流后输出直流，，技术难度不高，易于实现。

实现难易程度

成本估算传统变压器，整流模块等价格较贵，约20000元

制表时间：2016年03月23日制表人：郑锐邦

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>方案二：集成电路式备自投装置校验仪

该方案采用高频变压器代皆工频«_________空工

方案二：高频变压变玉器，使用阳噬宽调制器M,；j’2

实现可调电压，经过转换电路生3-，

器调压式继电器动作

成模拟电压、电流，最后计算动作功率。——/土工

功率测试仪

方案分析

便携性以小巧的高频变压器代替T.频变压器，使电源体积大大缩小。且使用微型元语件，

可集中于电路板匕占用空间小，组装后便于携带

稳定性涉及环节较多，模拟元件较多，稳定性无法保证

该方案采用开关电源实现可控调压，但是其制作竟杂，模拟器件较多，因此其制作

实现难易程度

周期较长，设计技术复杂，实现难度大。

成本估算高频变压黑，脉宽调制器等价格较贵，设计复杂，部分单元需委托厂家技术支持，

共需约3~4万元

制表时间：202X年03月24日制表人；郑锐邦

>方案三：程序化原理备自投装置校验仪

一

被程控指示灯

该方案采用市售的成品程控串口

测

单片液晶显示屏

方案三：程控电源输出电源

电源模块实现直流电压可调，维

控

模块机

电

器

制按镀

调压式继电器动作功由单片机控制器读取程控电器

消抖语音交

源模块电流、电压并计算动•T7TM二

率测试仪媒反馈电路出U互模块

作功率。

方案分析

便携性使用微型元器件，可集中于电路板上，占用空间小，组装后便于携带

稳定性程控电源模块目前技术己经很成熟，稳定性有保障

实现难易程度通过购买市售的微型程控电压模块，该模块芍有二次开发标准接口，可方便地进行二

次开发,单片机控制器读取程控电源模块电流、电压并计算动作功率。实现难度不高。

成本估算涉及的元器件等材料较多，部分单元需委托厂家技术支持，约22万元

制表时间：202X年03月29R制表人：郑锐邦

三种方案通过使用不同的整流及调压方式都实现了输出直流电压可调，同时

均利用单片机控制技术实现了动作功率的自动计算。但是从便携性、稳定性、实

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现难易度、成本等方面对三个方案进行了综合对比（如表5-2所示），方案三，

程控电源调压式，操作方便，便携性好，工作稳定，成本可控，因此我们选择该

方案作为最佳方案。

接着，我们利用系统图分析归纳得到方案三中程控电源模块，控制模块，语

音交互单元，数据传输单元，人机交互单元，箱体选择的分解方案。如图5-3。

表5-2三种方案综合对比表

方案一：传统直流调压式继电方案二：高频变压器调压式继方案三：程控电源调压式继电

方案器动作功率测试仪电器动作功率测试仪器动作功率测试仪

可实现直流调压，能读取电流、可实现直流调压，能读取电流、可实现直流调压，能读取电流、

有效性

电压，并计算电压，并计算电压，并计算

稳定性滤波稳定性不好，且电路安全涉及环节较多，模拟元件较多，程控电源模块目前技术已经很

性能无法保证。稳定性无法保证成熟，稳定性有保障

便携性传统式变压器及整流模块，体使用微型元器件，可集中于•电使用微型元器件，可集中广电

积较大。路板上，占用空间小，组装后路板上，占用空间小，组装后

便于携带便于携带

成本200004000038000

利用传统的变压器升压，全桥通过购买市售的微型程控电压

其制作更杂，模拟器件较多，

实施难整流后输出直流，技术难度不模块，该模块带有二次开发标

因此其制作周期较长，设计技

易程度高，易于实现。准接口，可方便地进行二次开

术复杂，实现难度大。

发，技术难度不大

可实现直流调压，数据读取可实现直流调压，数据读取，

综合评可实现直流调压，数据读取

但设计复杂,技术难度大，成成本相对较高，但输出稳定

价但体积较大，直流输出不稳定

本也相对较高安全性高，可实施性强

选定方

不采用不采用采用

案

制表时间：202X年04月01日制表人：莫红青

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CE0300001T