路燈箱控制回路故障排查的探討

許堅(jiān)欽

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局路燈管理所，廣東 廣州 510000）

0 引 言

路燈開關(guān)箱也稱路燈配電箱，是低壓配電箱中的一類。它是市政路燈配電系統(tǒng)的重要組成部分，是公用變壓器（或路燈專用變壓器）與路燈桿之間的紐帶。合理的路燈開關(guān)箱分布有利于保障路燈亮燈率，降低路燈燈具或線路故障造成的影響。

可以將開關(guān)箱中路燈負(fù)荷電流流過的電路及其元器件劃分為一次部分，將監(jiān)測控制路燈的電路及其元器件統(tǒng)稱為二次部分，其中最重要的部分是控制回路。如果控制回路發(fā)生故障，可能會(huì)對城市照明亮燈率產(chǎn)生較大影響。因此，本文將主要探討控制回路的工作原理、故障排查方法及部分案例，并提出意見建議。

1 工作原理

開關(guān)箱的二次部分主要完成路燈線路負(fù)荷的電壓和電流大小測量、開關(guān)控制以及控制狀態(tài)反饋等任務(wù)。它具有“多、繁、難”等特點(diǎn)[1]：設(shè)備及元器件數(shù)量多、種類多、規(guī)格多；接線繁雜多變；接點(diǎn)接線有一定隱蔽性，難以通過巡檢發(fā)現(xiàn)隱患。本文重點(diǎn)討論實(shí)現(xiàn)控制功能的二次回路。

二次部分的元件可分為兩類：一類是開關(guān)箱預(yù)裝的元器件，如空氣開關(guān)、保險(xiǎn)絲、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，構(gòu)成了基本的控制網(wǎng)絡(luò)；另一類是加裝的設(shè)備，如三遙設(shè)備、時(shí)鐘控制器、線路保護(hù)設(shè)備等，一般統(tǒng)稱為智能控制器，也稱智能控制終端。以人體作類比，前者相當(dāng)于“神經(jīng)”，負(fù)責(zé)信號的傳輸；后者則是“大腦”，負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算。

二次部分的控制回路，以引入的二次電源為起點(diǎn)，以交流接觸器的線圈控制端為終點(diǎn)。引入的二次電源，經(jīng)由“進(jìn)線—空氣開關(guān)—保險(xiǎn)絲—三遙設(shè)備/時(shí)鐘控制器—轉(zhuǎn)換開關(guān)—中間繼電器—交流接觸器”回路，實(shí)現(xiàn)對一次部分的控制。

上述控制回路中，以智能控制器為分界點(diǎn)，可分為3部分。

（1）“進(jìn)線—空氣開關(guān)—保險(xiǎn)絲”一段稱為供能部分，作用是為箱內(nèi)智能控制器及中間繼電器的線圈等提供工作電源；

（2）“轉(zhuǎn)換開關(guān)—中間繼電器”一段稱為選擇部分，選用開關(guān)箱控制方式；

（3）前述部分的連接線及端子排稱為連接部分，作用是連接元件形成控制回路。

2 典型接法

開關(guān)箱通常在出廠時(shí)已預(yù)接控制回路。根據(jù)配置的元器件規(guī)格不同，接法五花八門。通常，供能部分相對固定，而選擇部分的連接則較為靈活。

選擇部分的意義。一是從通用性及安全性方面考慮，路燈開關(guān)箱用的控制器種類繁多，甚至用的不是專門的路燈控制器，輸出的信號交直流混雜。為保證所有控制器均能接入使用，實(shí)現(xiàn)“以弱控強(qiáng)”的目的，必須使用選擇部分的元器件。二是從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，保障控制方式唯一，避免多個(gè)智能控制器在不同時(shí)段發(fā)出的控制信號使亮熄燈時(shí)間不合理延長。

選擇部分的典型元件有兩種[2]：一種是轉(zhuǎn)換開關(guān)，其通過觸點(diǎn)及內(nèi)置彈簧片改變控制回路的路徑，決定了“哪種控制方式可以輸出”；另一種是中間繼電器，通過線圈及常開、常閉、公共端3類觸點(diǎn)的組合，決定了“哪種控制方式優(yōu)先輸出”。

實(shí)際上，隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今市面上主流的路燈智能控制器具備獨(dú)立開關(guān)和多個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端亦具有足夠的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和相當(dāng)?shù)哪蛪盒阅?。換言之，完全可以繞過控制回路，將智能控制器輸出端直接接到交流接觸器的主接點(diǎn)上。這種接法常用于控制方式單一、對可靠性和控制性要求較低的使用場合，如內(nèi)街燈、鄉(xiāng)村小道等[3]。

而對于大部分路燈照明系統(tǒng)而言，控制要求：優(yōu)先使用三遙設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；為滿足線路檢修需求，必須保留手動(dòng)開關(guān)控制方式；時(shí)鐘控制作為三遙設(shè)備失靈時(shí)的備用控制方式。因此，更具代表性的典型接線方案如下[4]。

（1）以轉(zhuǎn)換開關(guān)為分界點(diǎn)：進(jìn)線電源經(jīng)空氣開關(guān)、保險(xiǎn)絲接到轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端之一；三遙設(shè)備在供能部分選點(diǎn)接入工作電源，輸出接到轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一輸入端。

（2）轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端：進(jìn)線電源的對應(yīng)輸出端直接連接到交流接觸器；連接三遙設(shè)備的另一輸出端連接到中間繼電器為線圈供能的控制端一側(cè)（另一側(cè)接零線點(diǎn)）。

（3）中間繼電器的公共端與交流接觸器的控制端一側(cè)連接（另一側(cè)接零線點(diǎn)）；常閉接點(diǎn)與時(shí)鐘控制器輸出端連接；常開接點(diǎn)與進(jìn)線電源連接。

此種接法的優(yōu)點(diǎn)是若時(shí)鐘控制器保持“熱備用”即通上電源保持控制開啟，可在三遙控制器無法輸出時(shí)自動(dòng)發(fā)揮作用，有效地保障了亮燈率。缺點(diǎn)是在極端天氣下的臨時(shí)熄燈要求無法實(shí)現(xiàn)，且三遙控制器亮熄燈時(shí)間段應(yīng)完全覆蓋時(shí)鐘控制器設(shè)置時(shí)間段，否則可能引起亮熄燈時(shí)間不當(dāng)延長。

因此，衍生出多種改進(jìn)接法。例如，在時(shí)鐘控制的輸入或輸出端加裝轉(zhuǎn)換開關(guān)，直接將中間繼電器替換為轉(zhuǎn)換開關(guān)，以“電源+轉(zhuǎn)換開關(guān)”組合控制中間繼電器等。

較為方便的一種接法是，當(dāng)三遙控制器的輸出端個(gè)數(shù)多于交流接觸器使用個(gè)數(shù)時(shí)，可將多出的輸出端接中間繼電器線圈控制端，從而實(shí)施遠(yuǎn)程切換。若開關(guān)箱交流接觸器為N，三遙輸出端數(shù)量M≥2N，控制方式的遠(yuǎn)程切換甚至可以精細(xì)到每組出線。需要注意，這是以三遙設(shè)備與后臺系統(tǒng)通信良好為前提的。若三遙設(shè)備通信故障，則遠(yuǎn)程控制、參數(shù)修改等功能無法實(shí)施，僅相當(dāng)于時(shí)鐘控制器。

3 故障排查和分析

控制回路的故障容易與路燈線路本身的故障混淆，特別是熄燈故障。辨別的要點(diǎn)是看二次控制回路的控制對象——交流接觸器。如果路燈一次部分其他元器件狀態(tài)良好，交流接觸器反應(yīng)異常，則初步判斷控制回路存在問題。

需注意，當(dāng)今智能控制器型號、結(jié)構(gòu)各異，且大部分智能控制器由寫入固定程序、高度集成的電路板封裝而成，現(xiàn)場可操作的部分有限，發(fā)現(xiàn)故障易，處理修復(fù)難。因此，在排查中通常將其看作一個(gè)簡單的開關(guān)或者可控電源，維護(hù)也是以更換備件為主[5]。

為提高工作效率，排查控制回路流程如下。

（1）觀察：觀察可操縱元件的狀態(tài)，如空氣開關(guān)有否閉合，轉(zhuǎn)換開關(guān)位于何位置；觀察智能控制器上是否有反映故障的燈光信號或面板信息等；觀察是否有元件或線路燒焦的痕跡。評估作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)后，恢復(fù)異常元件狀態(tài)進(jìn)行試送電觀察。這一步主要判斷問題是否因元件設(shè)置狀態(tài)不當(dāng)或智能控制器故障引起。

（2）試操作：擰動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，配合操作智能控制器上開關(guān)切換控制方式，看交流接觸器在不同控制方式下是否能正常分合。這一步主要判斷供能部分和交流接觸器是否存在問題。

（3）解決前兩步發(fā)現(xiàn)的問題，或排除所發(fā)現(xiàn)問題的影響。

（4）檢查電路通斷性：如上述過程發(fā)現(xiàn)的問題已解決或排除影響，但仍存在無法亮熄燈的情況，則要對照電氣原理圖測量電路各部分的通斷性，優(yōu)先判斷可用智能控制器接入點(diǎn)前的控制回路。這一步主要判斷和解決選擇部分和連接部分的問題。

4 案例分享

4.1 案例一

據(jù)報(bào)修人反映，新裝兩同型號開關(guān)箱均無法采用手動(dòng)開關(guān)方式?，F(xiàn)場檢查，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)箱1無法切換控制方式，三遙、時(shí)鐘控制方式切換亦不受轉(zhuǎn)換開關(guān)控制；開關(guān)箱2可切換控制方式，僅手動(dòng)控制方式失效。由此判斷，前者屬于選擇部分問題，后者屬于供能部分問題。經(jīng)查，開關(guān)箱1因新裝配置未完成，轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入輸出端子引線在元器件上短接在一起；開關(guān)箱2手動(dòng)控制方式從主線路側(cè)A相保險(xiǎn)絲下端取電，但因主線路是B相單相供電，未安裝A相保險(xiǎn)絲，所以手動(dòng)開燈失敗。

此組案例證明了排查流程中試操作步驟對于快速鎖定故障位置的重要作用。因?yàn)槟芊袷謩?dòng)控制是判斷供能部分好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，能否切換控制是判斷轉(zhuǎn)換部分好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 案例二

居民報(bào)修某路段熄燈，夜間急修人員到場啟用時(shí)鐘控制，反映三遙設(shè)備供電正常，懷疑三遙設(shè)備輸出或轉(zhuǎn)換開關(guān)有問題。后臺系統(tǒng)反映三遙設(shè)備通信正常，控制信號已如時(shí)發(fā)出?，F(xiàn)場檢查，手動(dòng)控制亦失敗，遂先排查供能部分，發(fā)現(xiàn)進(jìn)線空氣開關(guān)至保險(xiǎn)絲一段接線松脫，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入無電，無法手動(dòng)亮燈，同時(shí)導(dǎo)致中間繼電器線圈無電，三遙設(shè)備輸出接中間繼電器常開接點(diǎn)，故無法輸出。

另一路段同型號開關(guān)箱因類似情況報(bào)修，夜間值班人員亦明確手動(dòng)控制失敗?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘控制輸出端有改接痕跡，直接接到交流接觸器上。因此，從交流接觸器控制端往后向前排查，發(fā)現(xiàn)是接轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出端、中間繼電器公共端以及交流接觸器控制端的端子排螺絲松脫導(dǎo)致接觸不良，故其他控制方式失效，推測是周邊行車頻繁，路面震動(dòng)所致。

此組案例反映了控制回路故障點(diǎn)的隱蔽性，同時(shí)也表明故障判斷時(shí)應(yīng)排除特殊接線方式的影響，具體問題具體分析。

4.3 案例三

某開關(guān)箱更換不同廠家的新三遙設(shè)備當(dāng)晚發(fā)生故障，二次部分控制回路線路燒壞，三遙設(shè)備輸出端損壞，時(shí)鐘設(shè)備燒壞。經(jīng)排查，故障起因是時(shí)鐘控制器輸出端直接接到交流接觸器上，輸入電源與舊廠家三遙設(shè)備一致，取B相電；新廠家三遙設(shè)備輸入電源取A相電，故共同接通時(shí)發(fā)生相間短路。

此組案例說明加裝或更換智能控制器時(shí)，不宜照著圖紙生搬硬套，應(yīng)辨明與現(xiàn)有設(shè)備是否有沖突。智能控制器的工作電源多是取單相的一火線一零線，而二次進(jìn)線電源實(shí)際有三相，這是理當(dāng)注意卻容易忽視的地方。

綜上所述，控制故障相似的現(xiàn)象背后成因未必相同，需要維護(hù)人員細(xì)心排查。

5 建議與展望

路燈開關(guān)箱二次部分的正常運(yùn)行是保障亮燈率、確保路燈運(yùn)行節(jié)能高效的基礎(chǔ)[6]。控制回路“元件多、接線繁、巡檢難”的特點(diǎn)，決定了維護(hù)工作的重點(diǎn)不在于“怎么修”，而是“修哪里”。維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)以問題為導(dǎo)向，由果推因，分部排查，逐步縮小范圍，最終鎖定故障。

為做好維護(hù)工作，提出如下建議。

（1）為提高排查故障效率，維護(hù)人員可預(yù)制帶叉型接頭的短接線、帶接線的時(shí)鐘控制器等，作為維護(hù)試驗(yàn)工器具帶到現(xiàn)場。

（2）維護(hù)過程中，維護(hù)人員應(yīng)注意做好積累及規(guī)范化工作，按開關(guān)箱類型制定各自的規(guī)范接法，排查故障后按規(guī)范修正接法，遇到特殊情況做好記錄，寫入臺賬。

與路燈智能控制器一樣，路燈的二次部分也將朝著小型化、集約化和模塊化方向發(fā)展。從業(yè)人員也可向這個(gè)方向思考，或與智能控制器廠家合作，研制相應(yīng)的接線盒和快速接線端子，使維護(hù)工作更為簡便。