基于電壓檢測的刀閘控制回路監(jiān)測方法及裝置

吳洪波，董明楓，邊育棟，張志康

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

刀閘遙控故障是倒閘操作中遇到的最多也是最常見的故障[1]。刀閘遙控故障分機(jī)械故障和控制回路故障，控制回路故障約占半數(shù)[2]。不同于斷路器具備完善的斷路器控制回路斷線監(jiān)視回路，目前很多刀閘控制回路沒有監(jiān)視回路。由于刀閘機(jī)構(gòu)箱大多在戶外高壓場地，刀閘控制回路較為復(fù)雜，精確定位故障點難度大，要求消缺人員有較高的專業(yè)技術(shù)水平[3]。目前基于人工判斷為主的控制回路故障定位、消缺方法，效率低下，對消缺人員技術(shù)要求較高，不具備普適性。

針對上述情況，提出基于可編程式刀閘控制回路的實時監(jiān)測方法，依次采集控制回路各節(jié)點電壓，通過對個采集電壓點的實測值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對比，得出各采集點電壓的狀態(tài)值，并綜合各采集點狀態(tài)值快速判斷刀閘控制回路狀態(tài)、故障位置。

1 刀閘控制回路介紹

1.1 刀閘控制回路

刀閘控制回路主要包括控制電源、內(nèi)部閉鎖元件、外部閉鎖回路3 個部分（圖1）。

圖1 刀閘控制回路

1.2 刀閘控制回路狀態(tài)分類

根據(jù)回路各部分投入情況，將回路狀態(tài)分為4 種：

（1）運(yùn)行狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件未滿足的狀態(tài)。

（2）預(yù)操作狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)。此狀態(tài)下，遠(yuǎn)控接點一經(jīng)閉合即可使分/合閘接觸器動作。

（3）操作狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)下，刀閘控制回路接收到遠(yuǎn)方操作命令后進(jìn)入該狀態(tài)，直至刀閘操作結(jié)束。

（4）故障狀態(tài)：指在控制電源異常或內(nèi)部閉鎖元件異常的狀態(tài)。

2 刀閘控制回路分析方法

對刀閘控制回路分析采用以下方法：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化定義：對刀閘控制回路進(jìn)行分類、歸納，將刀閘控制回路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，包括刀閘控制回路組成及分類、狀態(tài)分類、監(jiān)視點定義及分類等。

（2）電壓分類采集：按照標(biāo)準(zhǔn)化的定義，裝置采用在線監(jiān)測方法，對監(jiān)視點電壓進(jìn)行分類采集，得到各監(jiān)視點的電壓實測值。

（3）監(jiān)視點電壓分析：通過對各監(jiān)視點的實測值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對比分析，得出各監(jiān)視點的狀態(tài)值。

（4）回路節(jié)點分析：通過綜合分析各監(jiān)視點的狀態(tài)值，得出刀閘控制回路各節(jié)點狀態(tài)。

（5）內(nèi)部信號定義及分析：定義內(nèi)部信號，并通過綜合分析回路狀態(tài)情況，賦值各內(nèi)部信號。

（6）信號輸出及存儲：定義輸出信號，并根據(jù)內(nèi)部信號動作情況觸發(fā)信號輸出，從而實現(xiàn)刀閘控制回路實時監(jiān)視。

3 刀閘控制回路監(jiān)測裝置及實現(xiàn)

3.1 裝置采集模塊

3.1.1 刀閘控制回路監(jiān)視點定義及分類

監(jiān)視點定義：回路上采集電壓的節(jié)點，并可利用采集到的電壓進(jìn)行分析以監(jiān)視回路狀態(tài)。為清晰說明監(jiān)視點所處位置，結(jié)合圖1 進(jìn)行說明，包括5 類共14 個監(jiān)視點。

（1）第1 類為電源監(jiān)視接點，包括電機(jī)電源、操作電源。

（3）第3 類為內(nèi)部閉鎖接點監(jiān)視，包括分閘接觸器輔助接點、合閘接觸器輔助接點（KM1-1）、分位行程開關(guān)（SL1-1）、合位行程開關(guān)（SL2-1）、手動連鎖輔助接點（SL3-2）、電機(jī)保護(hù)繼電器輔助接點（GDH-2）、急停按鈕輔助接點（SB2-2），共7 個。

（4）第4 類為遠(yuǎn)控命令監(jiān)視點，包括遠(yuǎn)控合接點（10）、遠(yuǎn)控分接點（11）。

（5）第5 類為動作過程監(jiān)視點，即分、合閘回路自保持接點，包括分閘接觸器輔助接點（KM2-14）、合閘接觸器輔助接點（KM1-14）。

3.1.2 電壓采集技術(shù)實施

采用小PT、在線監(jiān)測的方式，每路監(jiān)視點獨(dú)立采集。監(jiān)視點按第4 類、第5 類、第1 類、第2 類、第3 類的順序依次接入采集模塊。

3.2 綜合分析流程（圖2）

圖2 綜合分析流程

3.2.1 監(jiān)視點電壓分析

The charge stored in the space charge region was given as follows:

變電站刀閘控制回路控制電源為AC 220 V，在控制回路投入運(yùn)行的情況下，各監(jiān)視點的測量電壓大小（對N 端）應(yīng)為AC 220 V（標(biāo)準(zhǔn)電氣值）。如控制回路某些節(jié)點出現(xiàn)斷線，其對應(yīng)監(jiān)視點測量電壓則會出現(xiàn)異常，一般異常現(xiàn)象為每次測量電壓波動較大，大小在0～220 V。因此通過采集各監(jiān)視點電壓的連續(xù)3 次采集電壓的大小，并與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對比分析，可以判斷監(jiān)視點狀態(tài)值。

3.2.2 節(jié)點狀態(tài)分析

定義包括遠(yuǎn)方分閘命令、遠(yuǎn)方合閘命令、分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)、電機(jī)電源狀態(tài)、控制電源狀態(tài)、外部閉鎖回路狀態(tài)、接觸器接點狀態(tài)斷路器行程開關(guān)狀態(tài)、手動連鎖狀態(tài)、電機(jī)保護(hù)狀態(tài)、急停按鈕狀態(tài)、內(nèi)部閉鎖回路狀態(tài)等14 個節(jié)點。通過綜合分析監(jiān)視點是否滿足判斷依據(jù)，可以得出刀閘控制回路各節(jié)點的狀態(tài)。

3.2.3 內(nèi)部信號定義及分析

（1）定義及初步分析。定義包括電機(jī)電源故障、控制電源故障、外部閉鎖、內(nèi)部閉鎖、分閘操作啟動、合閘操作啟動、接觸器故障、接觸器接點故障、斷路器行程開關(guān)故障、手動連鎖故障、電機(jī)保護(hù)繼電器故障、急停按鈕輔助故障、刀閘可控、控制回路斷線等共14 個內(nèi)部信號。通過綜合分析各節(jié)點狀態(tài)，可以得到前面12 個信號的狀態(tài)值。而“刀閘可控”、“控制回路斷線”兩個信號需具體結(jié)合刀閘運(yùn)行狀態(tài)做進(jìn)一步判斷。

（2）進(jìn)階分析。在進(jìn)行初步信號賦值后，裝置根據(jù)各節(jié)點分析結(jié)果，對刀閘控制回路狀態(tài)進(jìn)行判斷，并在不同狀態(tài)下進(jìn)行內(nèi)部信號進(jìn)階分析，并進(jìn)行信號輸出及存儲。

運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)操作狀態(tài)：①如電機(jī)電源狀態(tài)正常，則“刀閘可控”信號為動作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。

操作狀態(tài)：①如電機(jī)電源狀態(tài)正常，則“刀閘可控”信號為動作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。③如遠(yuǎn)方分閘命令動作，則“分閘操作啟動”信號為動作態(tài)，“合閘操作啟動”信號為復(fù)歸態(tài)；如收到遠(yuǎn)方合閘命令，則“合閘操作啟動”信號為動作態(tài)，“合閘操作啟動”信號為復(fù)歸態(tài)；以上信號狀態(tài)更新完成后，進(jìn)行該狀態(tài)下的第一次信號輸出及存儲。完成信息輸出及存儲，延時1 s 后，對分、合閘接觸器輔助接點監(jiān)視點進(jìn)行3 輪電壓采集，并進(jìn)行分析判斷，得出分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)。最后通過分閘繼電器或合閘繼電器是否仍處于動作狀態(tài)，分析繼電器自保持情況是否正常，對信號狀態(tài)進(jìn)行以下更新；④如分閘接觸器與合閘接觸器動作均未動作，則“接觸器故障”信號為動作態(tài)；否則“接觸器故障”信號為復(fù)歸態(tài)。

以上信號狀態(tài)更新完成后，進(jìn)行該狀態(tài)下的第二次信號輸出及存儲。

故障狀態(tài)：①“刀閘可控”信號為復(fù)歸態(tài)。②控制電源狀態(tài)異常或內(nèi)部閉鎖回路狀態(tài)異常時，“控制回路斷線”為動作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。

3.3 信號輸出

定義6 個輸出信號，包括倒刀閘可控、操作啟動、電機(jī)/控制電源故障、閉鎖回路斷線、控制回路斷線、接觸器故障，并根據(jù)內(nèi)部信號動作情況，對輸出信號賦值。輸出信號動作條件見表1。

表1 輸出信號動作條件

4 現(xiàn)場實施效果

2022 年9 月，將監(jiān)測裝置安裝應(yīng)用在1 座110 kV 變電站的2 個線路隔離開關(guān)上，并進(jìn)行監(jiān)視點故障模擬試驗20 次，該裝置均能監(jiān)測出刀閘控制回路故障，并定位故障點為隔離開關(guān)故障。

5 結(jié)束語

根據(jù)二次回路故障定位原理、裝置模塊設(shè)計測試，以及現(xiàn)場實施效果。得出如下結(jié)論：

（1）設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，對刀閘控制回路進(jìn)行監(jiān)視，對控制回路斷線發(fā)出告警，提前發(fā)現(xiàn)問題。

（2）在刀閘操作過程中，利用監(jiān)視節(jié)點數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位控制回路故障位置，提高故障查找效率。

（3）在刀閘操作過程中，實時監(jiān)視刀閘控制回路的遠(yuǎn)控接點是否有效動作，為刀閘遙控失敗排除外部原因，精準(zhǔn)定位故障范圍，降低排查難度，提高故障查找效率。

（4）在刀閘操作過程中，監(jiān)視刀閘動作過程，跟蹤分/合閘繼電器是否存在異常現(xiàn)象，準(zhǔn)確定位故障點。

（5）裝置在設(shè)備運(yùn)行及操作狀態(tài)下，均能監(jiān)視、判斷控制回路狀態(tài)，當(dāng)故障消除時，能夠通過自檢功能判斷故障消除是否準(zhǔn)確、完全，不需要通過操作驗證。

實際應(yīng)用結(jié)果表明，采用該裝置能夠快速定位隔離開關(guān)二次回路的故障位置，為作業(yè)人員現(xiàn)場處理故障提供幫助，保障電網(wǎng)供電可靠性。