防PT回路空開誤動作問題分析及可視化報警裝置硬件設(shè)計

張函　呂星岐　吳鎮(zhèn)宇　徐家將

摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，電力設(shè)備的運行也隨著設(shè)備老化或工作人員的不規(guī)范操作出現(xiàn)了一系列的問題，電壓互感器回路空開誤動作是不可忽視的一個問題，空開誤動作可能會導致線路和保護裝置出現(xiàn)失壓運行狀況。本文首先分析了空開誤動作的原因和空開誤動作給電力系統(tǒng)帶來的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了一種防止空開誤動作的可視化報警裝置的硬件設(shè)計，通過加裝報警指示燈和蜂鳴器模塊，能夠在空開誤動作工況下保證同時發(fā)出聲光報警信號，能夠有效保證電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：PT回路；空開誤動作；報警；線路保護

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)基本上都能夠正常穩(wěn)定運行，但也會由于設(shè)備問題而使輸電線路發(fā)生故障，其中輸電線路母線PT二次回路空開誤動作問題尤為嚴重。PT回路空開誤動作會影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和用戶端的正常用電，對于輸電線路母線PT二次空開跳閘現(xiàn)象發(fā)生的原因分析顯得格外重要，找到問題的根源并提出針對性的解決措施是目前的首要任務(wù)?，F(xiàn)如今，眾多研究人員集中在分析PT空開設(shè)備的工作原理和參數(shù)設(shè)置方面，以更換動作元件原材料的方式迭代升級空開設(shè)備，解決動作靈敏度的問題，降低空開誤動率，隨著材料學等新技術(shù)的發(fā)展，這不失為一項可靠的選擇，但是輸電線路PT回路空開設(shè)備大多是舊式設(shè)備，要整體更換的話難免會使成本增加。本文研究了一種可附加于現(xiàn)有空開設(shè)備的誤動作報警裝置，可以通過報警控制回路檢測空開是否發(fā)生誤動作，并將報警信號通過WiFi模塊傳送到客戶端，通過可視化的聲光報警方式報告誤動作事件，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。

1 輸電線路PT回路空開誤動作影響

由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個各區(qū)域互聯(lián)互通的大型電力系統(tǒng)，所以輸電線路電力設(shè)備故障不僅會影響到本線路正常運行，還可能會影響到其他線路及設(shè)備，PT回路空開誤動作會引發(fā)造成二次回路突然斷電，也會影響到一次回路的正常運行［1］，另外，空開誤動作也會導致很多輸電線路保護裝置出現(xiàn)運行失壓現(xiàn)象［2］，輸電線路及相關(guān)的母線保護運行失壓造成線路失去主保護，只剩下零序電流保護正常運行，這將威脅到電網(wǎng)的安全運行［3］，嚴重時會使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定或者發(fā)生嚴重的電力事故，威脅到人民的生命財產(chǎn)安全。所以深入問題，研究誤動作發(fā)生的原因，采取正確、適當?shù)拇胧[患，設(shè)計出適合電力系統(tǒng)發(fā)展的PT空開誤動作保護裝置，配合其他電力保護設(shè)備實現(xiàn)輸電線路的全方位保護，對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行來說尤為重要。

一些空開長期變動工作狀態(tài)，金屬部件受金屬疲勞等因素影響，空開部件強度降低，無法保持最初的動作精度，當負載電流超過動作電流時，動作觸頭無法正確動作，使得過載情況下空開無法使用強制性鎖具。此種情況下若是有人員誤靠近將可能發(fā)生危險事故。

2 輸電線路PT回路空開誤動作原因分析

二次空氣斷路器是變電站繼電保護裝置的電壓控制和隔離裝置，起到分配和隔離電壓故障的作用。斷開繼電保護裝置的二次空氣斷路器是較常見的安全措施之一，為保證施工人員的安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，將切斷開關(guān)中間的交直流電源［4］。

正常情況下，空氣開關(guān)接通電源，脫扣裝置處于閉鎖狀態(tài)使得觸頭無法動作，空氣開關(guān)正常接通輸電線路，當輸電線路中電流過大時，大電流產(chǎn)生高熱量，使脫扣機構(gòu)中的金屬片受熱彎曲帶動杠桿使脫扣裝置動作，完成短路時的過載保護。從空氣開關(guān)的工作原理可以看出，空氣開關(guān)動作的關(guān)鍵是短路時發(fā)熱元件的熱量使金屬片發(fā)生形變，但是二次回路中工作的設(shè)備不只空氣開關(guān)，還存在繼電器、接觸器和變頻器等電力設(shè)備，這些設(shè)備的運行同樣伴隨著熱量的產(chǎn)生，故障溫度加上設(shè)備運行溫度高于空氣開關(guān)的感溫元件所設(shè)定的動作溫度，這促使工作人員設(shè)置更高的動作溫度，導致空氣開關(guān)發(fā)生誤動作。

輸電線路二次回路PT回路空開誤動作，一部分原因是工作人員沒有按照科學的規(guī)程執(zhí)行操作，使得二次回路裝置出現(xiàn)運行失壓狀況，所以應該避免由于工作上的疏忽而導致系統(tǒng)運行問題。因此，應該對工作人員進行系統(tǒng)化的培訓，讓員工準確掌握包括空氣開關(guān)在內(nèi)的各種元器件的操作規(guī)范，對于整個裝置的穩(wěn)定運行尤為重要。

3 防PT空開誤動作報警裝置硬件設(shè)計

本文研究了一種PT回路空開誤動作可視化報警方法，在空開斷開后，采取自動保護與聲光無線報警的方式實現(xiàn)可視化報警，并區(qū)分空開是誤斷開還是過載斷開。報警裝置電路設(shè)計如圖1所示，共分為三個回路，分別是交流回路、整流回路和直流回路。交流回路為自動保護回路，主要控制各繼電器和指示燈；整流回路完成交流變直流的任務(wù)；直流回路為聲光無線報警回路，完成信號發(fā)送和聲音報警。電路中OF為空開。F為接觸器線圈，F(xiàn)1、F2、F3為該接觸器開關(guān)，SD為過電流繼電器線圈，SD1和SD2分別為該繼電器的常閉、常開觸點，R1、R2為功率電阻，阻值為10Ω。D0、D1、D2為交流燈，其額定電壓為220V。T1為變壓器，將220V交流電壓變換為9V交流電壓。D3、D4、D5、D6為整流二極管，將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?。C1、C2、C3、C4為濾波電容，其容值分別為1000μF、10μF、10pF、10pF。U1為直流穩(wěn)壓芯片LM2576，U2為微處理器STC89C52。L1為續(xù)流電感，其電感值為450μH。R4、R5為電子電阻，其阻值為1Ω，R3為電位器，其阻值為10kΩ。D7為發(fā)光二極管。WiFi指的是無線報警模塊WiFi，B為聲音報警器。

報警裝置中交流回路為自動保護回路，如圖2所示。

繼電器線圈SD得電，由于回路電流I小于SD動作電流i，故常閉觸點SD1保持閉合，常開觸點SD2保持斷開，此時空開誤斷指示燈D1燈亮，空開過載斷開指示燈D2燈滅。當交流回路空開OF因過載發(fā)生斷開時，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)閉合，正常工作指示燈D0燈滅，過電流繼電器線圈SD得電，由于過載回路電流I大于SD動作電流i，常閉觸點SD1斷開，常開觸點SD2閉合，此時空開誤斷指示燈D1燈滅，空開過載斷開指示燈D2燈亮。此時再次檢測交流回路空開OF是否發(fā)生誤斷開。當交流回路空開OF閉合，接觸器線圈F通電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)斷開。

對于整流回路，如圖3所示，當交流回路空開OF發(fā)生誤斷開或是過載斷開時，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)閉合，整流回路開始工作。當交流回路空開OF閉合，接觸器線圈F通電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)斷開，整流回路停止工作。

對于直流回路，如圖4所示，當交流回路中的空開OF發(fā)生誤斷開或是過載斷開時，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)閉合，整流回路開始工作，直流回路開始工作，微控制器U2開始工作。微控制器U2控制點亮D7燈，并控制蜂鳴器B報警。微控制器在開始工作瞬間計時，每60秒通過WiFi模塊發(fā)出一次報警。

當交流回路空開OF閉合，電流繼電器線圈SD與接觸器線圈F通電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)斷開，整流回路停止工作，直流回路停止工作。

對于整個報警裝置，其動作及報警流程如圖5所示，整流流程如下：

（1）建立空開保護與報警控制的交流、整流和直流回路；

（2）初始化電路，判斷交流回路中的空開OF是否斷開；

（3）并根據(jù)初始空開OF合斷條件判斷各個回路的動作情況；

（4）若空開OF發(fā)生誤斷開，則電流繼電器線圈SD與接觸器線圈F斷電也將失電；

（5）若是回路因為過電流而使空開OF動作，則交流回路將會斷開，此時不會觸發(fā)誤動作報警；

（6）不斷執(zhí)行以上步驟（2）～（5），判斷結(jié)合電路電流和空開OF動作情況，確定保護報警回路的動作情況。

具體實施過程為，首先判斷電路中的空開OF的開斷情況，當交流回路空開OF發(fā)生誤斷開時，電流繼電器線圈SD與接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開關(guān)閉合，正常工作指示燈D0燈滅，D1與D2根據(jù)空開動作情況亮燈或滅燈，當發(fā)生空開誤動作時，指示燈D1亮；當發(fā)生過載時，指示燈D2亮。無論是空開誤動作還是空開應過載斷開，整流回路中的常閉開關(guān)F3都將閉合，F(xiàn)3閉合后直流回路中的微處理器U2開始計時，當T大于60s時，直流回路中的WiFi模塊向工作人員發(fā)出報警信號，D7報警指示燈點亮。工作人員根據(jù)指示燈可判斷空開動作情況，并根據(jù)實際情況選擇對應的施工措施。

結(jié)語

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行離不開各電力設(shè)備的正常工作，PT回路空開誤動作不僅會影響到一、二次設(shè)備的運行，還會影響到用戶端的正常用電。為了解決空開誤動作報警問題，本文研究了一種防止電壓互感器空開誤斷回路的保護與報警裝置，這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)空開誤動作的判斷和可視化報警，并且其直流回路和交流回路均可以直接通過輸電線路取電，不需要二次加裝電源，有較高的實用價值。

參考文獻：

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［3］馮尚峰.35kV變電站母線PT二次空開跳閘原因分析［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2015（10）：242.

［4］張慶偉.一種繼電保護裝置二次空開防誤閉鎖裝置［J］.江西電力職業(yè)技術(shù)學院學報，2018，31（01）：12+7.

作者簡介：張函（1996—），女，漢族，云南宣威人，助理工程師，研究方向：輸變電設(shè)備狀態(tài)評估、特高壓直流輸電技術(shù)及交直流保護研究。