上个月新建110kV变电站验收，调试单位的小伙子问我：这玩意儿往保护柜上一接，怎么就能把三相短路、转换性故障、重合闸全都演一遍？我说你把它想成一个能编程的电源加上一块秒表，剩下的都是软件的事。

一、整机就三大部分

1. 波形发生：：主机用DSP做实时运算，把你要的幅值、频率、相位算成一串离散点，交给高分辨率数模转换芯片，出来的是阶梯很细的正弦波，频率范围基波能到0到1000Hz。

2. 功率放大：：数模出来的信号只有几伏、几毫安，带不动继电器。后面接模块式线性功放，把电压抬到0到120V每相，电流抬到0到30A每相，这一步决定波形好不好看。

第三部分是开入开出和时间测量。十路开入接保护的出口接点，八对开出模拟断路器位置，时间测量精度0.1ms，从加量开始计时到接点翻转，这段时间就是动作时间。

二、交流量是怎么造出来的

1. 幅值相位任意设：：你在软件里填三相电压57.7V、三相电流5A、功率因数0.8，DSP就按这个去算波形。相电压0到120V、线电压0到240V，精度0.2级，输出功率80VA和100VA。

2. 谐波叠加：：在基波上叠2到20次谐波，每次的幅值和相位单独设。做变压器励磁涌流的二次谐波制动、做谐波制动的差动保护，靠的就是这个功能。

这里有个关键：谐波次数和基波频率是绑定的。基波做到1000Hz、谐波叠到20次，实际输出频率就上万了，功放带宽跟不上波形会削顶，所以参数表上的频率范围要认真看。

三、状态序列模拟真实故障

1. 九个状态排时序：：正常运行给额定电压电流，故障态把电压压到5V、电流抬到30A，跳闸后电流归零，重合闸再合上。每个状态的持续时间、触发条件单独设，最多排九个状态。

2. 触发方式：：可以按时长切换，也可以由开入变位触发，还能用GPS同步触发做双机联调。做备自投和快切试验，逻辑能不能走通全看状态排得对不对。

故障回放是另一种玩法：把现场录波文件导进去，仪器按采样点原样复现当时的电压电流，用来复现保护误动或者拒动，比人工凑故障量准得多。

四、时间测量和接点

1. 计时怎么走：：软件发出加量指令的同时启动计时，保护出口接点一动作，开入回路检测到变位，计时停。测量范围0.1ms到9999s，分辨率0.1ms，长延时反时限也能计。

2. 空接点和电位接点：：空接点由仪器内部24V供电、电流120mA；电位接点外部带电，0到+6V判0，+11V到+250V判1。智能识别的机型不用手动切换，接上就能用。

开入回路跟主机电源、功放电源是隔离的。这层隔离不做，现场合闸操作的干扰会窜进开入，计时就会乱跳，测出来的动作时间完全不可信。

五、数字量这一路怎么走

1. SV报文：：智能站的保护不接电缆，靠合并单元送来的采样值报文。测试仪直接组IEC 61850-9-2、DL/T 282、标准FT3、扩展FT3的帧发出去，光纤接口LC四个、ST四个。

2. GOOSE收发：：GOOSE能发也能收，发的模拟开关位置、闭锁信号，收的抓保护跳闸命令。配合U盘导入的SCD文件，通道对应关系自动对上，不用一个个通道去填。

对时这块，手持式支持GPS和北斗双模天线，也支持光串口对时。做跨间隔试验时，两台机器的时标必须对在一起，否则波形比对没有意义。

六、闭环和保护机制

1. 软件自诊断：：输出前先自检，发现过流、过压、短路直接闭锁输出，屏幕上报故障。功放过热也会先降额再停机，不会一上来就烧功率管。

2. 软件限时：：相电流长时间允许工作值是10A，超过10A软件自动启动限时，六相并联180A这一档允许工作时间只有10s。限时到点自动断开输出。

电源软启动也是一层保护，上电时电流缓慢爬升，避免冲击。所以说明书里反复强调，别在输出状态直接关机，也别频繁开关主机电源，都是这个道理。

七、为什么功放要线性的

1. 线性功放的特点：：模块式线性功放工作在放大区，输出波形平滑、失真小、响应快，做谐波和暂态波形还原度高。缺点是体积大、发热多，所以一体机做到19kg。

2. 开关型的问题：：开关型效率高、体积小，但载波噪声和开关尖峰去不干净，叠在小电流上会明显偏移。做0.5A以下的精确动作值，误差看得一清二楚。

所以挑选的时候，问一句功放是线性还是开关型，比问多少个功能模块更能看出这台机器的底子。

常见问答

问：继电保护测试仪输出的电压和电流是从哪儿来的，跟市电有关系吗？

答：没关系，是仪器自己生成的。DSP算出波形数据，数模转换变成模拟小信号，再经线性功放抬到相电压0到120V、相电流0到30A。市电只给仪器供电，输出的频率可以在0到1000Hz之间任意设，跟50Hz工频完全解耦。

问：为什么谐波次数只能叠到20次？

答：受功放带宽和采样率限制。基波50Hz时20次是1000Hz，基波频率再往上抬，20次谐波就到十几千赫，输出会明显衰减失真。做二次谐波制动、五次谐波这类常规判据，2到20次完全够用。

问：状态序列和故障回放有什么区别？

答：状态序列是人工编排的，一个状态一组稳态量，最多九个状态按时序或开入触发切换，适合做备自投、快切、重合闸逻辑。故障回放是把现场录波文件原样复现，波形逐点还原，适合复现保护误动拒动。两者配合用，逻辑和波形都能覆盖。

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