小型水電站高壓開關實訓平臺的構建

范滌

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

小型水電站高壓開關實訓平臺的構建

范滌

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

摘要：依托浙江省示范建設實訓基地“發電廠及電氣自動化技術實訓基地”的建設，與發電廠仿真實訓中心一起進行總體構架，通過核心技術的研究，包括控制核心技術和發電廠仿真實訓中心共享技術，構建了基于仿真網絡控制的高壓開關實訓平臺。該實訓平臺可以為《水電站計算機監控技術》、《發電廠及電力系統》課程服務，具備電站職工培訓、職業技能鑒定、教師科研等多種功能，通過實際應用，效果良好，能夠有效提升學生的職業技能。

關鍵詞：實訓平臺；高壓開關；網絡控制；仿真

高職教育以培養“生產、管理、服務、建設的高素質技能型人才”為目標。高職院校必須通過強化實訓教學來培養學生的基本職業能力、專業職業能力、技術應用能力、創新能力等技能。培養學生的這些能力，必須要有實訓基礎平臺作支撐，而為“發電廠及電力系統”專業構建的浙江同濟科技職業學院高壓開關實訓平臺，是省特色建設專業“發電廠及電力系統”的核心、專業實訓室，也是浙江省示范實訓基地建設點：“發電廠及電氣自動化技術實訓基地”的核心建設內容。該實訓平臺可以為《水電站計算機監控技術》、《繼電保護和二次》課程服務，具備電站職工培訓、職業技能鑒定、教師科研等多種功能。因此，該實訓平臺的構建是非常的必要且很有價值。

1總體框架

實訓平臺按照典型農村水電站主接線進行設計，由2臺發電機組成；有8個控制臺控制開關和斷路器設備。如圖1所示。

2核心技術

2.1控制部分

2.1.1高壓斷路器的分類和用途

由于高壓斷路器具有較完善的滅弧裝置，能在較短的時間內熄滅電弧，可以在帶負荷的情況下，通和斷電路，因此，是一次電力系統設備中保護和控制的關鍵電氣設備，高壓斷路器是高壓電器中最重要的部分。在電網中起兩方面作用：

（1）控制作用，根據電網運行的需要，部分電氣設備、線路投入、退出運行；

（2）保護作用，即在電氣設備、電力線路發生故障時，繼電保護自動裝置跳閘信號發出，斷路器啟動，將迅速從電網中切除故障部分設備或線路，確保無故障部分在電網中正常運行。

高壓斷路器按滅弧介質的不同，可以分為：六氟化硫斷路器、油斷路器、磁吹斷路器、空氣斷路器等。

圖1實訓平臺總體框架圖

油斷路器逐漸被淘汰，由于維護成本較高，可靠性不如六氟化硫斷路器和真空斷路器，但仍有部分老電站在使用，因此，本實訓平臺配置了真空斷路器外，還配置了部分油斷路器。操動機構配置了電磁、彈簧操動機構。

2.1.2基本要求

（1）能夠由手動利用控制開關，對斷路器進行合、分閘的操作。

（2）滿足繼電保護裝置和自動裝置的要求。備用控制設備時，自動裝置能夠通過斷路器，自動投入運行該設備；當發生故障時，能夠將斷路器自動跳閘繼電保護裝置，切除故障。

（3）能夠反映斷路器的監視控制回路及實際位置的完好。

（4）合、分閘的操作在短時間內完成。由于跳閘線圈、合閘線圈都是按通過短時工作電流設計的，因此，合、分斷路器自動斷開。

（5）能夠防止斷路器短時間內，連續多次合分的跳躍發生現象。

2.1.3回路工作原理

工作原理如圖2所示。

圖2斷路器控制回路工作原理圖

（1）當處于跳閘狀態時

控制開關SA1手柄，處于自然中間位置，其觸點2-4、1-3斷開，斷路器常開觸點輔助斷開，斷路器常閉輔助觸點閉合，于是，位置分閘繼電器TWJ （KTP）、QF觸點常閉、合閘組成通路接觸器HC （KM）線圈，動作TWJ（KTP），其閉合常開觸點，亮綠燈HG（PG）。一方面表示斷路器處于跳閘狀態，另一方面表示合閘回路與控制電源完好。同時注意，雖然此時有電流通過HC（KM）線圈中，但因回路中的TWJ（KTP）串接有較大阻抗，則大部分電壓降落在控制電源的分閘繼電器位置上，而HC（KM）上只有很小電壓，所以不會動作合閘接觸器。

（2）合閘過程

手動合閘：順時針轉45°SA1手柄，此時2-4接通觸點，短路分閘位置繼電器，滅綠燈，起動HC （KM），其二閉合帶滅弧的常開觸點，合閘線圈YC起動，合閘斷路器。斷路器合閘后，打開其輔助常閉觸點，合閘回路自動切斷；閉合輔助常開，此時，繼電器合閘位置HWJ（KCP）、繼電器防跳TBJ（K3）、分閘線圈YT、通路斷路器輔助常開觸點組成，動作HWJ （KCP），閉合其常開觸點，亮紅燈HR（PR）。一方面表示斷路器在合閘位置，另一方面表示控制電源與跳閘回路完好。同時應注意：雖然此時有電流通過跳閘線圈YT中，但因回路中有較大阻抗的位置合閘繼電器，故通過YT上的很小電流，不會使斷路器跳閘。

（3）跳閘過程

手動跳閘：逆時針轉45°SA1手柄，此時接通觸點1-3，短接合閘位置繼電器HWJ（KCP），滅紅燈，將YT線圈上加全部直流控制電壓，此時，YT線圈中通過足夠大的電流，使斷路器跳閘。斷路器跳閘后，打開其輔助常開觸點，跳閘回路自動切除；閉合輔助常閉觸點，亮綠燈。

在控制回路中，串接斷路器輔助觸點目的是：①在操作任務完成后，跳、合閘回路迅速切斷，保證YC 和YT線圈短時通電的要求；②用輔助觸點來斷開電感回路，保護繼電器觸點和控制開關。③斷路器的分、合位置指示。

（4）防跳過程

當利用合閘控制開關SA1時，如合在短路故障上，將動作繼電保護，閉合其出口繼電器KOU觸點，使斷路器跳閘。同時跳閘電流也流過防跳繼電器TBJ（K3）的電流線圈。使TBJ（K3）動作，其常閉觸點斷開合閘回路，常開觸點閉合接通TBJ（K3）的電壓線圈。此時，若因故未斷開控制開關SA1的觸點，則將自保持TBJ（K3）電壓線圈，始終打開防跳繼電器常閉觸點，合閘回路切斷了，使不能再次合閘斷路器。只有當解除合閘脈沖，使防跳繼電器電壓線圈失電，控制回路才恢復到跳閘狀態。這樣就能防止斷路器出現多次的“跳—合”現象。

2.1.4信號裝置

（1）信號裝置的分類

小型水電站信號可分為位置信號、事故信號、預告信號。

1）位置信號，指示電站內各種設備的位置狀態。如表示斷路器在合閘狀態用紅燈，表示斷路器在分閘狀態用綠信號。當機組具備開機條件時，亮白燈，告訴運行人員機組處于等待開機狀態。

2）事故信號，表示水電站發生了嚴重的不正常情況。事故信號采用電笛（或稱為蜂鳴器）發出的音響。如發電機過電壓、主變差動、勵磁消失等。

3）預告信號，反映機組或設備運行時出現不正常的運行狀態。如：過負荷、消失操作電源、轉子一點接地等。發生這些不正常情況后，在一般情況下，設備還能繼續運行一段時間，但應及時采取措施消除。采用電鈴發出音響預告信號，并要求預告信號延時發出音響。

（2）中央信號方式

為了可靠、及時、詳細地顯示設備故障和事故，水電站中通常采用3種相互配合、相互關聯的信號方式，即光字信號、音響信號、掉牌信號。

1）音響信號是由電笛或電鈴發出的，為了最大限度地引起運行人員注意。

2）光字信號由裝于控制屏（或控制臺）上光字牌實現，在每個光字牌寫明設備事故（或故障）的類別或分項名稱。

3）掉牌信號由裝在保護屏上的信號繼電器實現。

（3）中央復歸能重復動作的信號裝置

目前，在水電站中，中央復歸能重復動作的信號裝置被廣泛采用。當水電站發生了第一個事故（或故障）時，發出了音響信號，并亮光字牌；能自動解除音響。在音響信號已切除而光字信號尚未切除期間，若又發生第二個事故（或故障）時，則能重復動作音響。動作過程如圖3所示。

圖3中央復歸能重復動作原理圖

當控制電源消失，或斷路器在合閘位置時跳閘回路不通，或斷路器在跳閘位置時合閘回路不通等情況下，合閘位置HWJ（KCP）與跳閘位置繼電器TWJ（KTP）的線圈同時斷電，它們的常閉觸點均閉合，使光字牌GP亮。同時，這個突變電流通過沖擊繼電器XWJ，使XWJ動作，接通時間繼電器KT線圈回路，使KT動作，其瞬時常開觸點閉合，接通1KA線圈回路，其一付常開觸點閉合用于自保，另一付常開觸點閉合接通電鈴（或蜂鳴器）發出音響。經過一定時間延時后，時間繼電器延時閉合觸點閉合，接通2KA線圈回路，其常開觸點閉合切除沖擊繼電器，使信號裝置復歸，為下一個事故（或故障）發信號作準備。

（4）信號電源監視回路

中央信號裝置能反映水電站中所有的信號，然而，當信號母線的熔絲熔斷時，中央信號將失去作用。為此專門設立一個信號電源監視回路，用來監視信號電源是否正常。動作過程如圖4所示。

圖4信號電源監視回路控制圖

當信號回路失去電源時，其失電返回監視繼電器KA，其常閉觸點閉合，使電鈴2HA響，亮白色指示燈HW（PW）。運行人員應首先按下按鈕SB3，音響信號解除，并通過SB3的自保持線圈進行自鎖，但仍亮白燈，直至恢復信號電源后，KA起動，復歸監視回路。

本實訓平臺可以對學生進行實訓，學生通過控制臺的二次回路配線，對斷路器進行分、合閘操作及信號回路的動作過程，能夠加深理解斷路器電氣控制回路和信號回路的工作原理，熟悉電氣設備的動

作過程，學會閱讀安裝接線圖并能按圖正確接線，掌握屏后軟線配線工藝要求，了解分析和排除故障的方法等。也可以進行斷路器的拆、裝實訓。

2.2與發電廠仿真實訓中心共享技術

本實訓平臺可以連接發電廠仿真實訓中心，即將發電廠仿真實訓中心操作箱的跳閘信號、合閘信號及公共線連接到圖2中的109、113和102，就可以組成完整的水電站系統，學生可以進行下列實訓：停機解列的操作、發電機手動和自動開機的并網、發電廠的倒閘操作、直流系統接地點的查找、直流系統的運行與維護、蓄電池充放電、發電廠電氣設備運行及常規檢查、電氣設備故障判斷及分析、發電機和變壓器運行電參數和非電量的測量、電氣二次回路接線及調試、電氣二次回路的故障排除、發電廠電氣設備主電路的接線及調試、微機監控的操作、計算機監控系統的維護、計算機監控回路的故障排除、計算機監控現地PLC的監測與控制。

3結語

學生通過該實訓平臺的實際操作訓練，感受到了發電廠真實的工作環境、工作性質、工作內容和工作職責，樹立了安全操作基本理念，并初步掌握發電廠操作流程、一般故障的分析、判斷、排除能力，為今后從事發電廠電氣值班員、繼電維修、監控操作及安裝與調試等工作打下扎實基礎。同時也培養了學生吃苦耐勞、認真負責、敬業踏實、細心嚴謹的職業素養和良好的團隊協作精神以及溝通能力。

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中圖分類號：TM133

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0018-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.007

收稿日期：2015-05-03

作者簡介：范滌（1965-），男，高級實驗師，主要研究方向：發電廠及電力系統技能實訓。