電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置的應(yīng)用

縣國(guó)成 李 璽 吳兆彬 趙志海

（1. 國(guó)網(wǎng)甘肅電力天水供電公司 2. 國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司）

0 引言

電動(dòng)隔離刀閘是輸變電中使用最多的一次設(shè)備之一，其與斷路器配合使用，用于保護(hù)高壓設(shè)備檢修時(shí)工作人員的安全。在需要檢修的設(shè)備和其他帶電部分之間，用隔離刀閘構(gòu)成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，給檢修人員提供足夠大的絕緣間隔。在 110kV及以上電壓等級(jí)中，電動(dòng)隔離刀閘的數(shù)量是斷路器數(shù)量的3倍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有惡性誤操作事故中，電動(dòng)隔離刀閘的操作事故數(shù)接近事故總數(shù)的1/4，且由于電動(dòng)隔離刀閘數(shù)量較多，而且在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)隔離刀閘需要進(jìn)行頻繁操作，其運(yùn)行的可靠性對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用。但是由于各種自然原因，電動(dòng)隔離刀閘的導(dǎo)電部分和機(jī)械傳動(dòng)部分容易出現(xiàn)銹蝕，密封部分容易出現(xiàn)老化而導(dǎo)致密封不嚴(yán)，接線(xiàn)端子也容易出現(xiàn)腐蝕氧化，此外，人為操作也容易對(duì)其造成破壞，甚至出現(xiàn)不能自動(dòng)分合閘，失去五防閉鎖安全防護(hù)的作用，尤其對(duì)于其二次回路來(lái)說(shuō)，需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試。

1 電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置應(yīng)用的必要性

現(xiàn)階段，在新建變電站，電動(dòng)隔離刀閘控制回路功能的檢驗(yàn)一般要等到全部接完二次線(xiàn)時(shí)，才能進(jìn)行試驗(yàn)，方法是隔離刀閘的主刀手搖至中間位置，然后進(jìn)行遙控試驗(yàn)。這種檢驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，一不小心造成電機(jī)燒毀。在已運(yùn)行變電站，電動(dòng)隔離刀閘控制回路一般不能試驗(yàn)，如完整試驗(yàn)，就需要母線(xiàn)停電。電動(dòng)隔離刀閘控制回路出現(xiàn)故障后，對(duì)一些可處理的故障，進(jìn)行相應(yīng)的元器件更換，但是更換后是無(wú)法進(jìn)行功能驗(yàn)證的；一些不能處理的故障，電動(dòng)隔離刀閘就只能帶病運(yùn)行。電動(dòng)隔離刀閘是電力系統(tǒng)中數(shù)量非常龐大的設(shè)備，二次回路出故障的事件也非常多。所以需要研究一種能在電動(dòng)隔離刀閘工作狀態(tài)下，對(duì)電機(jī)控制回路進(jìn)行檢修維護(hù)，測(cè)試回路是否正常，發(fā)生故障的位置，驗(yàn)證電機(jī)主回路電機(jī)正、反轉(zhuǎn)回路是否正常的裝置，而且在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中隔離刀閘分合閘機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置，此裝置是一種應(yīng)用于電動(dòng)隔離刀閘控制回路檢測(cè)試驗(yàn)的裝置：它可以在主刀帶電的情況下對(duì)電動(dòng)隔離刀閘二次回路進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)；它可以檢測(cè)電機(jī)控制回路是否工作正常、分析出哪一個(gè)元器件出了故障、檢測(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)回路是否工作正常。

2 測(cè)試裝置的構(gòu)成

電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置主要由四部分組成：主機(jī)、端子排信號(hào)引出單元、測(cè)試線(xiàn)纜、充電器。充電器是給測(cè)試裝置內(nèi)置的鋰電池充電使用，其和測(cè)試線(xiàn)纜等可看做是主機(jī)的附件；端子排信號(hào)引出單元可在不拆線(xiàn)的情況下將隔離刀閘操控箱端子排上的信號(hào)可靠地引出至主機(jī)，節(jié)省測(cè)試所花的時(shí)間，提高測(cè)試結(jié)果的可信度；主機(jī)是整個(gè)測(cè)試裝置的核心部分，它通過(guò)觸摸屏的輸入指令控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程，給出測(cè)試結(jié)果。它的總體設(shè)計(jì)框圖如下圖所示。

圖 測(cè)試裝置主機(jī)功能框圖

主機(jī)由測(cè)試電源、電源分配單元、電機(jī)控制回路測(cè)試模塊、電機(jī)回路測(cè)試模塊和觸摸屏組成，其中測(cè)試控制、計(jì)算主單元可以根據(jù)觸摸屏及外部信號(hào)的輸入控制程序整體流程，得出測(cè)試結(jié)果。考慮現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的供電情況，測(cè)試裝置設(shè)計(jì)使用鋰電池加逆變電源模塊來(lái)供電，逆變電源產(chǎn)生AC 220V單相交流電源。對(duì)AC 220V電源進(jìn)行升壓或降壓整流分別產(chǎn)生AC 380V、DC 110V、DC 220V三種電源，再由電源分配單元分配到相應(yīng)的被測(cè)試的電機(jī)控制回路。通過(guò)以上設(shè)計(jì)，裝置電源可以適用大多數(shù)電動(dòng)隔離刀閘檢測(cè)的需求；電機(jī)控制回路測(cè)試模塊的作用是對(duì)控制回路進(jìn)行測(cè)試，主要進(jìn)行電機(jī)遙控分、合閘以及近地分、合閘的線(xiàn)路檢測(cè)，還包括電機(jī)分、合閘控制回路的斷點(diǎn)定位檢測(cè)，這部分檢測(cè)是整個(gè)檢測(cè)部分中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。主要解決電源切換、加載相應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)、檢測(cè)反饋的電信號(hào)量；電機(jī)回路測(cè)試模塊則主要進(jìn)行電機(jī)主回路的正、反轉(zhuǎn)檢測(cè)，電機(jī)正反檢測(cè)要保證電動(dòng)機(jī)上輸入激勵(lì)信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并且要檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)回路的正確性；觸摸屏模塊則提供人機(jī)交互界面，設(shè)置測(cè)試選項(xiàng)，讀取測(cè)試數(shù)據(jù)。

3 測(cè)試裝置的試驗(yàn)

電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置試驗(yàn)可分為模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。樣機(jī)剛研制完成，需要驗(yàn)證其功能及性能時(shí)一般先采用模擬試驗(yàn)然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)是指模擬電動(dòng)隔離刀閘二次回路的接線(xiàn)情況，用測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試，看所得結(jié)果是否和實(shí)際情況相符合。以下是一次模擬試驗(yàn)的過(guò)程。

首先，要接好地線(xiàn)，打開(kāi)面板左側(cè)電源開(kāi)關(guān)，選擇控制回路電壓，點(diǎn)擊“進(jìn)入測(cè)試”；將C+和C-連接至控制回路電源輸入端，選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)試選項(xiàng)，同時(shí)點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕，屏幕上將顯示出對(duì)應(yīng)檢測(cè)選項(xiàng)的檢測(cè)結(jié)果。如果控制回路檢測(cè)有故障，例如合閘回路檢測(cè)有故障（人為斷線(xiàn)），點(diǎn)擊“合閘斷點(diǎn)手動(dòng)查找”，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”。另外插入外接線(xiàn)至KM正和 T2接線(xiàn)端子，像萬(wàn)用表測(cè)線(xiàn)一樣從控制回路供電正端開(kāi)始查找斷點(diǎn)，如兩者之間不導(dǎo)通，則顯示“有故障”，如果兩者之間導(dǎo)通則顯示“回路正?！?。電機(jī)控制回路檢測(cè)完成后，點(diǎn)擊“下一項(xiàng)”按鈕，進(jìn)入電機(jī)回路測(cè)試界面。

將 Ua+、Ub+、Uc接線(xiàn)端子連接電機(jī)（以三相電感星接方式模擬）動(dòng)力線(xiàn)～A、～B、～C，將C+、C-連接至控制回路電源輸入端，其他端子連線(xiàn)先拔出。由于在該項(xiàng)測(cè)試過(guò)程中C+和C-會(huì)產(chǎn)生控制回路所需的電壓，因此尤其注意C+和C-端子不能短接或與其他物體接觸。選擇測(cè)試選項(xiàng)，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕，操作控制箱使控制回路處于分閘或合閘狀態(tài)，觸摸屏將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)的測(cè)試結(jié)果。

4 測(cè)試裝置的應(yīng)用與不足

4.1 測(cè)試裝置的功能成果與使用范圍

電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置可以在主刀帶電情況下對(duì)隔離刀閘二次回路進(jìn)行檢測(cè)；可以直接檢測(cè)出電機(jī)正、反回路與電機(jī)電源進(jìn)線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；可以在不拆線(xiàn)和重新布線(xiàn)的情況下進(jìn)行檢測(cè)；裝置可對(duì)電機(jī)控制回路的電氣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，判斷故障點(diǎn)位置；裝置內(nèi)置鋰電池，并配有逆變輸出電源，可以在新建變電站沒(méi)有電源接入的情況下對(duì)電動(dòng)隔離刀閘二次回路進(jìn)行測(cè)試，連續(xù)工作時(shí)間＞4h、輸出直流電壓精度±15%、輸出交流電壓精度±10%、裝置采用7寸觸摸彩屏[3]。

它主要應(yīng)用在如下場(chǎng)景：在新建變電站，隔離刀閘安裝完畢后，使用該裝置進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，檢查控制回路功能是否正常，安裝是否到位；在老變電站，隔離刀閘出現(xiàn)控制回路元器件燒壞的情況下，使用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確地找到哪一個(gè)元器件出現(xiàn)了故障；在隔離刀閘更換完元器件后，無(wú)法知道是否把故障處理完畢，可以使用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證控制回路的控制功能，檢驗(yàn)故障是否消除。

4.2 測(cè)試裝置的功能運(yùn)行

一是電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)回路檢驗(yàn)功能。電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置按照說(shuō)明書(shū)與隔離刀閘操作機(jī)構(gòu)接入測(cè)試線(xiàn)，儀器啟動(dòng)，選擇正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)功能檢驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果分別顯示電機(jī)動(dòng)力線(xiàn)和電機(jī)線(xiàn)的連接對(duì)應(yīng)關(guān)系。二是控制回路檢測(cè)功能。電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置按照說(shuō)明書(shū)與隔離刀閘操作機(jī)構(gòu)接入測(cè)試線(xiàn)，儀器啟動(dòng)，選擇控制回路驗(yàn)證功能，驗(yàn)證刀閘回路合閘回路正常、分閘回路正常。

4.3 測(cè)試裝置的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)效益分析

電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置采用振蕩檢測(cè)法及六線(xiàn)制驗(yàn)證法實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)回路的功能；大大簡(jiǎn)化了電動(dòng)隔離刀閘二次回路檢測(cè)的過(guò)程；基于光電隔離保護(hù)設(shè)計(jì)的電動(dòng)隔離刀閘端子排測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)；提出了高頻振蕩弱電信號(hào)來(lái)快速檢測(cè)電機(jī)控制回路。測(cè)試裝置可以在主刀帶電的情況下對(duì)電動(dòng)隔離刀閘回路進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)；可以檢測(cè)控制回路是否工作正常、分析出哪一個(gè)元器件出了故障、檢測(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回路是否正常。

本裝置的發(fā)明，可以檢查電動(dòng)隔離刀閘二次回路正確性，特別是分合閘電機(jī)回路的正確性。在新建變電站，隔離刀閘安裝完畢后，使用該裝置進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，檢查控制回路功能是否正常；在老變電站，隔離刀閘出現(xiàn)控制回路元器件燒壞的情況下，使用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確地找到哪一個(gè)元器件出現(xiàn)了故障；在隔離刀閘更換完元器件后，無(wú)法知道是否把故障處理完畢，可以使用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證控制回路的控制功能，檢驗(yàn)故障是否消除。以上的種種應(yīng)用，證明該裝置能提高隔離刀閘的安全性；縮短了處理隔離刀閘故障的停電時(shí)間，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。減少了因隔離刀閘故障帶來(lái)的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。特別需要指出的是，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和特高壓的建設(shè)，越來(lái)越多的智能設(shè)備投入運(yùn)行，本裝置對(duì)高壓電網(wǎng)和智能電網(wǎng)電動(dòng)隔離刀閘檢修有積極的作用。該項(xiàng)目的完成將會(huì)避免很多停電，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)項(xiàng)目具有較好的推廣價(jià)值，如果推廣開(kāi)來(lái)，將會(huì)具有經(jīng)濟(jì)蜂窩效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)效益較大。

4.4 測(cè)試裝置存在的不足

一是接線(xiàn)頭制作方面。因各個(gè)廠家的生產(chǎn)不一樣，電動(dòng)隔離刀閘的接線(xiàn)端子大小間隔不一致，使得目前端子排信號(hào)引出單元的適用范圍不大。二是界面對(duì)比度需要加強(qiáng)。因裝置長(zhǎng)期工作在戶(hù)外，戶(hù)外陽(yáng)光強(qiáng)烈，如果對(duì)比度一般，那么在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下，顯示屏?xí)魂?yáng)光反射導(dǎo)致看不清楚顯示的內(nèi)容。加強(qiáng)對(duì)比度，屏幕提高背景光源，這樣的改進(jìn)就比較適合現(xiàn)場(chǎng)。三是界面的結(jié)果顯示略微繁瑣，有進(jìn)一步簡(jiǎn)化的空間。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)電動(dòng)隔離刀閘在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行停電檢修難度較大的問(wèn)題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出一種電動(dòng)隔離刀閘不停電工況下二次回路測(cè)試裝置，此裝置可以在主刀帶電情況下對(duì)隔離刀閘二次回路進(jìn)行檢測(cè)，可以直接檢測(cè)出電機(jī)正、反回路與電機(jī)電源進(jìn)線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且可以在不拆線(xiàn)和重新布線(xiàn)的情況下進(jìn)行檢測(cè)，提高了隔離刀閘的安全性；縮短了隔離刀閘的停電時(shí)間，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減少了因隔離刀閘故障帶來(lái)的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 梁方建, 閆廣濤, 曹海軍, 等. 電動(dòng)隔離刀閘二次回路檢測(cè)裝置： 中國(guó), 105866668A[P]. 2016.

[2] 廖衛(wèi). 隔離刀閘的常見(jiàn)故障及處理[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì), 2015(27).

[3] 劉玉. 隔離刀閘二次回路常見(jiàn)缺陷及改進(jìn)[J]. 現(xiàn)代制造, 2016(33)： 64-65.