基于電壓檢測(cè)的刀閘控制回路監(jiān)測(cè)方法及裝置

吳洪波，董明楓，邊育棟，張志康

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東江門(mén) 529000）

0 引言

刀閘遙控故障是倒閘操作中遇到的最多也是最常見(jiàn)的故障[1]。刀閘遙控故障分機(jī)械故障和控制回路故障，控制回路故障約占半數(shù)[2]。不同于斷路器具備完善的斷路器控制回路斷線監(jiān)視回路，目前很多刀閘控制回路沒(méi)有監(jiān)視回路。由于刀閘機(jī)構(gòu)箱大多在戶(hù)外高壓場(chǎng)地，刀閘控制回路較為復(fù)雜，精確定位故障點(diǎn)難度大，要求消缺人員有較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平[3]。目前基于人工判斷為主的控制回路故障定位、消缺方法，效率低下，對(duì)消缺人員技術(shù)要求較高，不具備普適性。

針對(duì)上述情況，提出基于可編程式刀閘控制回路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，依次采集控制回路各節(jié)點(diǎn)電壓，通過(guò)對(duì)個(gè)采集電壓點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比，得出各采集點(diǎn)電壓的狀態(tài)值，并綜合各采集點(diǎn)狀態(tài)值快速判斷刀閘控制回路狀態(tài)、故障位置。

1 刀閘控制回路介紹

1.1 刀閘控制回路

刀閘控制回路主要包括控制電源、內(nèi)部閉鎖元件、外部閉鎖回路3 個(gè)部分（圖1）。

圖1 刀閘控制回路

1.2 刀閘控制回路狀態(tài)分類(lèi)

根據(jù)回路各部分投入情況，將回路狀態(tài)分為4 種：

（1）運(yùn)行狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件未滿足的狀態(tài)。

（2）預(yù)操作狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)。此狀態(tài)下，遠(yuǎn)控接點(diǎn)一經(jīng)閉合即可使分/合閘接觸器動(dòng)作。

（3）操作狀態(tài)：指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)下，刀閘控制回路接收到遠(yuǎn)方操作命令后進(jìn)入該狀態(tài)，直至刀閘操作結(jié)束。

（4）故障狀態(tài)：指在控制電源異?；騼?nèi)部閉鎖元件異常的狀態(tài)。

2 刀閘控制回路分析方法

對(duì)刀閘控制回路分析采用以下方法：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化定義：對(duì)刀閘控制回路進(jìn)行分類(lèi)、歸納，將刀閘控制回路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，包括刀閘控制回路組成及分類(lèi)、狀態(tài)分類(lèi)、監(jiān)視點(diǎn)定義及分類(lèi)等。

（2）電壓分類(lèi)采集：按照標(biāo)準(zhǔn)化的定義，裝置采用在線監(jiān)測(cè)方法，對(duì)監(jiān)視點(diǎn)電壓進(jìn)行分類(lèi)采集，得到各監(jiān)視點(diǎn)的電壓實(shí)測(cè)值。

（3）監(jiān)視點(diǎn)電壓分析：通過(guò)對(duì)各監(jiān)視點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比分析，得出各監(jiān)視點(diǎn)的狀態(tài)值。

（4）回路節(jié)點(diǎn)分析：通過(guò)綜合分析各監(jiān)視點(diǎn)的狀態(tài)值，得出刀閘控制回路各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

（5）內(nèi)部信號(hào)定義及分析：定義內(nèi)部信號(hào)，并通過(guò)綜合分析回路狀態(tài)情況，賦值各內(nèi)部信號(hào)。

（6）信號(hào)輸出及存儲(chǔ)：定義輸出信號(hào)，并根據(jù)內(nèi)部信號(hào)動(dòng)作情況觸發(fā)信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)刀閘控制回路實(shí)時(shí)監(jiān)視。

3 刀閘控制回路監(jiān)測(cè)裝置及實(shí)現(xiàn)

3.1 裝置采集模塊

3.1.1 刀閘控制回路監(jiān)視點(diǎn)定義及分類(lèi)

監(jiān)視點(diǎn)定義：回路上采集電壓的節(jié)點(diǎn)，并可利用采集到的電壓進(jìn)行分析以監(jiān)視回路狀態(tài)。為清晰說(shuō)明監(jiān)視點(diǎn)所處位置，結(jié)合圖1 進(jìn)行說(shuō)明，包括5 類(lèi)共14 個(gè)監(jiān)視點(diǎn)。

（1）第1 類(lèi)為電源監(jiān)視接點(diǎn)，包括電機(jī)電源、操作電源。

（3）第3 類(lèi)為內(nèi)部閉鎖接點(diǎn)監(jiān)視，包括分閘接觸器輔助接點(diǎn)、合閘接觸器輔助接點(diǎn)（KM1-1）、分位行程開(kāi)關(guān)（SL1-1）、合位行程開(kāi)關(guān)（SL2-1）、手動(dòng)連鎖輔助接點(diǎn)（SL3-2）、電機(jī)保護(hù)繼電器輔助接點(diǎn)（GDH-2）、急停按鈕輔助接點(diǎn)（SB2-2），共7 個(gè)。

（4）第4 類(lèi)為遠(yuǎn)控命令監(jiān)視點(diǎn)，包括遠(yuǎn)控合接點(diǎn)（10）、遠(yuǎn)控分接點(diǎn)（11）。

（5）第5 類(lèi)為動(dòng)作過(guò)程監(jiān)視點(diǎn)，即分、合閘回路自保持接點(diǎn)，包括分閘接觸器輔助接點(diǎn)（KM2-14）、合閘接觸器輔助接點(diǎn)（KM1-14）。

3.1.2 電壓采集技術(shù)實(shí)施

采用小PT、在線監(jiān)測(cè)的方式，每路監(jiān)視點(diǎn)獨(dú)立采集。監(jiān)視點(diǎn)按第4 類(lèi)、第5 類(lèi)、第1 類(lèi)、第2 類(lèi)、第3 類(lèi)的順序依次接入采集模塊。

3.2 綜合分析流程（圖2）

圖2 綜合分析流程

3.2.1 監(jiān)視點(diǎn)電壓分析

The charge stored in the space charge region was given as follows:

變電站刀閘控制回路控制電源為AC 220 V，在控制回路投入運(yùn)行的情況下，各監(jiān)視點(diǎn)的測(cè)量電壓大?。▽?duì)N 端）應(yīng)為AC 220 V（標(biāo)準(zhǔn)電氣值）。如控制回路某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)斷線，其對(duì)應(yīng)監(jiān)視點(diǎn)測(cè)量電壓則會(huì)出現(xiàn)異常，一般異?，F(xiàn)象為每次測(cè)量電壓波動(dòng)較大，大小在0～220 V。因此通過(guò)采集各監(jiān)視點(diǎn)電壓的連續(xù)3 次采集電壓的大小，并與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比分析，可以判斷監(jiān)視點(diǎn)狀態(tài)值。

3.2.2 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分析

定義包括遠(yuǎn)方分閘命令、遠(yuǎn)方合閘命令、分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)、電機(jī)電源狀態(tài)、控制電源狀態(tài)、外部閉鎖回路狀態(tài)、接觸器接點(diǎn)狀態(tài)斷路器行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)、手動(dòng)連鎖狀態(tài)、電機(jī)保護(hù)狀態(tài)、急停按鈕狀態(tài)、內(nèi)部閉鎖回路狀態(tài)等14 個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)綜合分析監(jiān)視點(diǎn)是否滿足判斷依據(jù)，可以得出刀閘控制回路各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

3.2.3 內(nèi)部信號(hào)定義及分析

（1）定義及初步分析。定義包括電機(jī)電源故障、控制電源故障、外部閉鎖、內(nèi)部閉鎖、分閘操作啟動(dòng)、合閘操作啟動(dòng)、接觸器故障、接觸器接點(diǎn)故障、斷路器行程開(kāi)關(guān)故障、手動(dòng)連鎖故障、電機(jī)保護(hù)繼電器故障、急停按鈕輔助故障、刀閘可控、控制回路斷線等共14 個(gè)內(nèi)部信號(hào)。通過(guò)綜合分析各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，可以得到前面12 個(gè)信號(hào)的狀態(tài)值。而“刀閘可控”、“控制回路斷線”兩個(gè)信號(hào)需具體結(jié)合刀閘運(yùn)行狀態(tài)做進(jìn)一步判斷。

（2）進(jìn)階分析。在進(jìn)行初步信號(hào)賦值后，裝置根據(jù)各節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果，對(duì)刀閘控制回路狀態(tài)進(jìn)行判斷，并在不同狀態(tài)下進(jìn)行內(nèi)部信號(hào)進(jìn)階分析，并進(jìn)行信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。

運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)操作狀態(tài)：①如電機(jī)電源狀態(tài)正常，則“刀閘可控”信號(hào)為動(dòng)作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。

操作狀態(tài)：①如電機(jī)電源狀態(tài)正常，則“刀閘可控”信號(hào)為動(dòng)作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。③如遠(yuǎn)方分閘命令動(dòng)作，則“分閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為動(dòng)作態(tài)，“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)；如收到遠(yuǎn)方合閘命令，則“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為動(dòng)作態(tài)，“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)；以上信號(hào)狀態(tài)更新完成后，進(jìn)行該狀態(tài)下的第一次信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。完成信息輸出及存儲(chǔ)，延時(shí)1 s 后，對(duì)分、合閘接觸器輔助接點(diǎn)監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行3 輪電壓采集，并進(jìn)行分析判斷，得出分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)。最后通過(guò)分閘繼電器或合閘繼電器是否仍處于動(dòng)作狀態(tài)，分析繼電器自保持情況是否正常，對(duì)信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行以下更新；④如分閘接觸器與合閘接觸器動(dòng)作均未動(dòng)作，則“接觸器故障”信號(hào)為動(dòng)作態(tài)；否則“接觸器故障”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)。

以上信號(hào)狀態(tài)更新完成后，進(jìn)行該狀態(tài)下的第二次信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。

故障狀態(tài)：①“刀閘可控”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)。②控制電源狀態(tài)異?；騼?nèi)部閉鎖回路狀態(tài)異常時(shí)，“控制回路斷線”為動(dòng)作態(tài)，否則為復(fù)歸態(tài)。

3.3 信號(hào)輸出

定義6 個(gè)輸出信號(hào)，包括倒刀閘可控、操作啟動(dòng)、電機(jī)/控制電源故障、閉鎖回路斷線、控制回路斷線、接觸器故障，并根據(jù)內(nèi)部信號(hào)動(dòng)作情況，對(duì)輸出信號(hào)賦值。輸出信號(hào)動(dòng)作條件見(jiàn)表1。

表1 輸出信號(hào)動(dòng)作條件

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

2022 年9 月，將監(jiān)測(cè)裝置安裝應(yīng)用在1 座110 kV 變電站的2 個(gè)線路隔離開(kāi)關(guān)上，并進(jìn)行監(jiān)視點(diǎn)故障模擬試驗(yàn)20 次，該裝置均能監(jiān)測(cè)出刀閘控制回路故障，并定位故障點(diǎn)為隔離開(kāi)關(guān)故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)二次回路故障定位原理、裝置模塊設(shè)計(jì)測(cè)試，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果。得出如下結(jié)論：

（1）設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)刀閘控制回路進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)控制回路斷線發(fā)出告警，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（2）在刀閘操作過(guò)程中，利用監(jiān)視節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位控制回路故障位置，提高故障查找效率。

（3）在刀閘操作過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)視刀閘控制回路的遠(yuǎn)控接點(diǎn)是否有效動(dòng)作，為刀閘遙控失敗排除外部原因，精準(zhǔn)定位故障范圍，降低排查難度，提高故障查找效率。

（4）在刀閘操作過(guò)程中，監(jiān)視刀閘動(dòng)作過(guò)程，跟蹤分/合閘繼電器是否存在異?，F(xiàn)象，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。

（5）裝置在設(shè)備運(yùn)行及操作狀態(tài)下，均能監(jiān)視、判斷控制回路狀態(tài)，當(dāng)故障消除時(shí)，能夠通過(guò)自檢功能判斷故障消除是否準(zhǔn)確、完全，不需要通過(guò)操作驗(yàn)證。

實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，采用該裝置能夠快速定位隔離開(kāi)關(guān)二次回路的故障位置，為作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)處理故障提供幫助，保障電網(wǎng)供電可靠性。