一種高性能安全型保護(hù)出口連接片異極性電位檢測裝置的研制

譚武光，楊家凱，周春波，李 杰，李家保

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，云南 昆明 650000；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000；3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000；4.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100）

0 引 言

220 kV及以上電壓等級(jí)的高壓交流輸變電和直流輸電系統(tǒng)中，線路和主要設(shè)備的保護(hù)都要求配置2～3套主保護(hù)及若干后備保護(hù)，以提高保護(hù)的安全可靠性。運(yùn)行中，當(dāng)一套保護(hù)故障或運(yùn)行方式變化需要退出更改保護(hù)定值時(shí)，需將運(yùn)行中的保護(hù)出口連接片退出，故障處理或定值修改完畢后投入運(yùn)行。若保護(hù)出口回路繼電器接點(diǎn)粘接，投入保護(hù)出口連接片可能使運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路以及高壓直流輸電跳閘或閉鎖，造成極大的功率損失，使電力系統(tǒng)負(fù)荷突然減少，造成大面積停電影響人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)拖跨電力系統(tǒng)，后果不堪設(shè)想。所以，在投入運(yùn)行保護(hù)出口連接片時(shí)，需要測量其兩側(cè)電位，有異極性電位時(shí)不能投入。檢查方法一般用萬用表測量，而測量過程中用錯(cuò)萬用表檔位和插孔導(dǎo)致電力事故的現(xiàn)象常常發(fā)生，即便是采用電壓相位表也發(fā)生過同樣的問題。為此，急需研制一種安全性高、內(nèi)阻大、靈敏高、體積小以及重量輕的測量裝置，用以可靠測量保護(hù)出口連接片兩端的異極性電位。

1 目前存在的現(xiàn)狀

目前，變電站的保護(hù)傳動(dòng)過程中用萬用表檢測保護(hù)出口信號(hào)。保護(hù)裝置出口連接片投入前用萬用表（或?qū)Ｓ秒妷罕恚z測保護(hù)出口連接片兩端電位，多次出現(xiàn)以下惡性事故事件。保護(hù)檢修做傳動(dòng)時(shí)，誤跳開分段（母聯(lián)）斷路器，中斷運(yùn)行中一段母線上的負(fù)荷供電；誤跳各側(cè)分段或內(nèi)橋斷路器使全站停電，對(duì)應(yīng)的母線中低壓側(cè)所供負(fù)荷中斷。

2 裝置電路原理

兩種不同的裝置電路結(jié)構(gòu)原理如圖1（a）和圖1（b）所示。

圖1 兩種不同的裝置電路結(jié)構(gòu)原理

圖1（a）包括運(yùn)算放大器OP，運(yùn)算放大器OP的兩側(cè)電源端4和8連接兩個(gè)串聯(lián)的充電鋰電池E1和E2，同相輸入端3連接檢測電阻R1和R2，反相輸入端2與輸出端1連接，輸出端1還通過限流電阻R4與兩個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管LED1（紅色）和LED2（藍(lán)色）的一端連接，兩個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管LED1和LED2另一端連接充電鋰電池E2正極和充電鋰電池E1負(fù)極，然后通過檢測電阻R3連接手持金屬接觸片S（與人體接觸點(diǎn)）。限流電阻R4為LED1和LED2的限流電阻。運(yùn)算放大器OP的輸入端還設(shè)有輸入端過壓保護(hù)裝置。過壓保護(hù)裝置為二極管D1和D2，二極管D1用于OP輸出端過電壓保護(hù)，當(dāng)OP的1腳電壓大于4.2 V時(shí)導(dǎo)通，保護(hù)了OP。二極管D2用于OP輸入端過電壓保護(hù)，當(dāng)OP的1腳電壓大于-4.2 V時(shí)導(dǎo)通，保護(hù)了OP。輸入端正極3與兩個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管LED1和LED2的另一端之間還設(shè)有一個(gè)檢測電阻R5。電阻R1、R2、R3以及R5組成了直流電壓檢測電路，阻值均為2.7 MΩ。探針P與手持接觸片之間的電壓大于7.6 V時(shí)，LED1（紅色）發(fā)光，電壓大于15 V時(shí)，LED1燈很亮。探針P與手持接觸片之間的電壓小-10 V時(shí)，LED2（藍(lán)色）發(fā)光，電壓低于-20 V時(shí)，LED2燈很亮。為了安全，將輸入回路的電阻10 MΩ拆分成4個(gè)2.7 MΩ電阻，電阻R1、R2以及R3（兩個(gè)2.7 MΩ電阻串聯(lián)）其中一支短路時(shí)，也不會(huì)使使用人員發(fā)生觸電的危險(xiǎn)。在下次檢測試驗(yàn)時(shí)，若P端和S端間直流電阻小于10 MΩ，則禁止使用。此外，輸入電壓高于LED1電壓（正向電壓降）時(shí)，發(fā)紅光，表示P端為正電位。輸入電壓低于LED2發(fā)光電壓（正向電壓降）時(shí)，發(fā)藍(lán)光，表示P端為負(fù)電位。當(dāng)LED1和LED2都發(fā)光時(shí)，表示P端接觸的是交流電。

圖1（b）中的電路由4個(gè)部分組成，DP為針式檢測探頭，S為手持金屬圓形片。第1部分與第2部分組成了分壓電壓，通過測量RW上的電壓來顯示DP點(diǎn)對(duì)S點(diǎn)的電壓。第1部分的作用是防止第2部分上的電壓過高而燒壞微型數(shù)字電壓表V。第2部分的作用是整個(gè)測量中不論是從DP流向S還是從S流向DP的電流，都使第2部分輸出端AB兩端始終保持著A端是正、B端是負(fù)的電壓方向，以便供第3分部電路測量使用，因?yàn)榈?部分只能測量輸入電壓Vin。第3部分是單片機(jī)微型數(shù)字電壓表，測量電壓范圍為0～500 V，分辨率為1 V，工作電壓為3.7 V的充電鋰電池。第4部分為測量電流極性指示電路。電路以NPN型小功率管為核心，測量的是正電壓，即DP為正電位。S與人體接觸時(shí)，測量電流由R1→R2→D3→RW→D2→三極管T的b極→三極管T的e極→S。這個(gè)微小的電流經(jīng)三極管T放大了150倍，LED1發(fā)出紅光，表示DP端檢測到的電位是正電位。指示保連接片不能投入，即DP為負(fù)電位，S與人體接觸時(shí)，測量電流由S→LED2→D4→D2→R2→R1，LED2電流大于2 μA時(shí)，LED2發(fā)出綠光，表示DP端檢測到的電位是負(fù)電位。同時(shí)，LED2發(fā)綠光，表示斷路器跳閘線圈與直流系統(tǒng)的負(fù)共連接回路是接通（完好）的。正常時(shí)跳閘線圈端的電位為-115 V，流過LED2的電流大于10 μA，指示非常明顯。

第1部分電路中，采用了R1和R2兩支5.1 MΩ的電阻串聯(lián)，提高了電路工作的可靠性。第2部分電路中，采用了4支1N60P二極管構(gòu)成的整電路，可以減小第3部分電路測量時(shí)電壓的誤差。第3部分電路中，K為電源開關(guān)，E2為單片機(jī)微型數(shù)字電壓表的工作電源，RW為可調(diào)電位器，可用來校準(zhǔn)測量電壓精度。第4部分中，電源E2給三極管T的c、e極間提供正向電流，使三極管能工作在放大b極電流的狀態(tài)下。正常情況下，三極管b極沒有電流，T是截止的，所以沒有必要裝電源開關(guān)的必要。

對(duì)比兩種裝置電路的功能，雖然都能滿足測量保護(hù)出口連接片兩端異極性電位引要求，但圖1（a）裝置功能單一，無數(shù)字顯示，在生產(chǎn)現(xiàn)場使用不便。

3 結(jié) 論

研制的帶指示燈的數(shù)顯保護(hù)出口連接片檢測裝置，可徹底消除使用萬用表測量保護(hù)出口連接片兩端異極性電位引起的保護(hù)出口連接片投入或檢修電氣設(shè)備后做保護(hù)傳動(dòng)時(shí)，誤跳斷路器的電力事故。徹底消除換流站閥冷卻保護(hù)檢修后投入運(yùn)行，可將保護(hù)裝置出口連接片的投入操作的安全性提高到100%，將操作時(shí)間縮短60%，改善電網(wǎng)的安全運(yùn)行指標(biāo)，提高供電可靠性。