合寧線電力箱變煙感的替換方法分析

凌 震 （安徽智行建設工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

電力智能箱變由高壓單元、變壓器單元、低壓單元組成，布置形式分為"目"字形和"品"字形。它適用于三相交流額定電壓3～12kV，額定頻率50Hz 的電力系統(tǒng)，作為接受和分配電能并對電路實行控制、保護及檢測的裝置。

合寧線鐵路電力智能箱變的防火安全事關重要，它密切關系到合寧鐵路的行車安全。因此在建設時，合寧線沿線鐵路電力智能箱變里均設置了點型光電型感煙火災探測器（以下稱煙感）對初期火災進行探測，并由現(xiàn)場RTU（Remote Terminal Unit)遠程終端采集器采集上傳至主控制站報警。

煙感同其它的電氣設備一樣，會隨著使用時間地推移而老化，其對火災的探測功能會衰退，其使用壽命一般為5年左右。合寧線自2008 年4 月開通至今已10 年有余,沿線的電力箱變內(nèi)安裝的煙感，因自身工況經(jīng)常出現(xiàn)誤報警現(xiàn)象。由于市場上已采購不到原型號或相匹配的煙感，導致無備品進行更換，日常處理只能將故障煙感斷電復位或屏蔽，造成了遠程監(jiān)測電力箱變安全運行功能的缺失，埋下了安全隱患。

為消除該設備隱患，需要對合寧線電力箱變內(nèi)壽命已到期的煙感進行更換。通過參數(shù)對比，選擇了一款市售煙感產(chǎn)品，經(jīng)過改造其內(nèi)部電路，實現(xiàn)了直接替換。

1 既有煙感設備分析

合寧線電力箱變既有的煙感型號為JTY- GD- HY- 1A, 為三線制光電型煙感，報警輸出信號為有源電壓量；替換煙感型號為JTY- GD- DG311,為四線制光電型煙感，報警輸出信號為無源開關量。

圖1 煙感底座接線圖

新舊煙感的探測原理相同：通過光電對管探測迷宮器件內(nèi)煙霧對光的遮擋程度產(chǎn)生報警信號。新煙感的供電電源、工作溫濕度等特性參數(shù)符合現(xiàn)場要求，只是報警輸出信號與既有煙感存在差異。

1.1 煙感安裝位置

合寧客專沿線的電力箱變由2 路10kV貫通線供電，布局為目字形結(jié)構(gòu)，按設備功能分隔為高壓間、低壓間和2個變壓器間。每個功能間安裝有點型光電煙感，其煙霧報警信號通過現(xiàn)場RTU遠程終端采集器采集上傳至電力SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)調(diào)度端主站，實現(xiàn)火災報警功能。

圖2 箱變煙感安裝平面圖

1.2 煙感外部接線原理

電力箱變功能間的煙感報警輸出端分別接至RTU 遠程終端采集柜，經(jīng)RTU遠程終端采集器的遙信回路采集后遠程上傳，發(fā)出火災報警信號。

圖3 箱變煙感的外部接線原理圖

根據(jù)現(xiàn)場接線，高低壓間的煙感報警信號，分別接至RTU 遠程終端采集器遙信板的2 個采集端口單獨采集；變壓器間的2 路煙感報警信號，則為并接至RTU 遠程終端采集器遙信板的1 個采集端口。

1.3 煙感內(nèi)部電路原理

根據(jù)改造目的，主要對既有煙感的報警輸出回路進行剖析，其它回路（光電探測、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計算控制電路）不做說明。經(jīng)拆解測繪，既有煙感輸出電路為采用NPN 型三極管構(gòu)成的開關電路。

圖4 既有煙感輸出電路原理圖

正常環(huán)境下，既有煙感內(nèi)部控制端control 為低電平，開關管T 截止關斷，電源正極經(jīng)開關管集電極的上拉電阻R1 和RTU 遠程終端采集器遙信板光耦輸入回路的限流電阻Rx 分壓，由out 信號端輸出為12- 15V 的高電位信號，經(jīng)RTU 遠程終端采集器采集后不發(fā)出火災報警信號。

火災產(chǎn)生煙霧后，探測煙霧達到報警濃度時，既有煙感內(nèi)部控制端control變?yōu)楦唠娖剑_關管T 飽和導通，out 信號端被上拉電阻R1 與電源正極隔離后，經(jīng)開關管接通電源地，輸出約0.2V 飽和電壓的低電位信號，經(jīng)RTU 遠程終端采集器的光耦輸入電路采集處理后，上傳至SCADA 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)主站產(chǎn)生火災報警信號。

2 新煙感替換方法

替換煙感為四線制接線，輸出電路采用繼電器常開常閉觸點，報警輸出信號為開關量，與既有煙感存在不同?，F(xiàn)場要完成直接替換，需對新煙感按下列要求進行相應改造：①不改變RTU 遠程終端采集器與煙感間的既有三線制外部接線，方便現(xiàn)場更換；②根據(jù)既有煙感內(nèi)部電路剖析，對新煙感的內(nèi)部輸出電路進行改造，將其報警信號改為電壓量輸出，滿足現(xiàn)場RTU 遠程終端采集器采集接口既有要求。

2.1 高低壓間新煙感的改造接線方法

高低壓間的煙感報警信號為單獨采集，使用時需將內(nèi)部跳線帽設置插至NC端；底座外部接線：將端子2、3 與電源正負極連接，端子4 與電源正極并接，端子1（COM 端）輸出信號接至RTU 遠程終端采集器遙信采集口，見圖5。

2.2 變壓器間新煙感的改造接線方法

變壓器間2 只煙感輸出并聯(lián)接線RTU 遠程終端采集器遙信一個采集口，報警動作為“與”邏輯關系。即：正常工作環(huán)境下，煙感報警端輸出都為高電位，經(jīng)RTU 遠程終端采集器采集后不發(fā)出火災報警信號；當有煙霧產(chǎn)生時，任一煙感動作，其報警端輸出低電位，由于未報警煙感輸出電路R1 上拉電阻的隔離作用，使并聯(lián)輸出變?yōu)榈碗娢?，?jīng)RTU 遠程終端采集器采集上傳后產(chǎn)生火災報警信號。

替換煙感內(nèi)部輸出電路改造為：①內(nèi)部輸出跳線取消；②輸出繼電器常閉觸點NC 端加限流電阻（10kΩ）接至電源正極；③輸出繼電器常開觸點NO 端與電源負極直接。底座外部接線：端子1（COM 端）并聯(lián)輸出報警信號，將端子2、3 與電源正負極連接，端子4 空不接線。見圖6。

圖5 高低壓間新煙感的改造圖

圖6 變壓器間新煙感的改造圖

2.3 新煙感外部接線方法

由于煙感的生產(chǎn)廠家不同，更換煙感時，配套的安裝底座需同步更換。

2.4 其他

圖7 箱變新煙感的外部接線原理圖

日常巡視設備檢查煙感時，對新煙感可通過觀察工作燈的閃爍判斷其工作狀態(tài)；可按觸煙感本體上的試驗按鈕，讓其發(fā)出聲光報警訊號，來檢查其報警功能是否正常。

3 替換效果

替換新煙感經(jīng)過上述改造措施，使用繼電器觸點輸出與RTU 遠程終端采集器采集匹配的報警信號，帶載能力和抗干擾性能都得到了加強，提高了工作可靠性。

2018 年7 月份，合寧線黃庵1# 通信基站電力箱變的既有煙感全部更換為新煙感后，運行正常，至今未發(fā)生煙感誤報現(xiàn)象。