基于弱電的斷路器控制回路仿真裝置的設(shè)計(jì)

任婷會(huì)，陳雪亮（.天津液化天然氣有限責(zé)任公司，天津300457； .武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

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基于弱電的斷路器控制回路仿真裝置的設(shè)計(jì)

任婷會(huì)1，陳雪亮2
（1.天津液化天然氣有限責(zé)任公司，天津300457； 2.武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)高校教學(xué)用的變電站二次回路仿真實(shí)驗(yàn)裝置缺乏的現(xiàn)狀，研發(fā)出一套基于弱電的斷路器控制回路仿真裝置。該仿真裝置的電源采用弱電48V，斷路器控制回路由各種繼電器和接觸器構(gòu)成，可以模擬斷路器的控制操作和觀察動(dòng)作現(xiàn)象，滿足學(xué)生實(shí)踐操作的需要，有效提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手操作技能。

關(guān)鍵詞：弱電斷路器控制回路仿真裝置

0　引言

目前企業(yè)對(duì)寬口徑復(fù)合型高級(jí)技術(shù)人才的需求日益迫切，更看重相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力，這就要求高校在人才培養(yǎng)方面更加注重學(xué)生操作能力的培養(yǎng)。電力系統(tǒng)的特殊性決定了電力系統(tǒng)的事故和異常不能在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備上進(jìn)行預(yù)演，而對(duì)于電氣類專業(yè)的學(xué)生，要想更好地了解事故和異?，F(xiàn)象，能理論聯(lián)系實(shí)際，就需要相應(yīng)的變電站仿真系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)裝置。因此，基于電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)裝置的研究在高校的教學(xué)研究工作中具有十分重要的意義。

目前我國(guó)生產(chǎn)變電站仿真系統(tǒng)的廠家較多，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，且主要是針對(duì)變電站值班員、監(jiān)控人員、電網(wǎng)調(diào)度人員及相關(guān)生產(chǎn)管理人員研發(fā)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能集中強(qiáng)大，不適合高校學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和操作［1-4］。而該裝置是專門針對(duì)電氣類專業(yè)的學(xué)生而研發(fā)的，能完成《工廠供電》、《發(fā)電廠及變電站的二次回路》等專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)。該裝置由繼電器和接觸器等電器元器件組成電路，可實(shí)現(xiàn)斷路器的就地操作和模擬遠(yuǎn)方操作，同時(shí)以信號(hào)的形式顯示斷路器的工作狀態(tài)。提高學(xué)生的動(dòng)手操作技能，解決相關(guān)專業(yè)學(xué)生懂理論卻無法實(shí)踐的難題，滿足企業(yè)注重學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力的要求。

1　實(shí)驗(yàn)裝置電路設(shè)計(jì)

由于高壓斷路器開關(guān)柜價(jià)格較高，斷路器的控制回路電壓是直流220V，直流220V的電源在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的成本很高。為此采用接觸器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、各種按鈕和信號(hào)燈、控制開關(guān)等元器件設(shè)計(jì)了斷路器的控制回路［5］，且控制回路電壓采用直流48V的弱電電壓。該實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了斷路器的基本操作功能，能觀察操作現(xiàn)象，學(xué)生能更好的理解繼電器和接觸器的功能，且成本低，弱電的電壓等級(jí)保證了設(shè)備和學(xué)生的人身安全。

斷路器控制信號(hào)電路如圖1和圖2所示。

圖2　斷路器控制信號(hào)電路（2）

圖1和圖2中FU1-FU4為熔斷器，SB1-SB3為按鈕，KT1-KT4為時(shí)間繼電器，KC1-KC2為中間繼電器，KM1-KM2為接觸器，SA為斷路器的手動(dòng)控制開關(guān)，DX為閃光繼電器，GN、RD 和WH分別為綠色、紅色和白色信號(hào)燈，KCC和KCT分別為合閘位繼電器和跳閘位繼電器，KCA1為事故啟動(dòng)回路的中間繼電器，M100（+）為閃光小母線。

在斷路器的控制信號(hào)電路的設(shè)計(jì)中，為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，電路中采用了接觸器KM1-KM2，接觸器閉合和斷開時(shí)聲音更接近斷路器，現(xiàn)象更逼真。 由于不同繼電器和接觸器的固有動(dòng)作時(shí)間不同，為了確保合閘接觸器KM1得電動(dòng)作時(shí)跳閘接觸器KM2失電，或跳閘接觸器KM2得電動(dòng)作時(shí)合閘接觸器KM1失電，時(shí)間繼電器KT1-KT4的常開觸點(diǎn)采用了延時(shí)。閃光回路中信號(hào)燈WH和電阻R4參數(shù)的選擇是電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2　實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理

該實(shí)驗(yàn)裝置中斷路器的操作可以通過手動(dòng)控制開關(guān)SA就地操作斷路器的分合，也可以通過上位機(jī)控制進(jìn)行遠(yuǎn)方操作斷路器的分合，這樣的操作方式與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的操作完全一致。此外本電路在設(shè)計(jì)時(shí)，增加了就地操作按鈕SB1和SB2，可以方便學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)操作觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，此操作的的現(xiàn)象和上位機(jī)操作現(xiàn)象一致。下面就不同操作的工作原理進(jìn)行介紹。

1）控制開關(guān)SA操作斷路器手動(dòng)合閘

將控制開關(guān)SA旋轉(zhuǎn)至預(yù)備合閘PC位置，觸點(diǎn)9-10接通，斷路器在跳閘位，跳閘位置繼電器KCT的常開觸點(diǎn)閉合，綠燈GN發(fā)閃光。將控制開關(guān)SA旋轉(zhuǎn)至合閘C位置，觸點(diǎn)5-8和16-13接通，時(shí)間繼電器KT3得電，常開觸點(diǎn)延時(shí)閉合啟動(dòng)中間繼電器KC1，其常開觸點(diǎn)啟動(dòng)合閘接觸器KM1，KM1的常開觸點(diǎn)啟動(dòng)合閘位置繼電器KCC，其常開觸點(diǎn)使紅燈RD發(fā)平光，表示斷路器在合閘位，完成手動(dòng)操作，合閘聲音與信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)完全一致。

2）上位機(jī)操作斷路器自動(dòng)合閘

自動(dòng)裝置動(dòng)作使斷路器合閘或繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘時(shí)，為了引起運(yùn)行人員注意，普遍采用指示燈閃光的辦法。其電路采用“不對(duì)應(yīng)”原理設(shè)計(jì)。所謂不對(duì)應(yīng)是指控制開關(guān)SA的位置與斷路器位置不一致。此實(shí)驗(yàn)裝置的上位機(jī)操作自動(dòng)合閘電路就采用不對(duì)應(yīng)原理設(shè)計(jì)的。上位機(jī)操作（或按下SB1按鈕）使時(shí)間繼電器KT1得電，其常開觸點(diǎn)延時(shí)閉合啟動(dòng)中間繼電器KC1，KC1常開觸點(diǎn)閉合啟動(dòng)合閘接觸器KM1，KM1的常開觸點(diǎn)啟動(dòng)合閘位置繼電器KCC，KCC其常開觸點(diǎn)閉合，手動(dòng)控制開關(guān)在跳閘后TD位使觸點(diǎn)14-15接通，紅燈RD發(fā)閃光，表示斷路器在合閘位，此時(shí)控制開關(guān)SA的跳閘后TD位置與斷路器合閘位置不一致，故紅燈發(fā)閃光。

控制開關(guān)SA操作斷路器手動(dòng)跳閘和上位機(jī)操作斷路器自動(dòng)跳閘，其操作過程和原理與合閘類似，不同之處是斷路器事故跳閘時(shí)伴隨有音響信號(hào)，即警鈴響，引起值班人員的注意。

3　實(shí)驗(yàn)裝置可完成的實(shí)驗(yàn)

1）中間繼電器、時(shí)間繼電器的特性實(shí)驗(yàn)，接觸器的特性實(shí)驗(yàn)。

2）斷路器的手動(dòng)分合閘實(shí)驗(yàn)

（1）手動(dòng)合閘

將控制開關(guān)SA置于“預(yù)備合閘”，綠燈閃光。將控制開關(guān)SA置于“合閘”，斷路器合閘，控制開關(guān)SA自動(dòng)復(fù)歸值“合閘后”位置，紅燈發(fā)平光。

（2）手動(dòng)跳閘

將控制開關(guān)SA置于“預(yù)備跳閘”，紅燈閃光。將控制開關(guān)SA置于“跳閘”，斷路器跳閘，控制開關(guān)SA自動(dòng)復(fù)歸值“跳閘后”位置，綠燈發(fā)平光。

3）斷路器的自動(dòng)分合閘實(shí)驗(yàn)

（1）自動(dòng)合閘

當(dāng)自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)，斷路器合閘，控制開關(guān)SA仍為“跳閘后”位置，紅燈閃光。

（2）自動(dòng)跳閘

當(dāng)繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)，斷路器跳閘，控制開關(guān)SA仍為“合閘后”位置，綠燈閃光。

4）閃光電源實(shí)驗(yàn)

按下實(shí)驗(yàn)按鈕SB3，信號(hào)燈WH閃光。

4　實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)和調(diào)試過程中遇到的問題

該裝置有兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，其一是現(xiàn)場(chǎng)的斷路器控制回路的電源均為直流220V，而該實(shí)驗(yàn)裝置電源設(shè)計(jì)的是弱電的直流48V，保證了設(shè)備和學(xué)生的人身安全。其二是在沒有高壓開關(guān)柜的情況下用繼電器和接觸器等元器件設(shè)計(jì)了斷路器的控制回路，實(shí)現(xiàn)了斷路器的操作功能和實(shí)驗(yàn)。

電路設(shè)計(jì)完成后，在安裝調(diào)試的過程中，首先進(jìn)行部分電路調(diào)試，各部分電路調(diào)試正確之后再進(jìn)行整體電路調(diào)試。在安裝調(diào)試的過程中，信號(hào)燈的選擇是難點(diǎn)。以閃光回路為例，首先選擇是LED信號(hào)燈，由于阻值太大，閃光回路無法啟動(dòng)，信號(hào)燈不亮。于是需要找阻值小，直流電壓為48V以下的信號(hào)燈，最后選用的信號(hào)燈為直流24V，10 W的車燈，R5為100 Ω的可調(diào)電阻，可以根據(jù)燈的亮度來調(diào)整阻值，所有信號(hào)燈的回路正常啟動(dòng)。

5　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)歷了設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等過程，現(xiàn)已投入教學(xué)使用。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置操作安全，現(xiàn)象逼真，使電氣類學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際，提高了實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

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［5］何永華.發(fā)電廠及變電站的二次回路［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

Design of Simulation Device of Circuit Breaker Control Loop at Weak Current

Ren Tinghui1， Chen Xueliang2
（1.Tanjin Natural Gas Company Limited，Tianjin 300457，China； 2.Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Abstract：Aimed at the current situation of the lack of the secondary loop simulation experimental device of the substation in the domestic university，a simulation device of the circuit breaker control loop is developed.The power supply of the simulation device is 48V，which is composed of various relay and contactor，It can simulate the control operation and observe the action phenomenon，meet the needs of students actual operation，and improve the practical operation skills of the students.

Keywords：weak current； breaker； control loop； simulation device

中圖分類號(hào)：TM561

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-4862（2016）06-0078-03

收稿日期：2015-12-23

基金項(xiàng)目：山東省科研項(xiàng)目編號(hào)J11LG81

作者簡(jiǎn)介：任婷會(huì)（1973-），女，碩士研究生，講師。研究方向：主要從事電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備、二次回路和繼電保護(hù)方面的研究，重點(diǎn)研究微機(jī)保護(hù)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。