吳宇紅 ,徐國華 ,丁文軍 ,鄧 慰
(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司德清縣供電公司,浙江 德清 313200; 2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司,浙江 湖州 313200; 3.杭州天目電力科技有限公司,浙江 臨安 311300; 4.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430074)
在低壓配電網(wǎng)中,應(yīng)采用2~3 級(jí)裝設(shè)斷路器,上一級(jí)應(yīng)選用延時(shí)動(dòng)作型斷路器,其分?jǐn)鄷r(shí)間應(yīng)比下一級(jí)斷路器的分?jǐn)鄷r(shí)間至少增加0.2 s,以實(shí)現(xiàn)選擇性。斷路器的額定剩余動(dòng)作電流值最大值不應(yīng)超過75~100 mA(非陰雨季節(jié))或200~300 mA(陰雨季節(jié))[3];家用斷路器應(yīng)實(shí)現(xiàn)直接接觸保護(hù),其動(dòng)作電流值不應(yīng)大于30 mA;移動(dòng)式電力設(shè)備及臨時(shí)用電設(shè)備的斷路器動(dòng)作電流值為 30 mA[2]。根據(jù)GB/T 13955—2017、DL/T 736—2010 等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,斷路器每月至少開展檢查動(dòng)作特性試驗(yàn)一次,并作好記錄[1]。
在檢測(cè)過程中,運(yùn)檢人員通過“看、聽、嗅”等器官感受研判密封設(shè)計(jì)內(nèi)部元器件、觸點(diǎn)系統(tǒng)等故障隱患,存在正確率低,且存在較大觸電風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)平均每座公變檢測(cè)須耗時(shí)40 min,中間檢測(cè)停電約35 min,嚴(yán)重影響著居民正常生活和社會(huì)生產(chǎn)用電。
如圖1所示,本裝置主要由電源電路、微控制器、電壓采樣電路、電流采樣電路、通信模塊、阻抗選擇模塊以及相位選擇模塊組成。其中電壓采樣電路采集斷路器的輸出電壓并傳入微控制器,電流采樣電路采集斷路器的輸出電流并傳入微控制器,通信模塊、阻抗選擇模塊以及相位選擇模塊均與微控制器連接, 微控制器可根據(jù)斷路器的性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
圖1 斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置組成框圖
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置的工作電源采用公變的智能控制終端直流12 V 直接供給,然后通過降壓至3.3 V 供給斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置電路板,當(dāng)斷路器進(jìn)行動(dòng)作特性試驗(yàn)時(shí),無論斷路器動(dòng)作前后,都不會(huì)影響斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置正常供電。同時(shí)裝置的微控制器能夠通過通信模塊調(diào)整斷路器額定剩余動(dòng)作電流值,實(shí)現(xiàn)全智能控制,如圖2所示。
圖2 供電電源的電路圖
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置微控制器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、通信處理、控制執(zhí)行等功能。其中S2為撥碼開關(guān)用于設(shè)置控制器通信地址,發(fā)光管D1、D2、D3、D4 指示工作狀態(tài),如圖3所示。
圖3 斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置微控制器電路圖
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置電壓采樣電路由三相四線電源輸入與斷路器下端出線處連接,數(shù)據(jù)經(jīng)電壓采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后推送至微控制器備用,該數(shù)據(jù)采集速率為2 s 循環(huán)采集。電流采樣電路直接與電流互感器連接,數(shù)據(jù)經(jīng)電流采樣電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后推送至微控制器備用,該數(shù)據(jù)采集速率為2 s 循環(huán)采集,如圖4所示。
圖4 電壓和電流采樣電路圖
其中采集A 相電壓的電壓互感器H1、采集B相電壓的電壓互感器H2 以及采集C 相電壓的電壓互感器H3,以及電壓互感器H1 輸入端、電壓互感器H2 輸入端以及電壓互感器H3 輸入端均連接有保護(hù)電阻,電壓互感器H1 輸出端、電壓互感器H2 輸出端以及電壓互感器H3 輸出端均通過采樣電阻與微控制器的 AD 接口連接。電壓互感器H1、H2、H3 分別與斷路器下樁的A、B、C 相連接。電流采樣電路包括三相電流互感器J1,電流互感器J1 穿接在斷路器輸出端。
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置阻抗選擇模塊由若干繼電器以及若干接地電阻組成,包括繼電器K2和繼電器K4,繼電器K2 的觸頭一端連接相位選擇繼電器組另一端連接接地電阻R11,繼電器K4 的觸頭一端連接相位選擇繼電器組另一端連接接地電阻R14??蛇x擇的阻抗共有3 擋,分別為R17,R17與R11 的并聯(lián),R17 與R14 的并聯(lián),可實(shí)現(xiàn)3 擋電阻值的選擇。繼電器設(shè)置冗余旁路,確保試跳檢測(cè)過程中裝置自身穩(wěn)定性,若干接地電阻即是拓展試跳試驗(yàn)適用范圍的基礎(chǔ),越小的接地電阻滿足了越大的斷路器試跳電流試驗(yàn)要求,如圖5所示。
圖5 阻抗和相位選擇模塊電路圖
現(xiàn)場(chǎng)依次安裝斷路器、智能控制終端、斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置、電流互感器、零序互感器。斷路器上部連接于三相四線供電電源、下部連接三相四線用戶供給電源,取供電側(cè)三相四線接于智能控制終端供電電源端,斷路器與智能控制終端通信采用RS485 連接。斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置由智能控制終端輸出的直流供電電源供給,斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置與電流互感器和零序互感器相連,智能控制終端與斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置通信采用RS485 連接,接地端與斷路器試跳接地裝置連接。
連接完成后,斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)流程如圖6 所示。
圖6 斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)流程圖
智能控制終端通過定時(shí)、手動(dòng)或編輯短信生成試跳指令,經(jīng)RS485 通信接口將指令推送至斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置微控制器,由微控制器生成測(cè)斷路器額定剩余動(dòng)作電流值(mA)指令,經(jīng)通信端口斷路器接收到指令,并提取存儲(chǔ)器內(nèi)的額定剩余動(dòng)作電流值(mA)給裝置微控制器。 微控制器判斷該值是否超300 mA以上后,分別進(jìn)行余下指令。
3.1.1 斷路器額定剩余動(dòng)作電流值大于300 mA
生成調(diào)節(jié)額定剩余動(dòng)作電流值300 mA 指令經(jīng)通信接口給斷路器,由斷路器微控制器控制并完成本次額定剩余動(dòng)作電流值300 mA 調(diào)節(jié),并將該值存入存儲(chǔ)器內(nèi),然后返回給斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置指令已完成信息,裝置微控制器發(fā)送啟動(dòng)阻抗選擇繼電器組將試驗(yàn)電阻R17、R11 并聯(lián)接地的調(diào)節(jié)指令,根據(jù)指令導(dǎo)通對(duì)應(yīng)相位選擇繼電器組C相,然后對(duì)地導(dǎo)通0.2 s,間隔10 s讀取電壓采樣電路最后推送給微控制器的A/B/C 相電壓數(shù)據(jù),判斷是否為0 V,如果是,說明本次試跳動(dòng)作成功,然后再過10 s 左右讀取電壓和電流采樣電路最后推送給微控制器的A/B/C 相電壓和A/B/C 相電流數(shù)據(jù),并經(jīng)RS485 通信接口推送至智能控制終端協(xié)微控制器暫存,然后由協(xié)微控制器將數(shù)據(jù)再推送至主微控制器, 由主微控制器完成相應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)整理、篩選、計(jì)算、閾值對(duì)比及存儲(chǔ)等判斷與分析。如果讀取電壓采樣電路最后推送給微控制器的A/B/C 相電壓數(shù)據(jù)不是0 V,則停止試跳指令執(zhí)行,微控制器經(jīng)通信接口推送至智能控制終端協(xié)微控制器生成“××公變×號(hào)斷路器故障”報(bào)警信息,由協(xié)微控制器經(jīng)通信模塊同步傳送該報(bào)警信息。
3.1.2 斷路器額定剩余動(dòng)作電流值小于等于300 mA
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置微控制器接收的額定剩余動(dòng)作電流值50 mA 時(shí),微控制器發(fā)送阻抗選擇繼電器組將試驗(yàn)電阻R17 接地的調(diào)節(jié)指令,導(dǎo)通對(duì)應(yīng)相位選擇繼電器組A 相,額定剩余動(dòng)作電流值為100 mA 時(shí),微控制器發(fā)送阻抗選擇繼電器組將試驗(yàn)電阻R17、R14 并聯(lián)接地的調(diào)節(jié)指令,導(dǎo)通對(duì)應(yīng)相位選擇繼電器組B 相。
通過斷路器“合—分—合”采集的電壓、電流、剩余電流數(shù)據(jù)和斷路器開關(guān)量3 組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析,實(shí)現(xiàn)斷路器內(nèi)部電路、觸點(diǎn)系統(tǒng)和連接點(diǎn)的精確故障診斷。
3.2.1 斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)準(zhǔn)備
智能控制終端根據(jù)每月定時(shí)或接收到觸發(fā)指令,統(tǒng)計(jì)斷路器存儲(chǔ)的本月跳閘記錄,如果存儲(chǔ)有跳閘記錄則發(fā)送“本月已有跳閘動(dòng)作記錄”的信息并結(jié)束本次斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)準(zhǔn)備。否則,進(jìn)入下一個(gè)步驟。
3.2.2 調(diào)節(jié)接地電阻進(jìn)行檢測(cè)
讀取斷路器內(nèi)預(yù)設(shè)的“剩余動(dòng)作電流值”數(shù)據(jù),根據(jù)“剩余動(dòng)作電流值”數(shù)據(jù)的范圍,自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的接地電阻,并將檢測(cè)電路對(duì)應(yīng)接于A 相或者B相或者C 相。
3.2.3 檢測(cè)及收集斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)數(shù)據(jù)
收集檢測(cè)前、檢測(cè)中和檢測(cè)后數(shù)據(jù),其中斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)數(shù)據(jù)包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、剩余電流IΔn和開關(guān)量KGL的數(shù)據(jù)。
3.2.4 檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比與分析
如 果 符 合Ua1> 0、Ua2= 0、Ua3> 0、Ub1> 0、Ub2=0、Ub3> 0、Uc1> 0、Uc2= 0、Uc3> 0、Ia1> 0、Ia2=0、Ia3> 0、Ib1> 0、Ib2= 0、Ib3> 0、Ic1> 0、Ic2= 0、Ic3> 0、IΔn1> 0、IΔn2= 0、IΔn3> 0、KGL1= 1、KGL2= 0和KGL3= 1 條件,則發(fā)送“斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)正?!毙畔?,并結(jié)束本次動(dòng)作特性檢測(cè)準(zhǔn)備。否則,發(fā)送“斷路器動(dòng)作特性檢測(cè)不正常,需要現(xiàn)場(chǎng)核查”信息,并結(jié)束本次動(dòng)作特性檢測(cè)準(zhǔn)備。
斷路器動(dòng)作特性自動(dòng)檢測(cè)裝置采用定時(shí)或編輯短信觸發(fā)保護(hù)器性能檢測(cè)任務(wù)程序,實(shí)現(xiàn)根據(jù)讀取試驗(yàn)保護(hù)器跳閘記錄、剩余動(dòng)作電流值和分?jǐn)鄷r(shí)間的存儲(chǔ)數(shù)據(jù),自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)裝置的相位和阻抗繼電器,同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間可精準(zhǔn)控制,實(shí)現(xiàn)了保護(hù)器自動(dòng)性能檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了斷路器內(nèi)部電路、觸點(diǎn)系統(tǒng)和連接點(diǎn)的精確故障診斷,解決傳統(tǒng)接地試跳靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作的問題,提高了檢測(cè)的正確率,避免了人工操作安全風(fēng)險(xiǎn)。