０ 引言
电力系统继电保护是电网稳定运行的一道重要防线。继电保护中涉及众多开入量信号 （如 开 关 合 位、开 关 分位、油温高等）和 开 出 量 信 号 （如 跳 闸、重 合 闸 等），这些信号可统称为开关量［１－２］，是继电保护中一类重要的信号。
开入量信号的相关调试工作主要为传统变电站的遥信信号核对工作。遥信核对能确认自动化主站对变电站厂站端遥信信号的可靠接收、管理。当前，变电站遥信核对工作通常采用手动对点的方式进行，即由自动化工作人员电话联系变电站现场检修人员，由检修人员在一次设备或保护测控装置上人为输入信号激励，信号上送自动化主站后由主站人员校对遥信点表信息和变电站实际信息是否一致，自动化程度低。由于遥信信号众多，且远动机配置错误时有 发 生，需多次重复核对，因此遥信核对工作量巨大。同时，手动输入信号激励时，易发生触电或者直流接地事故，给检修人员带来了极大的安全风险，也给电网埋下了重大的安全隐患。
开出量信号的相关调试工作主要为保护装置跳闸逻辑验证。主变保护装置、母差保护装置、备自投保护装置等具有较 多 出 口 压 板，根 据 不 同 逻 辑、不 同 时 限、不 同 轮次，保护动作会跳不同的运行开关，组成了复杂的跳闸矩阵。保护装置中的跳闸矩阵整定后，为了验证跳闸逻辑的正确性，需要检修人员对保护动作出口对应开关的正确性、跳闸时间的正确性进行测试。当前，测试方法为进行保护功能试验，由检修人员逐一测量各跳闸压板处的电压
脉冲，确认该项保护 功 能 对 应 跳／合 闸 的 开 关，同 时 测 得跳闸时间。由于缺少合适的测试仪器且接线繁杂，通常检修人员需多次重复同一项保护功能测试，以测得不同压板处的情况，效率低下，且易出现配合不当、接触**、疲倦出错等现象。
运用智能化装置提升继电保护开关量信号调试效率和调试质量，提高变电站运行的可靠性及安全性，是一种新的技术尝试，更是当下检修模式提升亟需解决的问题。在遥信信号核对工作的智能化方面，文 献［３－４］分 别 提 出 了数字量的快速、自动对点方法，但这两种方法主要应用于智能站，需要通过软件系统实现，无 法 应 用 于 常 规 变 电站，适用范围有所限制。在保护跳闸逻辑验证方面，文献［５］提出的装置可通过出口压板的电压脉冲点亮指示灯，直观展示动作 的 回 路，并且可同时检测１０个 回 路，但 该装置无法测量保护动作时间，还需要人工判断是否正确动作，整体自动化程度依然不高。本文提出一种继电保护开关量智能辅助调试装置的设计方案，该装置能够自动进行遥信信号的核对工作，并且能够实现保护跳闸逻辑验证工作的自动化。
１ 整体方案设计
继电保护开关量智能辅助调试装置主要可实现智能遥信信号核对和保护跳闸逻辑验证两项功能，同时具备人机交互、智能播报等功能。
１．１ 智能遥信信号核对功能实现方案
１．１．１ 传统遥信信号核对流程
遥信信号核对是电力系统二次设备在工程部署过程中的一项重要工作，将调度主站接收的信息与变电站设备实际信息进行校对。传统核对方法为变电站端工作人员与自动化主站工作人员通过电话联系，由变电站端工作人员人为对一次设备或测控装置进行操作，作为输入激励，接着自动化主站接收输入激励对应的输出信息，将变电站端输入的一次设备的动作信息与自动化主站接收的信息进行人工校对，*终完成核 对 工 作［６］。传统遥信信号流程如图１
所示。
１．１．２ 智能遥信信号核对设计方案
智能遥信信号核对流程无需人工对一次设备或测控装置输入激励，而是在完成开关量智能辅助调试装置与测控装置的接线后，按遥信点表顺序，触发模块依次自动向测控装置输入激励，自动化主站人员收到遥信信号后，与点表核对是否一致。智能遥信信号核对流程如图２所示。
１．２ 跳闸矩阵测试功能实现方案
１．２．１ 传统保护跳闸矩阵逻辑验证方法
目前，现场测试出口矩阵的正确性一般有两种方法：一种是采用万用表测量出口压板的对地电压，逐个压板测量是否有跳闸脉冲，进而检测出口矩阵的正确性，如 图３所示；另一种是使用继保测试仪直接测量出口接点闭合情况，如图４所示。这两种方法均需分侧、分类、分段、分时限、逐个逻辑、逐个压板依次检验，需耗费大量人工和时间，并且不同出口的跳闸时间不是在同一次试验中取得的，无法保证结果 的 准 确 性。以２２０ｋＶ 主变保护跳闸矩
阵校验为例，２套主变保护约有２０个跳闸出口压板，跳闸逻辑约有２００种，校验完这些逻辑至少需１名专业人员加故障模拟量，２至３人测量出口压板脉冲或记录出口接点闭合情况，共需测量出口５００余次。
１．２．２ 保护跳闸矩阵逻辑智能验证设计方案
保护跳闸矩阵逻辑智能验证方案采用开关量智能辅助调试装置的测量模块一次性接收跳闸压板或出口接点处的出口信号，分析处理后一次性完成一项保护功能的跳闸矩阵校验。如图５所示，用继保测试仪输入模拟量进行保护功能试验，将开关量智能辅助调试装置连接至跳闸压板或出口接点处，即可测得该项保护功能跳闸的回路以及跳闸时间，从而完成跳闸矩阵校验。
２ 硬件系统设计
继电保护开关量智能辅助调试装置的硬件系统主要包括开关量触发模块和开关量测量模块两个功能模块，此外还有电源模块、控 制 器、常规交互模块和语音交互模块。
如图６所示，继电保护开关量智能辅助调试装置涉及的零件包括锂 电 池、ＰＣＢ 电 路 板、按 键、ＬＥＤ 显 示 屏、端 子排连接配件等。
２．１ 开关量触发模块设计
开关量触发模块的主要元器件为光耦继电器，利 用５Ｖ 直流电源触发继电器导通，通过外部接线导通测控装置信号电源与遥信信号端子，输入遥信信号激励。开关量触发回路设计如图７所示。
光耦继电器是一种常用的固态继电器，内部使用非机械部件，可在冲击环境下稳定运行，寿命长；切换速度较快，且本身不产生电磁干扰，电磁兼容性好；在结构上多采用灌封气密，具有很强的抗振性，可靠性高［７］。同时，为了解决传统试验仪与测控装置间电缆接线繁琐耗时的问题，定制端子排对插固定端子，直接插拔，通过简单紧固螺丝即可快速固定，提高了开关量智能辅助调试装置与测控装置间的接线速度。凤凰端子排对插固定端子采用全导电性金属端头，严格匹配凤凰端子排尺寸，其使用如图８所示。
２．２ 开关量测量模块设计
开关量测量回路设计如图９所示，其中虚线框内部分为开关量测量模块的设计原理图。开关量测量回路采用电阻对开关量直流脉冲电压进行分压，再利用光耦隔离器对强电回路进行隔离［８］，控制弱电回路将开关量信号输入控制器。
测试接点为出口压板下端 ｂ和 接 地 端ａ，测 试 时 合 上控制电源 ＫＭ。电 阻 Ｒ１和 Ｒ２主 要 作 用 为 分 压，二 极 管Ｄ１的作用是防止输入端因反偏电压过大而损坏，并 联 电容的作用是减少信号的干扰。三 极 管 Ｑ１作 为 开 关 元 件，而 ＱＰ１则为高速 光 耦 隔 离 器。当出口接点闭合时，ＩＮ 与ＣＯＭ 间产生＋１１０Ｖ （或 者＋２２０Ｖ）的直流脉冲电压，驱动电路导通，经过分压、强电隔离，弱电回路导通，将信号输入控制器。
３ 软件程序设计
继电保护开关量智能辅助调试装置的控制系统负责在智能遥信信号核对和保护跳闸逻辑验证等过程中进行运算和控制，同时与智能语音交互系统进行配合。智能语音交互系统则具备语音识别与输入以及语音播报等功能。
３．１ 控制系统设计
开关量智能辅助调试装置采用基于 Ａｔｍｅｇａ２５６０单片机的控制系统，使用 Ｃ语言进行运算程序的编写。控制系统主要实现系统目录、开关量编辑触发、开关量测量分析等功能，相应的结果通过显示器显示，并能用按键完成相应的输入。控制系统电路如图１０所示。
３．２ 智能语音交互系统设计
开关量智能辅助调试装置语音交互系统在语音识别处理功能 的 基 础 上，兼具语音播报功能，采 用 功 能 比 较 完善、接口较多的开源语音处理模块设计。语音识别是一种基于模式识别的分类过程，通过学习和训练，系统将说话人的语音内容进行处理并按照一定的算法进行匹配分类，*后获得识别结果［９］。
考语音识别过程需要在装置内部自动完成，其词语库不能过于庞大，只能建立特定的继电保护词语库，相关的继电保护词语库共设计了一百八十余条词条。在建立继电保护词语库后，还需确定唤醒词、功能控制词等，并将其输入并下装到语音识别控制模块中，如图１１所示。
４ 功能测试
４．１ 开关量输出功能测试
在开关 量 触 发 模 块 中，单片机控制输出高电平 （５Ｖ），即可触发光耦继电器，进而导通测控装置信号电源与遥信信号端子，触发遥信信号输入。
为测得单片机控制输出高电平的正确性，设置单片机３０路数字量输出 端 子 依 次 输 出１０ｓ高 电 平，测 量 输 出 电压数值及高电平持续时间是否正确。试验共进行５次，平均结果见表１。由此可以看出，单片机输出端子处的高电平电压值偏差和高电平持续时间偏差均在１％以 内，控 制精度足以满足触发遥信信号输入的需求。
４．２ 开关量测量功能测试
开关量测量功能的实现需要开关量智能辅助调试装置的模拟量输入端子测量到保护动作回路出口接点处出现跳闸脉冲，并且记录下跳闸脉冲的出现时刻即测得的保护动作出口时刻。
为了防止误测，同时考虑到实际跳闸脉冲电平一般大于２．５Ｖ，将开关量智能辅助调试装置控制器所能测得的跳闸脉冲门槛值设置为２．５Ｖ，即将低于２．５Ｖ 的电平视为干扰电平。
４．２．１ 跳闸脉冲测量灵敏性测试
为了验证开关量智能辅助调试装置测量跳闸脉冲的灵敏性，在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ上搭建了仿真测量回路模型，如 图１２所示。设置输入的跳闸脉冲持续时间为１５０～５００ｍｓ，测试控制器测得的脉冲值及有效脉冲时长，与 理 论 值 对 比，如图１３所示。
从图１３可知，即使跳闸脉冲只持续１５０ｍｓ，控 制 器测得的有效脉冲时长仍然达到了１３４ｍｓ，满足现场继电保护校验工作中的实际要求。
４．２．２ 测得跳闸时刻准确性测试
为验证开关量智能辅助调试装置测得保护出口时刻的准确性，在不同时刻依次在开关量智能辅助调试装置的１０个模拟量输入端子处加上３Ｖ 高电平，记录开关量智能辅助调试装置测得的保护动作出口时刻 （高电平出现时刻），试验共进行２次，结果见表２。
由表２可看出，记录的保护动作出口时刻与实际加上高电平的时刻偏差不超过０．０１４ｓ，满足现场继电保护校验工作中的实际要求。
４．３ 整体测试
为了验证继电保护开关量智能辅助调试装置对提高遥信信号核对工作以及跳闸矩阵校验工作效率的有效性，在继电保护实训基地进行了现场试验测试，试 验 均 为 单 人进行。
选取１１０ｋＶ 线路测控装置进行遥信信号核对工作，遥信点为２２个，试验步骤为布置安措、单人设置触发顺序、接线、动触发对点、现场恢复。多次测试试验平均用时为３１ｍｉｎ。
选取２２０ｋＶ 主变保护进行跳闸矩阵校验，试 验 步 骤为安措布置、跳闸矩阵系统输入、接线、跳闸矩阵智能校验、现场恢复。多次测试试验平均用时为４２ｍｉｎ。两种试验的时间均短于传统多人试验的时间，且具备单人试验的可行性。
５ 结语
开关量信号核对、测量是继电保护检修中一类重要但繁琐的工作。本文提出的继电保护开关量智能辅助调试装置能够提高遥信信号核对、保护跳闸逻辑验证工作的自动化程度，提升现场调试工作的效率和质量，同时降低人工操作的安全风险，对于检修模式智能化具有重要的意义。
