一種多通道直流中間繼電器自動校驗儀的開發及應用

胡志勇，劉曉東

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

繼電器作為一種基本的控制元件，廣泛應用于多種電氣控制領域。目前秦山二期的機架邏輯控制和現場配電盤控制回路通過各種類型的繼電器來實現回路的控制和保護，規格品種不一、數量龐大。而這些繼電器平時沒有檢查，只有在出現故障或者對裝置控制回路進行調試時才簡單地判斷繼電器是否異常。自2014年至今，因繼電器異常而導致泵、風機和馬達不能正常啟停的缺陷存在上升趨勢，而繼電器異常也以繼電器拒動，或者動作后觸點接觸電阻增大造成回路動作不正常最為多見。為提前發現這些隱患，在配電盤清掃檢查以及機架清掃檢查工作中增加了中間繼電器的校驗內容，測量繼電器的線圈直阻、觸電電阻、動作電壓、返回電壓等數據，并對不合格的繼電器進行預防性更換。

1 技術背景

此前的繼電器校驗工作采用傳統的繼保測試儀和多用表相配合的方式，通過人工調壓和人工測量得出相關數據。這種方式效率低、接線繁瑣、多用表測量誤差大，尤其測量繼電器輔助觸點直阻的時候偏差更大，不便于及時發現繼電器的老化問題。

此外，在短暫的大修停盤工期中，機架、低壓配電盤及中高壓配電盤的清掃檢查工作十分緊張，而中間繼電器校驗又是最為費時費力的一項工作。例如307、406 等10 余次大修中，掃盤工作組均需投入4 班人力倒班通宵校驗，因單個繼電器待測數據多，手動調壓繁瑣，多用表誤差大等綜合原因，繼電器校驗工作更加困難。

2 繼電器自動校驗儀

隨著電力電子技術的發展，完全可以研制一種集調電壓與測電阻于一體的專門用于繼電器校驗的儀器，因此，一種多通道的直流中間繼電器自動校驗儀應運而生。

通過該儀器，可快速全自動校驗多個繼電器的各項參數，并通過上位機軟件加以顯示和保存，對不合格的繼電器實施報警，即避免了手動調壓和測量過程中的巨大誤差，又可大幅度提升效率，而且采用數據庫的保存方式還可避免數據造假的可能。通過對繼電器進行預判斷，從而減少不必要的由于繼電器誤動作、不動作或觸點接觸不良引起的回路故障。

2.1 使用過程

在現場校驗某一繼電器時，打開儀器，主菜單如圖1 所示。只需在接口板對應位置插好繼電器，在“標準設置”中設置好電壓的動作、返回值和觸電電阻的范圍，在“抽屜模式”中編輯好繼電器所屬的設備系統碼及繼電器編號，再點擊“確認”，即可啟動校驗，數秒之后就可完成一個繼電器的校驗，多個繼電器也可在極短時間內完成。校驗的結果可以在“校驗記錄”中查看。

圖1 繼電器自動校驗儀主菜單

2.1.1 抽屜模式

在現場工作需要校驗一個抽屜內部的部分中間繼電器時，可使用抽屜模式。抽屜模式需要輸入“抽屜位號”，即抽屜所在的設備系統碼，以及12 個通道中待插繼電器的繼電器編號，如圖2 所示。

圖2 抽屜模式

輸入完畢后，按下“確認”按鈕，儀器將自動識別插入的繼電器通道，自動解析已插入繼電器的電壓等級、觸點數量，并全自動對已插入繼電器的線圈電阻、NC常閉點電阻、動作電壓值、NO 常開點電阻、返回電壓值進行測量，測量完成后跳轉到顯示界面。

2.1.2 備件模式

在日常工作中，如果需要校驗非現場設備中的繼電器時，即不需要考慮抽屜位號及繼電器編號，此時可以采用“備件模式”，當插入待測繼電器后，點擊“備件模式”按鈕后，儀器將自動識別已插入繼電器（圖3）。之后的操作及結果與“抽屜模式”相同。

圖3 備件模式

2.1.3 歷史記錄

點擊“校驗記錄”按鈕后，屏幕將跳轉至測試數據組總覽界面，一行對應著同一時間測試的一組共12 通道的測試數據，無繼電器的以“-”顯示，是否合格會有單獨標注。

點擊“切換”后，可以查看繼電器對應的抽屜編號、通道號、繼電器編號、各個測試結果和校驗日期時間等詳細數據。

點擊“導出”，可將匯總數據表格導出到TF 卡中，以導出日期和時間命名。

2.1.4 標準設置

在“標準設置”界面，可設置NC/NO 觸點的不合格閾值、動作電壓閾值百分數、返回電壓閾值百分數，各待測繼電器的額定電壓，儀器自動識別，無需輸入或指定。

2.1.5 系統設置

在系統設置界面，可進行標準電阻測試比對，通過測量結果與實際標準比對，可判斷儀器內部采樣電路是否異常，還可以進行顯示日期設置。

2.2 構成及功能

繼電器自動校驗儀由主控板、繼電器接口板、HMI觸摸屏、大容量鋰電池、電源適配器、TF 卡導出等部分組成（圖4）。

圖4 繼電器自動校驗儀硬件組成

2.2.1 主控板

主控板負責繼電器自動校驗儀的所有邏輯控制和數據采樣，通過單片機及片內邏輯程序的有序執行，結合人機交互和觸摸屏按鍵，可控制相關板內電路驅動待測繼電器動作釋放，獲取待測繼電器的動作電壓、返回電壓、NC 常閉觸點接觸電阻、NO 常開觸點閉合后的接觸電阻以及線圈直阻值。板內設計EEPROM 存儲設定參數，通過與設定值相比較，可判定待測繼電器是否合格，并將數據和結果上傳到觸摸屏顯示屏中。此外，為避免繼電器短路或其他故障，主控板設計了諸如過流保護、電池低電壓保護等保護電路，為保證測試結果的準確性，主控板內高精度采樣電路可將電壓精度控制在0.5%之內、電阻精度控制在0.1%之內。

2.2.2 繼電器接口板

針對現場設備最常見的繼電器型號，繼電器接口板提供了12 個通道的繼電器底座及采樣電路，12 路采樣通道包括3 種類型：四副點4 個，二副點5 個，三副點4 個。因繼電器底座存在多次插拔后夾緊力變小的情況，當發現該問題后，因該接口板成本較低，可直接更換接口板即可，無需更換整機，節約成本。

2.2.3 HMI 觸摸屏

為減輕單片機的顯示數據交換的負擔，提高采樣精度和速度，本機選用分辨率為1024×600的10.1 英寸商業型電容觸摸串口屏。

2.2.4 大容量鋰電池

為更加便攜和可操作性，儀器采用10 A·h 的大容量鋰電池進行供電，可滿足現場連續滿負載測量至少5 h 的需求，具有內阻小、容量大、循環次數多、無記憶效應、防爆等優點。

2.2.5 電源適配器

電源適配器與大容量鋰電池相連，為鋰電池充電的同時可為儀器供電，具體參數為：輸入電壓：交流AC 100～240 V 50/60 Hz，輸出電壓：直流DC 18 V，輸出電流：5A，電壓精度：±5%（空載），插頭樣式：推拉自鎖式航空插頭。

2.2.6 TF 卡導出TF 卡與HMI 觸摸屏相連，通過觸摸屏按鈕可將測試數據導出到TF 卡中。

2.3 軟件流程

（1）“抽屜模式”“備件模式”“校驗記錄”及“導出操作”流程如圖5 所示。

圖5 “抽屜模式”“備件模式”“校驗記錄”及“導出操作”流程

（2）“標準設置”流程如圖6 所示。

圖6 “標準設置”流程

（3）儀器自身數據通道準確度校驗流程如圖7 所示。

圖7 通道校驗流程

3 結束語

采用多通道直流中間繼電器自動校驗儀，可以在短時間內完成多個繼電器的校驗工作，提高現場校驗效率。尤其是在大修期間，該儀器可以連續使用至少5 h，也可以接上電源適配器邊充電邊使用，為大修的掃盤工作提供了極大的推動作用。通過中間繼電器的全自動校驗，減少了因中間繼電器的老化故障引起的系統回路故障，對現場設備的安全運行，以及機組的安全運行有著極其重要的意義。