牽引變電所電壓互感器監測和自動倒閘裝置的研究

黃曉文 上海鐵路局杭州供電段

當前鐵道牽引變電所母線主備電壓互感器自動倒閘經常出現不成功現象（見圖1中3YH和5YH為C相互為主備，4YH和6YH為B相互為主備），嚴重危及牽引供電安全運行。

圖1 牽引變電所一次原理圖

比如：由于備用壓互已發生故障卻沒有及時發現，而主壓互再發生故障，就會引起壓互母線失壓故障，導致保護的動作。另外，現有壓互自動倒閘的閥值電壓低于低壓過流保護電壓值，所以如果互感器的高壓熔斷器出現熔斷時，電壓是從27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此時線路有大的負載取流，可能引起低壓過流保護動作，造成全所停電故障。

圖2 現有母線B相電壓互感器二次接線圖

牽引變電所現有的電壓互感器自動倒閘裝置的功能原理如圖2所示。以下只討論B相，C相類似。1-3YJ和4YJ為倒閘動作線圈，線圈的動作電壓只能設置一個閥值點，如16.7kV（對應的母線電壓換算值）。如果4YH的母線電壓大于16.7kV，則1-3YJ線圈得電，壓互母線YMB的電壓由4YH提供；如果小于16.7kV，則1-3YJ線圈失電，壓互母線YMB的電壓由6YH提供，即倒閘動作只有一個閥值點。而且變電所遙測監視只能監視到YMB和YMC的電壓，而沒有監視到備用壓互的電壓。當備壓互（如6YH）高壓熔斷器等故障發生時，沒有任何報警信息輸出，無法及時處理。如果以后主壓互（如4YH）又由于高壓熔斷器等故障發生時，現有的倒閘裝置會自動投到備壓互（如6YH），而備壓互（如6YH）已經發生故障，因此導致壓互母線YMB失壓而導致保護動作，引起全所停電。另一種情況，如果當前使用4YH，而4YH的高壓熔器出現熔斷時，電壓是從27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此時線路有大的負載取流，可能引起低壓過流保護動作，造成全所停電故障。

1 課題目標

研制出一套智能化的裝置，對現有變電所不改變原有壓互二次回路原理上進行補充完善，它應具有下述功能：

(1)能夠實時監控牽引變電所內全部四個電壓互感器的電壓，解決備用壓互沒有實時監視的問題。

(2)當任何一個壓互電壓低于設定值（如19kV），在當地立刻發出聲光報警，提示值班員進行故障確認；同時自動通知供電段調度后臺，做到故障提前預警，避免錯誤的保護判斷發生。

(3)當主用壓互電壓下降到低壓過流保護整定值之前，判斷如果備用壓互電壓是正確的，則保護母壓自動切換到備用壓互，提前對故障壓互采取切換。

(4)裝置提供對站地址、報警設定值和互投設定值改寫的界面，提供故障處理的界面。

(5)裝置具有對任何參數設定、壓互互投事件記錄功能。

(6)裝置具有自檢功能，通信具有自愈功能。

(7)納入遠動系統，調度后臺能夠實時監視全部四個壓互的電壓值、保護母壓使用哪一個壓互，以及報警設定值、互投設定值和事件記錄報表。

2 研制方案

該研制的壓互監測和自動互投裝置，采用微機保護的SCADA方式，對變電所內27.5kV母線電壓的四個壓互實時監測，并可以設置兩個動作閥值電壓，在發生低壓過流保護之前就提前互投，主備壓互一旦發生故障立即報警；同時通過GPRS網絡實時通知調度，或者通過RS485、CAN或以太網網連接到變電所綜自網絡或其它間隔層網絡中（預留）。

3 技術特點

(1)本裝置是對原有牽引變電所的完善和補充，它的使用不改變原有變電所壓互二次回路的功能，維護或更換本設備不對原有設備造成影響。

(2)本裝置采用12位AD，利用DSP技術和交流采樣算法對壓互電壓進行計算和互投算法的實現。

(3)采用 TI的 TMS320F2812（32 位 DSP）芯片，和 TI的DSP/BIOS嵌入式實時操作系統，實現多任務模塊化編程。

(4)裝置采用母板/板卡式結構，結構靈活，便于擴展。

(5)采用GPRS和短消息兩種無線通信方式。

4 技術創新點

(1)智能化：完善的自檢電路，配合自檢程序在上電和運行中實現自檢；雙冗余設備，故障時自動切換并發送故障報告。

(2)合理的任務管理機制：采用嵌入式實時操作系統，增強多任務的協調能力。

(3)多種協議多種物理接口選擇：提供GPRS和短消息兩種協議可以選擇來實現無線數據通信；另外在當地提供不同接口（RS485/422接口、CAN接口、以太網口）選擇。

(4)功能模塊化，為用戶根據現場設備的變更隨時修改互投參數功能。

5 結論

通常的智能化系統一般采用兩種：電力載波和有線網絡通信方式。電力載波易受無線電信號、電磁信號、脈沖信號的干擾，導致傳輸數據錯碼、丟碼的情況。網絡通信方式則需要敷設通信電纜，對于遠程監控改造項目，存在零散的分布點很多而每個點設備不多的現狀，采用這種方式投資過大。本項目采用基于無線分組業務(General Packet Radio Service，GPRS)的數據傳輸通道，不僅可以準確的傳輸數據，而且避免了復雜的綜合布線工程。

本系統將牽引變電所現有的電壓互感器和倒閘裝置進行了智能化改造。采用先進的計算機技術、通信技術、信息集成技術，實時監控設備的運行狀態，在線式的掌握主備電壓互感器的運行情況，提供遠程數據傳輸，低壓過流保護閉鎖、解鎖功能，實時采樣監視電壓和電流的有效值，通過結合并優化保護算法，實現主備壓互的切換互投。改變了原有設備無法實時監視并且在切換時無法預知另外設備狀態的弊端，并可以通過設定相關的值，對可能出現的故障進行監控和實時報警。

該系統的實現，可廣泛用于電力調度自動化系統、集控站自動化系統、水電調度自動化系統、鐵路監控自動化系統中。作為新一代的電壓監測和自動互換裝置，系統支持GPRS和GSM短信功能，可以在GPRS網絡出現故障時，自動將報警信息以短信的形式發送給相關人員。系統使用靈活，智能化程度高。