自動(dòng)合閘裝置在氣象觀測(cè)無(wú)人值守中的應(yīng)用

羅 武

(羅城仫佬族自治縣氣象局，廣西羅城 546400)

自2017年7月以來(lái)，地面氣象觀測(cè)無(wú)人值守業(yè)務(wù)改革在廣西所有國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站全面鋪開，重點(diǎn)解決地面觀測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行需要依賴基層臺(tái)站人員值守問題，減輕基層臺(tái)站人員觀測(cè)業(yè)務(wù)勞動(dòng)強(qiáng)度，使臺(tái)站綜合氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行更加協(xié)調(diào)，觀測(cè)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、氣象預(yù)報(bào)和服務(wù)水平不斷提升。地面氣象觀測(cè)無(wú)人值守業(yè)務(wù)改革后，對(duì)供電提出更高的要求。如何做好自動(dòng)氣象站供電保障工作，前人也做了很多探索[1-4]。羅城仫佬族自治縣氣象局新站(下簡(jiǎn)稱新站)位于縣城郊區(qū)，距離羅城仫佬族自治縣氣象局舊站約3.7 km，是廣西現(xiàn)有25個(gè)局站分離的臺(tái)站之一。雖然新站安裝了專用變壓器，為地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定可靠的供電保障，但遇到停電時(shí)，變壓器內(nèi)部的保護(hù)電路自動(dòng)跳閘，來(lái)電時(shí)無(wú)法自動(dòng)合閘，需要人工合閘，才能恢復(fù)供電，給觀測(cè)業(yè)務(wù)帶來(lái)很大不便。

1 供電現(xiàn)狀

新站安裝了80 kW的箱式變壓器，內(nèi)部裝有智能型斷路器ZMW45-2000。此斷路器具有過(guò)載、欠壓、短路、缺相和停電掉閘等保護(hù)功能。為了提高地面氣象觀測(cè)無(wú)人值守業(yè)務(wù)供電可靠性，除了配置UPS不間斷電源外，還安裝了全自動(dòng)發(fā)電機(jī)。當(dāng)市電停電時(shí)，供電線路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于新站地處縣城郊區(qū)，供電線路接入農(nóng)村電網(wǎng)，供電不夠穩(wěn)定，經(jīng)常停電。到雷雨季節(jié)，受雷電、大風(fēng)和暴雨等極端天氣影響，因電網(wǎng)故障停電更加頻繁。停電時(shí)，斷路器ZMW45-2000失壓線圈失去電壓，斷路器分閘。重新來(lái)電后又不能自動(dòng)恢復(fù)供電，必須打開箱式變壓器的低壓室，人工按下“合閘”按鈕，才能正常供電，給工作帶來(lái)很大不便。由于來(lái)電時(shí)間不確定，特別是晚上停電又來(lái)電后，站內(nèi)值班人員又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成發(fā)電機(jī)整夜發(fā)電。發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不僅浪費(fèi)大量燃油，而且增加發(fā)電機(jī)磨損和故障率，為此需要對(duì)斷路器電氣線路進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到在停電跳閘后，來(lái)電后時(shí)能自動(dòng)合閘，恢復(fù)供電。而在過(guò)載、欠壓、短路、缺相保護(hù)動(dòng)作時(shí)不啟動(dòng)合閘電路，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守時(shí)配電房停電后能及時(shí)恢復(fù)供電。為解決此問題，參考相關(guān)資料設(shè)計(jì)了一款來(lái)電自動(dòng)合閘裝置。其原理見圖1。

2 來(lái)電自動(dòng)合閘裝置工作原理

當(dāng)線路來(lái)電時(shí)，斷路器ZMW45-2000上口(接任意一相)供電電壓220 V加到變壓器，輸出約10 V交流電，經(jīng)D1—D4整流、C1濾波后輸出約14 V直流電壓，繼電器J1得到工作電壓吸合，K1常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，C2、C3通過(guò)R1充電，C4通過(guò)R2充電。由于C2和C3并聯(lián)，總?cè)萘看笥贑4，C4上的電壓上升較快。當(dāng)C4上的電壓上升到3.5 V時(shí)，Q2先導(dǎo)通，繼電器J2常開觸點(diǎn)K2吸合，“合閘”按鈕常開觸點(diǎn)“合閘1”、“合閘2”閉合，模擬人工按下斷路器“合閘”按鈕，為線路送電。當(dāng)C2、C3電壓上升到3.5 V時(shí)，Q1導(dǎo)通，C4通過(guò)Q1放電，Q2截止，繼電器J2斷電，K2常開觸點(diǎn)打開，整個(gè)合閘過(guò)程結(jié)束。當(dāng)停電時(shí)，繼電器J1失去工作電壓，常閉觸點(diǎn)閉合，C2、C3上儲(chǔ)存的電能通過(guò)K1常閉觸點(diǎn)快速泄放，為下一次來(lái)電、合閘做好準(zhǔn)備，避免了短時(shí)間停電后又來(lái)電，無(wú)法合閘現(xiàn)象。

圖1 來(lái)電自動(dòng)合閘裝置

3 制作與調(diào)試

元件選擇: J1、J2為工作電壓12 V的小型繼電器，變壓器用5 W左右的小型變壓器。其余元件圖中已標(biāo)出，Q1、Q2為N溝場(chǎng)效應(yīng)管，Q1、Q2的工作電壓、電流都比較低，參數(shù)沒有什么特別要求，可以利用廢舊電腦主板上的電源調(diào)整管代替。電路安裝無(wú)誤即可正常工作，調(diào)試點(diǎn)只有R1、R2、C2、C3和C4。調(diào)整R2和C4使延時(shí)為10～15 min，調(diào)整R1和C3使合閘工作結(jié)束后再延長(zhǎng)1 min左右。延遲時(shí)間設(shè)定為10～15 min，主要是考慮高壓線路的跌落式開關(guān)需要通過(guò)人工合閘，人工合閘時(shí)三相電源不同時(shí)來(lái)電，造成短時(shí)間缺相，此時(shí)斷路器處于缺相保護(hù)狀態(tài)，無(wú)法合閘。如果設(shè)定延遲時(shí)間過(guò)短，當(dāng)三相電源正常時(shí)，合閘電路已停止工作，而斷路器仍處于掉閘狀態(tài)，無(wú)法正常供電。如果三相電源不同時(shí)來(lái)電超過(guò)15 min，可以通過(guò)人工合閘方式，恢復(fù)供電。整個(gè)電路安裝在一個(gè)小塑料盒內(nèi)，工作電源取自斷路器上口，“合閘1”、“合閘2”兩根線接在“合閘”按鈕上。通電后，可以聽到繼電器J1吸合聲，延時(shí)一段時(shí)間后，繼電器J2吸合，斷路器合閘，線路送電。觀察指示燈D6延時(shí)10 min后亮起來(lái)，一會(huì)兒后熄滅，調(diào)試結(jié)束。

4 小結(jié)與討論

(1)斷路器ZMW45-2000在停電檢修時(shí)，一定要把SW1開關(guān)拉開，以保安全。

(2)來(lái)電自動(dòng)合閘裝置只是在來(lái)電時(shí)，通過(guò)模擬人工合閘的方式，恢復(fù)供電，不影響斷路器的其他保護(hù)功能。此裝置使用至今已一年多，一直正常工作。不論電網(wǎng)是何種原因停電，再來(lái)電時(shí)都能自動(dòng)合閘，恢復(fù)供電。值班員不用再等待合閘，減輕了工作壓力。

(3)來(lái)電自動(dòng)合閘裝置投入業(yè)務(wù)使用,不僅解決了基層氣象臺(tái)站的停電后需要人工合閘的難題,而且提高了供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,為地面氣象觀測(cè)無(wú)人值守業(yè)務(wù)、預(yù)報(bào)、預(yù)警服務(wù)提供了穩(wěn)定的供電保障。