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技術文章 | Technical articles
一 LYGMC-600QZ自投綜合測試儀概述
1.1 產品概況
在電力生產和供應過程中，為保證供電的可靠性，電力系統經常采用兩個或兩個以上的電源進行供電，并考慮相互之間采取適當的備用方式，當工作電源失去電壓時，備用電源由自動裝置立即投入，從而保證供電的連續性，這種制動裝置稱為備用電源自動投入裝置，簡稱自投。
備用電源自動投入裝置可以有效地提高供電可靠性，而且本身的實現原理簡單，費用較低，在發電廠和變電站及配電網絡中得到了廣泛的應用。
然而，自投在帶來方便的同時，也會帶來一些麻煩。根據統計資料，因自投裝置本身拒動和誤動而造成的停電事故在電力系統停電事故中仍然占有相當的比例。
1.2 LYGMC-600QZ自投綜合測試儀自投測試概況綜述
自投裝置在電力系統中的應用日益廣泛，其可靠運行是保證備投成功的關鍵條件。
采用雙電源和多電源系統供電的設備關聯復雜，運行方式多變，自投裝置的現場實際模擬試驗因需要改變供電方式或停電而無法進行。整組試驗環節甚多，接線復雜而且費時費力，還相當容易出錯，因此判定和驗證自投裝置能否正確動作是一項非常繁瑣而且困難的工作。我公司自主開發的LYGMC-600QZ備自投綜合測試儀很好地解決了自投裝置現場校驗的難題，極大地方便了設備調試人員的現場工作。
本測試儀能模擬10臺斷路器，3臺變壓器，12臺電壓互感器，7臺電流互感器的狀態和相互之間的邏輯關系。可仿真變電站和供電系統在各種運行方式下的一次接線，能夠直觀顯示和向自投裝置提供各種方式下的線路和開關的電器信號和位置信號，并可模擬各種運行方式下的異常情況，如：線路失電，主變故障，開關手跳/偷跳等等；在模擬故障的同時還可以自動檢測和記錄自投裝置的動作過程和相關數據的記錄工作，為設備的長期運行和維護提供依據。
1.3自投綜合測試儀介紹
界面直觀地顯示各種主接線圖上各開關狀態、電壓電流均實時顯示和變化。
各開關、各電壓電流的描述方式和初始狀態均可自由方便地設定。
各開關的跳合閘接點均可自由方便地設定其連接方式。
方便地設置各進線和母線在有壓和無壓時的電壓值，有流和無流時的電流值。
智能識別自投動作后狀態，彩色顯示主接線圖和電壓電流變化。
預設了多種典型的主接線類型，并設計了多種自由組合的備用方式。
可以模擬多種事故原因，能進行各種條件下的自投測試。
記錄自投每次動作后的事故原因，動作內容和動作時間。
可測試進線恢復供電時的自投動作行為。
可預設自投或開關設備拒動或動作不正確情況進行測試。
具備自投測試所需的多達14路開入量和14路開出量。
采用實時，穩定的嵌入式系統，并配6.4寸液晶屏實時顯示工作狀態
二、LYGMC-600QZ自投綜合測試儀裝置硬件結構和技術參數
2.1面板結構圖
側板結構圖：
面板左側為接線區，右側為人機交互區，主要包含如下設備：
① 模擬12路電壓UA1～UA12 。可以輸出單相（4路）或三相電壓（8路），可軟件設置其輸出電壓值。
②模擬7路電流互感器。可以輸出單相（4路）或三相電流（3路），可軟件設置其輸出電流值。
③模擬10個斷路器（DL1~DL10）。每個斷路器包含兩個斷路器位置信號輸出（黃色插孔代表合位，綠色插孔代表跳位，這兩端子與位置公共端配合使用）、跳閘，合閘輸入（紅、藍色插孔，與跳合公共端配合使用）和一只雙色指示燈組成。指示燈紅色表示斷路器處于閉合狀態，綠色表示斷路器處于跳開狀態。
④ 跳/合/開入公共端：與斷路器的跳/合閘以及負荷支路的跳/合閘開入插孔構成回路。
⑤ 位置/閉鎖/開出公共端：與模擬斷路器的位置插孔和閉鎖等開出插孔構成回路。
2.2 主接線接線方式
本測試儀可模擬常規變電站的五種接線方式 ：
2.
3.
4.
5.
2.3 電壓回路和電流回路接線方法
（1）、電壓回路可以按單相接線（相電壓接線），也可按三相接線（線電壓接線）
單相接線（相電壓接線）：接線方法見上右圖，可以將UA9、UN端子與自投裝置的UA、UN端子連接即可。注意軟件界面“電壓設置"中必須將該路電壓設置為“相電壓"。
三相接線（線電壓接線）：接線方法見上左圖，可以接三相電壓，無UN端子，僅需將UA、UB、UC端子與自投裝置的電壓回路UA、UB、UC端子連接即可。注意軟件界面“電壓設置"中必須將該路電壓設置為“線電壓"。
（1）、電流回路可以輸出單相電流，也可輸出三相電流
? 單相電流接線：接線方法見上右圖，將IA4、IN端子與自投裝置的IA、IN端子連接。注意軟件界面“電流設置"中必須設置為“輸出單相電流"。
? 三相電流接線：接線方法見上左圖，將IA、IB、IC端子與自投裝置的電流回路IA、IB、IC端子連接，注無IN端，且需要將自投裝置的IAN和IBN,ICN短接。注意軟件界面“電流設置"中必須設置為“輸出三相電流"。
2.4 LYGMC-600QZ自投綜合測試儀注意事項
1．本機所有輸入和輸出信號等同于電力系統二次回路信號，所有操作必須嚴格按照《安規》規定進行，一旦開始試驗，不要去改動接線，否則可能危及設備和人身保障。
2．在試驗時，自投裝置的所有開關位置有其公共端，跳合閘控制信號也有公共端。兩公共端不同。
3．電源保險絲在箱體側面的電源插座內，如無工作電源，請檢查該保險絲，若損壞可以用5A保險管替代。
4．本裝置采用風機冷卻，電流回路不宜長期輸出，平時切勿將電流回路的插孔長期短接。
2.5 技術指標：
裝置電源： AC 220V/50Hz
試驗輸出電壓： AC 57V/100V
試驗輸出電流： AC 6A
三 LYGMC-600QZ自投綜合測試儀軟件操作
3.1 準備工作
自投測試儀專門用于自投裝置的測試。它定義了多種典型的接線類型，預設了多種可能的故障原因，能模擬各種條件下的自投試驗。屏幕直觀的顯示試驗過程中主接線圖的各種斷路器狀態及幅值的變化。它能根據接收到的保護動作信號，智能，實時地輸出各線路電壓電流和各母線電壓，并且自動控制測試儀開出量的閉合與斷開，以適應自投裝置對開關位置狀態的判斷。
注意：
（1）、裝置采用實時、穩定的嵌入式系統(以下簡稱PC機)驅動試驗流程。面板上的數字鍵盤操作類似于標準鍵盤的操作，同時用戶也可外接標準的USB鍵盤和鼠標操作試驗流程，系統支持中/文拼音輸入法。
（2）、確認校驗的自投裝置的供電電壓，否則可能會損壞設備。
（3）、確認自投裝置的電壓和電流回路各是要求輸入單相還是三相電壓/電流，正確設置才可以輸出所需的電壓電流值。
（4）、確認測試時間，包括自投充電時間（本測試儀中稱為故障前時間）、動作序列的所需時間（本測試儀中稱為試驗時間）。
3.2 界面參數使用方法
3.2.1 界面功能說明
試驗設置：
設置故障原因類型、故障觸發方式、故障前的延時、去抖時間等試驗參數，試驗中這些參數是不可修改的。
狀態參數：
設置電壓和電流名稱、類型、幅值等參數，根據不同的試驗需求可選擇對應的相/線電壓和單/三相電流。在試驗中這些參數是不可修改的。
接線繪圖：
繪制試驗模型的各開關量狀態和電壓電流通斷信息。
3.2.2 功能鍵說明
開始試驗/停止試驗：
控制試驗流程的開始/停止，也可以通過面板上的運行/取消按鍵控制流程，試驗中參數只可查看不可修改。程序中其它按鍵根據設置變成相應可用/不可用狀態。
保存文件：
停止試驗后會彈出一個文件保存對話框供用戶選擇文件保存路徑和文件名，默認保存在當前根目錄DATA文件夾下，插入了U盤就會在文件列表框中顯示硬盤存儲器，把保存路徑選擇它，就成功的把試驗文件導入到U盤里。試驗報告是文本文檔格式（*.TXT）。
開始故障：
選擇按鈕控制方式時，它才是可用狀態，單擊就會觸發設定的故障。
供電恢復：
選擇了線路Ⅰ/Ⅱ失電時，它才是可用狀態。單擊就會恢復供電。
恢復默認：
恢復接線圖的初始狀態，用戶可以在此基礎上自定義設定斷路器的合/開狀態。
導出數據：
把試驗報告導入U盤供PC機分析。
打開文件：
打開試驗報告，默認試驗報告在DATA文件夾下。
修改日期：
修改系統時間和日期，按OK保存設置。
3.3 軟件設置界面介紹
3.3.1 開機主界面
連接好裝置板上的交流電源（AC220V），打開面板上的控制電源開關，裝置便自動進入自檢狀態，系統自動運行并檢測串口通訊狀態，自檢完畢后將進入自投綜合測試儀系統。如下圖所示。
3.3.2 模塊1介紹
3.3.2.1 界面選項介紹
故障原因類型：定義自投的多種故障，包括線路失電和斷路器手跳/偷跳。
故障觸發方式：分時間控制和按鍵控制，主要是控制故障的觸發方式。
故障前的延時：選擇時間控制才可編輯，以s為單位。
去抖時間 ：控制開入信號的輸入間隔，以ms為單位。
輸出閉鎖信號：開出W、X、Y、Z等信號可作為閉鎖信號。
記錄內容 ：記錄自投的動作內容、時間(ms)等信息。
電壓幅值設置：設置自投母線、進線的相/線電壓，相位由系統設置默認數值。
電流幅值設置：設置自投的單/三相電流，相位由系統設置默認數值。
斷路器設置 ：通過鼠標在斷路器上■單擊它選擇的合/開狀態。
試驗時，狀態欄中的●信號會間隔的閃爍來顯示試驗是否正常進行，從圖中可看到斷路器的狀態(紅色為開關合閘態，綠色為開關跳閘態)；母線電壓或線路電流(紅色為有壓、有流，灰白色為無壓、無流)；變壓器帶電、失電狀態(紅色為帶電、灰白色為失電)。
3.3.2.2 開入量和開出量的定義和修改
儀器面板上開關旁邊的“跳"和“合"是指示自投裝置發出的該開關的跳閘和合閘信號應接至測試儀的相應開入量位置。測試儀共計14路開入。
3.3.2.3 輸出主變閉鎖信號和手跳閉鎖信號
如果事故原因是“主變故障"，有些情況下是不允許自投動作的。若自投誤合上開關，則很可能造成事故。這種情況下軟件可模擬輸出主變閉鎖自投信號，接入自投裝
置相應的閉鎖信號輸入端，閉鎖自投功能。當事故原因選擇“× #變壓器故障"時，可通過選擇備用開出W、X、Y、Z中的任意一個開出作為閉鎖信號，勾選則在進入事故狀態時向自投輸出閉鎖信號。該閉鎖信號是由測試儀軟件的開出量輸出的。
在正常倒閘操作中跳開某些開關，導致某些母線或元件失壓，這種操作會導致滿足自投的動作條件。如果不閉鎖自投，將造成自投誤動而造成事故。這種情況下測試儀軟件可模擬輸出“手跳閉鎖自投 "信號，接入自投裝置相應的閉鎖信號輸入端，閉鎖自投功能。
當事故原因選擇“DL×開關手跳"，勾選任意W、X、Y、Z作為閉鎖信號，勾選則進入事故狀態時向自投輸出閉鎖信號。
3.3.2.4 事故原因與測試過程
在“事故原因"下拉菜單中，軟件預設了多種事故。
單擊開始試驗按鈕后，系統首先輸出主接線的正常運行狀態，按圖中所設置的參數輸出各相/線電壓、三/單相電流和各開關的位置狀態。此時自投裝置應識別為“正常運行狀態"而不動作。經過一定的“故障前時間"（在軟件界面上可設置時間）或按下“開始故障"按鈕后，測試儀軟件按所選擇的事故類型輸出相應的故障電壓電流量和開關量。自投裝置智能識別到故障后將發出相應的跳、合閘命令。系統在接收到自投發來的跳、合閘信號后，變換圖中開關狀態，并智能地識別新的主接線狀態，進而改變電壓電流的輸出量和開關位置接點輸出。同時繼續等待自投下一步動作。
若“事故原因"為某線路失電，還能模擬事故后電源自動上電恢復過程。當自投裝置自投成功后，單擊界面上工具欄的供電恢復按鈕，原先因故障而失壓的那條線路將恢復有電，自投識別到進線電壓恢復后，將按“供電恢復"程序再次做出相應的反應。
開關偷跳與開關手跳在概念上有所區別，也就是導致事故的原因不同。開關偷跳一般認為由開關設備自身故障或保護誤動作造成，這時需要開放自投；開關手跳，一般以人工主動操作跳閘，如變電站檢修時進行的倒閘操作，工作前一般要退出或閉鎖自投裝置。
主變故障時，由于是內部故障，其它保護(比如變壓器差動保護)將高、低壓兩側的開關跳開，導致主變和低壓側母線失電。在接線類型Ⅰ(低壓橋母聯)，不應發出閉鎖自投信號，自投可以正確發出合母聯開關的命令，但在接線類型Ⅱ(高壓橋母聯)，則要閉鎖自投，否則自投檢測到母線失壓誤合母聯開關，將會導致主變帶電的事故。
3.3.2.5 進入事故狀態的控制方式
時間控制 ：當選擇此控制方式時，可設置故障前的充電時間。試驗時先在正常運行狀態經過此時間后，自動進入事故狀態。該時間一般應大于自投裝置的充電時間。
按鈕控制 ：當選擇此控制方式時，開始試驗時先輸出正常運行狀態，點擊開始故障按鈕后，即進入事故狀態。當模擬進線失電事故時，按鈕欄的供電恢復按鈕也呈激活狀態，由試驗人員手動控制何時進線供電恢復。
3.3.2.6試驗結果
記錄內容：記錄如下信息：當前模擬的是哪種事故原因；自投的每步動作過程及主接線的狀態變化；每步的動作時間。
3.3.2.7電流和電壓的設置
狀態參數頁面用于輸入在有壓、無壓，單相電流、三相電流的值，即各狀態時測試儀應輸出的電壓、電流值。因試驗的接線不同，或測試儀輸出電壓路數的不同，各電壓,電流的幅值可能設置得不同。
3.3.2.8 鍵盤操作
3.3.3 模塊2介紹
3.3.3.1 界面選項介紹,其它功能參照模塊1說明。
3.3.4 模塊3介紹
3.3.4.1 界面選項介紹,其它功能參照模塊1說明。
3.3.5 模塊4介紹
3.3.5.1 界面選項介紹,其它功能參照模塊1說明。
3.3.6 模塊5介紹
3.3.6.1 界面選項介紹,其它功能參照模塊1說明。
3.4 試驗舉例一：低壓橋、暗備用、線路Ⅰ失電
初始條件：
1、自投需接入量：兩條高壓進線各需接入一個線電壓，兩段低壓母線各需接入三相線電壓，兩臺主變需接入一個低側電流；各開關位置信號，正邏輯。
2、自投輸出量：各開關跳閘、合閘信號。
3、試驗接線：采用LYGMC-600QZ型自投綜合測試儀軟件，具體接線及試驗參數設置方法如下圖所示：
注意：通過數字鍵盤設置數值時，先通過TAB切換到要設置的列表框控件，此時列表框綠色加深顯示，此時用戶想要修改第N列數值，只需要選擇→按鍵即可。
試驗過程：
開始試驗時按開始試驗，測試儀軟件先輸出正常運行狀態：各路電壓輸出有壓電壓，各路電流輸出單相電流；DL1、DL2、DL3、DL4都閉合，DL5跳開。
等待事故前時間(或手動按觸發故障)后，自動進入事故狀態，進線Ⅰ、＃Ⅰ主變和Ⅰ母線失壓(UA1、UB1、UC1、UA3、UB3、UC3均為無壓電壓)，＃Ⅰ主變無電流。檢測到狀態變化后自投動作過程為：
確定進線Ⅱ有壓后間隔一定時間跳開DL3開關(確定DL3開關確定跳開)，且＃Ⅰ主變無電流后，間隔一定時間合DL5開關，此時Ⅰ母線電壓恢復(UA3、UB3、UC3恢復有壓電壓)，＃Ⅱ主變電流為自投后電流。
自投成功后，如果需要進一步模擬“供電恢復“，則單擊線路恢復按鈕，進線Ⅰ將恢復供電(UA1、UB1、UC1恢復為有壓電壓)。
3.5 試驗舉例二：接線類型Ⅱ、明備用、DL2開關偷跳
初始條件：
1、自投需接入量：兩條高壓進線各需接入一個線電壓，兩段低壓母線各需接入三相線電壓，兩臺主變需接入一個低側電流；各開關位置信號，正邏輯。
2、自投輸出量：各開關跳閘、合閘信號。
3、試驗接線：采用LYGMC-600QZ型自投綜合測試儀軟件，具體接線及試驗參數設置方法
試驗過程：
開始試驗時，開始試驗，測試儀軟件先輸出正常運行狀態：各電壓輸出有壓電壓，各電流輸出單相電；DL6、DL5、DL3、DL7都閉合，DL4跳開。
等待事故前時間(或手動觸發)后觸發故障，自動進入事故狀態，母線失壓(UA4、UB4、UC4均為無壓電壓)，＃Ⅱ主變無流。檢測到狀態變化后自投動作過程為：
確定進線Ⅰ有壓后間隔一定時間閉開DL5閉合(確定DL5開關確定閉合)，此時Ⅱ母線電壓恢復(UA4、UB4、UC4恢復有壓電壓)，＃Ⅱ主變電流為自投后電流。
3.6 試驗舉例三：接線類型Ⅱ、暗備用、2＃主變故障并閉鎖備投
初始條件：
1、自投需接入量：兩條高壓進線各需接入一個線電壓，兩段低壓母線各需接入三相線電壓，兩臺主變需接入一個低側電流；各開關位置信號，正邏輯。
2、自投輸出量：各開關跳閘、合閘信號。
3、試驗接線：采用LYGMC-600QZ型自投綜合測試儀軟件，具體接線及試驗參數設置方法如下圖所示：
試驗過程：
開始試驗時開始試驗，測試儀軟件先輸出正常運行狀態：各電壓輸出有壓電壓，各電流輸出單相電；DL6、DL7、DL3、DL4都閉合，DL5跳開。
等待事故前時間(或手動觸發觸發故障)后，進入事故狀態，母線失壓(UA4、UB4、UC4均為無壓電壓)，DL4、DL7跳開，＃Ⅱ主變無流。檢測到狀態變化后自投動作過程為：
確定進線Ⅰ有壓后間隔一定時間DL5閉合(確定DL5開關確定閉合)，此時Ⅱ母線電壓恢復(UA4、UB4、UC4恢復有壓電壓)，＃Ⅱ主變電流為自投后電流。
3.7 試驗心得
自投試驗接線并非千篇一律，上文的舉例僅供參考。比如，有的自投較簡單，沒有進線電壓端子，則試驗時進線電壓不接；有的自投裝置不需要判斷開關位置，則測試儀相應的開出量也不需接線。和重合閘裝置一樣，開始故障前，往往應使自投裝置充電，否則會出現自投不動作。自投不動作時，還應檢查：
1.經測試儀開出接點接入的裝置開關位置接線端子電位是否正確。
2.跳閘側線路是否無電流。
3.裝置的閉鎖接點是否誤接入正電源。
附錄1： 自投的輸入量
1 自投所接入的開關量
① 反映工作電源斷路器、備用電源斷路器和其他相關斷路器的開入量，一般取斷路器輔助接點中的常開接點,此接點閉合表明斷路器處于合位，反之斷路器就處于跳位。
② 手跳斷路器閉鎖自投的開入量，一般情況下接入由保護操作板提供的手跳信號(空接點)來實現閉鎖。
③ 保護動作閉鎖自投的開入量，一般情況接入由保護裝置向自投提供的閉鎖信號(空接點)。
2 自投裝置所接入的模擬量
① 母線有壓：直接入的三個相電壓均大于等于檢有壓定值。
② 母線無壓：直接入的三個相電壓均小于等于檢無壓定值，即用邏輯“與"來判斷母線無壓，可以避免工作電源PT一相或兩相斷線時自投的誤動。
③ 線路有壓：直接入的進線A相電壓大于等于檢有壓定值。該定值應小于很小負荷電流，以避免負荷電流過小時被誤判為進線無流。
附錄2： 自投動作的基本原則
備用電源自動投入裝置應遵循的基本原則如下：
① 當工作母線上的電壓低于檢無壓定值，并且持續時間大于時間定值時，自投裝置方可啟動，自投的時間定值應與相關的保護及重合閘的時間定值相配合。
② 備用電源的電壓應工作與正常范圍，或備用電源應處于正常的準備狀態，自投裝置方可啟動，否則應予以閉鎖。
③ 必須在斷開工作電源的斷路器之后，自投裝置方可動作。
工作電源消失后，不管其進線斷路器是否已經斷開，自投裝置在啟動延時到了以后總是先跳開該斷路器，確認該斷路器在跳位以后，方能合備用電源的斷路器。參照上述邏輯功能動作，可以避免工作電源在別處被斷開，自投動作后合閘于故障或備用電源倒送電的情況發生。
④ 人工切除工作電源時，自投裝置不應動作。
裝置引入進線斷路器的手跳信號作為閉鎖量，一旦采集到手跳信號，立即使自投放電，實現閉鎖。
⑤ 避免備用電源合于長久性故障。
在考慮運行方式和保護配合時，應避免自投動作時備用電源合于長久性故障的情況發生，一般通過引入閉鎖量或檢開關位置使自投放電。例如，就主變低壓側分段開關自投而言，變壓器差動保護動作跳主變各側時，一般表明主變本體發生故障，此時須閉鎖主變低壓側分段開關自投；而主變后備保護動作時，可能是低壓側母線或其出線上發生了故障，此時一般應閉鎖低壓側分段開關自投。
⑥ 自投裝置只允許動作一次
以往常規的備用電源自動投入裝置通過裝置內部電容器的充放電過程來保證只動作一次。為了便于理解，微機裝置仍然引用放電這一概念，只不過微機自投裝置由軟件通過邏輯判斷實現自投的充放電。
當自投充放電條件滿足時，經10s充電時間后，進入充電完畢狀態。當放電條件滿足、有閉鎖信號或退出自投時立即放電。
