保護(hù)裝置硬壓板智能校驗(yàn)輔控裝置的研制

國網(wǎng)黃山供電公司 柯仲來 聶雪松 郭燕霞

0 引言

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的大規(guī)模展開，每年都要新建變電站來支持當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。建成的變電站需要驗(yàn)收合格后才能正式投運(yùn)，運(yùn)行一段時(shí)間的變電站也需要進(jìn)行年檢來確認(rèn)保護(hù)裝置是否依然安全可靠。

保護(hù)裝置中硬壓板的核對(duì)與校驗(yàn)是一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，然而其校驗(yàn)過程異常繁瑣，耗時(shí)嚴(yán)重，影響整個(gè)工作周期。本文針對(duì)繼電保護(hù)工作中的硬壓板校驗(yàn)這一工作過程進(jìn)行優(yōu)化，從減少壓板投退次數(shù)和單次投退時(shí)間來改善整個(gè)壓板校驗(yàn)流程，提高工作效率。

1 傳統(tǒng)壓板驗(yàn)證流程

現(xiàn)場保護(hù)裝置的驗(yàn)收流程大致為“機(jī)械外觀檢查→交流回路校驗(yàn)→輸入接點(diǎn)檢查→保護(hù)邏輯校驗(yàn)→壓板校驗(yàn)及傳動(dòng)試驗(yàn)”這五個(gè)工作項(xiàng)目。

目前，保護(hù)人員在校驗(yàn)壓板正確性的時(shí)候，采取的方法主要是單個(gè)壓板投（退）同時(shí)其他壓板退（投）的傳統(tǒng)方法。即單個(gè)硬壓板校驗(yàn)有正校驗(yàn)（投入待校驗(yàn)壓板，退出其他壓板）和反校驗(yàn)（退出待校驗(yàn)壓板，投入其他壓板）兩個(gè)過程。

假設(shè)在工作前，所有壓板均處于退出狀態(tài)，需要驗(yàn)證的壓板總數(shù)量為M，得到驗(yàn)證每一個(gè)壓板的投退次數(shù)需求表，如表1所示。

根據(jù)上述分析，可以得到壓板投退次數(shù)和壓板數(shù)量M的關(guān)系：S=M2+2M-1

需要校驗(yàn)硬壓板的數(shù)量——M

需要投退硬壓板的總次數(shù)——S

表1 壓板投退次數(shù)需求表

當(dāng)需要校驗(yàn)保護(hù)屏所配置的硬壓板的總數(shù)量高達(dá)30個(gè)時(shí)，則完成校驗(yàn)至少需要投退：30×30+2×30-1=959次。

為了明確傳統(tǒng)方式下的壓板投退耗時(shí)，保護(hù)成員在一個(gè)30個(gè)硬壓板的保護(hù)裝置上進(jìn)行了現(xiàn)場手動(dòng)投退壓板試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)平均投退耗時(shí)41.2min。由此，單次投退耗時(shí)：

T1=41.2×60÷959≈2.6秒。

經(jīng)過以上的理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)一種智能校驗(yàn)裝置，利用開關(guān)通斷模擬代替硬壓板的投退，從減少投退次數(shù)和加快壓板的投退速度兩個(gè)方面改善投退過程，從而有效縮短硬壓板校驗(yàn)的時(shí)間，提高保護(hù)裝置硬壓板校驗(yàn)工作效率。

2 智能校驗(yàn)輔控裝置方案設(shè)計(jì)

2.1 智能校驗(yàn)輔控裝置主體方案

輔控裝置利用開關(guān)的通斷來替代硬壓板的投退，而開關(guān)可以選擇軟件控制的電子器件。這樣，利用電子電路的靈活控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)通斷的靈活變化。

智能校驗(yàn)輔控裝置方案主體上采用電力電子器件的控制方案，主要包括電力電子器件選型、控制模式設(shè)計(jì)、接插件制作和輔助電源方案設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分，其核心部分在于以電力電子器件MOS管的驅(qū)動(dòng)硬件電路設(shè)計(jì)和控制電路軟件設(shè)計(jì)。

2.2 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路

MOS的正常使用需要設(shè)計(jì)出因地制宜的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路是主電路與控制電路之間的接口。采用了性能良好的驅(qū)動(dòng)電路可以使功率半導(dǎo)體器件工作在較為理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，降低開關(guān)損耗。根據(jù)此次MOS管應(yīng)用的場合，既要求強(qiáng)電和弱電分離，也要求驅(qū)動(dòng)短路穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)出MOS驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。

圖1 MOS管驅(qū)動(dòng)電路

如上圖所示，左下方第1部分ON/OFF是來自單片機(jī)輸出的控制信號(hào)，第2部分為單片集成PWM控制芯片。

本方案選擇SG3525A型，性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強(qiáng)，能夠?qū)⒖刂菩盘?hào)放大，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，并通過控制第3部分驅(qū)動(dòng)變壓器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步放大。

MOS管周圍設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)濾波電路和吸收模塊，即圖2第4部分。濾波電路有運(yùn)放LM358及其外圍電路組成，主要消除驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的干擾；電阻R49和二極管D65組成MOS管Q34驅(qū)動(dòng)吸收模塊，抑制開關(guān)斷開過程中的電壓浪涌，保證MOS管穩(wěn)定導(dǎo)通與關(guān)斷。如箭頭導(dǎo)向所示，控制信號(hào)經(jīng)1、2、3、4模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和濾波，最終驅(qū)動(dòng)MOS管。

裝置所配每個(gè)MOSFET都配以上驅(qū)動(dòng)電路，可以可靠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)模擬開關(guān)通斷。

2.3 輔控裝置控制模式設(shè)計(jì)

考慮到保護(hù)裝置上待校驗(yàn)壓板的數(shù)量大部分在30個(gè)以內(nèi)，輔控裝置總共設(shè)計(jì)32個(gè)控制按鈕，與32個(gè)MOSFET開關(guān)分別對(duì)應(yīng)，順序編號(hào)。

利用MOSFET的通斷模擬代替硬壓板的投退，可同時(shí)滿足32個(gè)硬壓板的校驗(yàn)需求。為達(dá)到對(duì)多個(gè)硬壓板快速校驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)4個(gè)功能鍵。當(dāng)功能鍵按下時(shí)，系統(tǒng)處于多控模式或者自定義模式，否則系統(tǒng)處于單控模式。

控制流程圖如下圖所示：

圖2 控制模式流程圖

控制系統(tǒng)在中斷程序中根據(jù)功能鍵F1～F4的按鍵輸入分別進(jìn)入不同的功能模式。根據(jù)圖3中的程序邏輯，F(xiàn)1模式用于壓板校驗(yàn)的正校驗(yàn)過程，F(xiàn)2模式用于反校驗(yàn)過程。F3/F4模式為自定義模式，可自由選擇MOS管的通斷。

根據(jù)以上分析，采用輔控校驗(yàn)裝置校驗(yàn)單個(gè)硬壓板只需在F1模式和F2模式下切換就可完成，大大減少壓板的投退次數(shù)和耗時(shí)。

3 輔控裝置效果測試

利用現(xiàn)場作業(yè)過程，在多個(gè)變電站對(duì)該裝置進(jìn)行了實(shí)際測試。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，利用裝置能夠大大簡化硬壓板校驗(yàn)投退過程，不僅投退速度加快，投退次數(shù)也大幅減少。

以配置30個(gè)壓板的某主變保護(hù)裝置為例，使用智能校驗(yàn)輔控裝置后，硬壓板校驗(yàn)耗時(shí)從傳統(tǒng)手動(dòng)試驗(yàn)的平均31分鐘減少為平均17.7分鐘，減少了57%的耗時(shí)，工作效率提升顯著。