靳來生

(鄭州鐵路局 鄭州供電段,河南鄭州450061)

電氣化鐵路牽引變電所承擔(dān)著為電力機(jī)車不間斷供電的重要任務(wù),在鐵路安全運(yùn)輸生產(chǎn)中處于非常重要的位置。因此,牽引變電所均要求具有雙電源、雙主變固定備用,且具備自動投切功能。由于備自投系統(tǒng)涉及到大量的開關(guān)及其他機(jī)電設(shè)備,其故障率較高,很有必要經(jīng)常對其進(jìn)行試驗(yàn),以便保證自投裝置處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。目前,普遍采用中斷運(yùn)輸,申請?zhí)齑巴ｋ娫囼?yàn)的方法對自投功能進(jìn)行試驗(yàn)。在繁忙干線進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)對運(yùn)輸干擾較大,難以實(shí)施,因此自投裝置經(jīng)常處于失修狀態(tài)。

幾年來,鄭州供電段共對6個牽引變電所的自投裝置進(jìn)行了(安排停電點(diǎn)的)自投裝置試驗(yàn),結(jié)果只有2個牽引變電所的自投裝置運(yùn)行正常,其他4個牽引變電所的自投裝置均存在問題,說明了進(jìn)行自投試驗(yàn)的重要性。

為此,有必要研制備自投試驗(yàn)儀,以便在不干擾正常運(yùn)輸秩序的情況下對牽引變電所自投功能進(jìn)行試驗(yàn),保證其處于良好的工作狀態(tài)。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀及存在的問題

目前,在國內(nèi)鐵路牽引供電系統(tǒng),尚沒有專門的儀器用來對牽引變電所自投功能進(jìn)行試驗(yàn),普遍采用的方法是申請?zhí)齑巴ｋ娫囼?yàn)。

國內(nèi)電力系統(tǒng)關(guān)于備自投裝置的試驗(yàn)測試儀,已有相關(guān)報道,主要是采用模擬斷路器代替實(shí)際運(yùn)行的開關(guān)來進(jìn)行試驗(yàn)。這種試驗(yàn)方法只對自投裝置進(jìn)行了試驗(yàn),對于自投回路其他設(shè)備,例如二次電纜、斷路器及隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)等無法進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)狀態(tài)與設(shè)備真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)差異太大,在牽引變電所進(jìn)行這種方式的試驗(yàn)意義不大。且這種方法具有接線復(fù)雜,對試驗(yàn)人員素質(zhì)要求高,并容易危及正常供電。

2 可行性分析及研制過程

2.1 可行性分析

當(dāng)前,在鐵路牽引變電所普遍采用綜合自動化系統(tǒng)保護(hù)裝置,電源和主變壓器的備用自投功能由綜合自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),因生產(chǎn)廠家的不同,其自投功能的實(shí)現(xiàn)方式也各不相同。鄭州供電段主要使用的綜合自動化系統(tǒng)的備自投系統(tǒng)有下列幾種:

(1)WBH-892C型主變測控裝置

WBH-892C型主變測控裝置的備自投裝置采用兩個獨(dú)立的測控裝置,通過10根自投聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行自投聯(lián)絡(luò),共同完成牽引變電所主變自投和電源自投。兩臺測控裝置各自控制本系統(tǒng)的開關(guān)動作,并向?qū)?cè)裝置發(fā)出自投聯(lián)絡(luò)信號,以及接收對側(cè)發(fā)送的自投聯(lián)絡(luò)信號。

針對此種自投實(shí)現(xiàn)原理,研發(fā)的備自投試驗(yàn)的儀器可以采用仿真自投聯(lián)絡(luò)信號的辦法進(jìn)行自投試驗(yàn)。

(2)WBT-65A微機(jī)備自投裝置

WBT-65A微機(jī)備自投裝置采用獨(dú)立的備自投裝置實(shí)現(xiàn),采集參與自投的所有的斷路器和隔離開關(guān)的位置信號和主變故障信號,以及進(jìn)線電壓,根據(jù)預(yù)設(shè)自投方式,對相應(yīng)的開關(guān)發(fā)出分合閘操作脈沖。

針對此種自投實(shí)現(xiàn)原理,研發(fā)的備自投試驗(yàn)的儀器可以采用仿真斷路器和仿真隔離開關(guān)的方式進(jìn)行自投試驗(yàn)。

(3)通過通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)的軟件備自投

該綜合自動化系統(tǒng)沒有設(shè)置專用的備自投裝置,而是靠通信管理機(jī)中的軟件通過通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn),通常只要遠(yuǎn)動操作沒有問題,備自投系統(tǒng)理論上應(yīng)該不存在問題,因此,本次研發(fā)備自投試驗(yàn)儀不考慮此種原理的自投系統(tǒng)試驗(yàn)。

2.2 研制過程

針對不同自投裝置,設(shè)計了兩種工作原理。對于WBH-892C型自投裝置,采取仿真自投聯(lián)絡(luò)信號的方式來進(jìn)行試驗(yàn)。對于WBT-65備自投裝置,采用仿真斷路器及仿真隔離開關(guān)的方式來進(jìn)行試驗(yàn)。

對于WBH-892C型自投裝置仿真自投聯(lián)絡(luò)信號時,因?yàn)樽酝堵?lián)絡(luò)信號線少,現(xiàn)場接線簡單,采用單片機(jī)輸入回路直接與被測試裝置的自投聯(lián)絡(luò)輸出連接,單片機(jī)的輸出回路直接接入被測試裝置的自投聯(lián)絡(luò)輸入,用單片機(jī)程序仿真另外一臺主變測控裝置,與被測試的裝置組成自投系統(tǒng),進(jìn)行仿真試驗(yàn),被測試的系統(tǒng)是真實(shí)系統(tǒng),開關(guān)與斷路器真實(shí)動作,自投試驗(yàn)完備徹底,可以發(fā)現(xiàn)自投回路中的所有缺陷與問題。

對于WBT-65備自投裝置,因?yàn)橐抡娑嗯_斷路器與多臺隔離開關(guān),現(xiàn)場接線復(fù)雜,若不采取特別的技術(shù)措施,進(jìn)行仿真自投試驗(yàn)對于現(xiàn)場操作人員來說是很難完成的任務(wù)。針對這個問題,設(shè)計了在單片機(jī)與自投裝置之間加裝接線轉(zhuǎn)接板的方法來解決(圖1)。

試驗(yàn)時,將自投裝置上的相關(guān)插拔式接線端子整體拔下來,插到轉(zhuǎn)接板上,再將轉(zhuǎn)接板上的接線端子插在自投裝置上,使用整體插拔的方式簡化了試驗(yàn)接線。同時,轉(zhuǎn)接板還有試驗(yàn)時運(yùn)行系統(tǒng)與被試系統(tǒng)隔離的作用,保證試驗(yàn)時運(yùn)行系統(tǒng)不受影響,安全可靠供電。試驗(yàn)時,轉(zhuǎn)接板首先切斷自投裝置與正在運(yùn)行的系統(tǒng)之間的信號和分合閘回路,由儀器模擬的斷路器及隔離開關(guān)代替,以便保證試驗(yàn)時的供電安全。然后由儀器模擬的斷路器和隔離開關(guān)組成一個系統(tǒng),和備用的真實(shí)系統(tǒng)組成仿真試驗(yàn)系統(tǒng),對備自投功能進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)時,儀器組成的系統(tǒng)進(jìn)行模擬分合,備用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際帶開關(guān)真實(shí)分合。

3 自投試驗(yàn)儀組成

自投試驗(yàn)儀的組成(圖2)。

(1)觸摸屏:試驗(yàn)操作、開關(guān)分合記錄查看、負(fù)責(zé)操作儀器、輸入定值、顯示事件記錄、控制模擬開關(guān)的分合及狀態(tài)顯示、改變運(yùn)行方式等。(2)端子排轉(zhuǎn)換插件:為避免試驗(yàn)接線過多,將大量接線集中到該插件上,通過該插件集中連接,方便試驗(yàn)接線。(3)開關(guān)量輸入板:將自投裝置發(fā)出的開關(guān)分合命令通過光電隔離轉(zhuǎn)換后輸入中央處理單元。(4)開關(guān)量輸出板:將中央處理單元輸出的自投裝置在需要的開關(guān)位置信號經(jīng)過繼電器輸出。(5)CPU中央處理單元:對整個自投試驗(yàn)進(jìn)行控制,模擬自投試驗(yàn)所需邏輯,管理整定值及試驗(yàn)報告等數(shù)據(jù)。(6)電源:儀器供電部分。儀器外觀見圖3。

圖1 接線轉(zhuǎn)接板

圖2 儀器的組成

圖3 儀器外觀示意圖

4 儀器試驗(yàn)方法及過程

采用了兩種試驗(yàn)方法,一是實(shí)現(xiàn)仿真自投聯(lián)絡(luò)信號的辦法進(jìn)行自投試驗(yàn)。試驗(yàn)時,由儀器仿真正在運(yùn)行的系統(tǒng),與備用系統(tǒng)進(jìn)行自投聯(lián)絡(luò),組成混合仿真系統(tǒng),備用系統(tǒng)帶開關(guān)完成自投動作。然后,再將備用系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)互換(切換電源和主變壓器),再次進(jìn)行試驗(yàn),即可完成整個牽引變電所自投功能的試驗(yàn)工作。二是實(shí)現(xiàn)仿真斷路器和仿真隔離開關(guān)的方式進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時,本儀器首先切斷自投裝置與正在運(yùn)行的系統(tǒng)之間的信號和分合閘回路,由儀器模擬的斷路器及隔離開關(guān)代替,以便保證試驗(yàn)時的供電安全。然后由儀器模擬的斷路器和隔離開關(guān)組成一個系統(tǒng),和備用的真實(shí)系統(tǒng)組成混合仿真試驗(yàn)系統(tǒng),對備自投功能進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)時,儀器組成的系統(tǒng)進(jìn)行模擬分合,備用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際帶開關(guān)真實(shí)分合。試驗(yàn)完成后,再將備用系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)倒切,再次進(jìn)行試驗(yàn),即可完成整個牽引變電所自投功能的試驗(yàn)工作。

下面以一個典型的牽引變電所主接線為例,來詳細(xì)說明自投試驗(yàn)過程(圖4)。

必須采取的安全措施步驟:

(1)通過倒閘作業(yè),使變電所處于1#電源帶1#主變壓器運(yùn)行狀態(tài)。

(2)為了保證使自投試驗(yàn)過程中兩路電源不經(jīng)過隔離開關(guān)溝通,拉開跨條手動隔離開關(guān)1002并加鎖。

(3)為了使自投試驗(yàn)時不對主變壓器多次合閘沖擊,拉開1022隔開,拉出202a、202b斷路器小車。

(4)為了保證試驗(yàn)過程中運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行安全,對于WBH892型自投裝置,撤除1#主變壓器測控盤進(jìn)線自投和主變壓器自投;對于WBT-65型自投裝置,撤除1#主變壓器測控盤上的自投分合閘連片,并將1#電源進(jìn)線隔離開關(guān)的電機(jī)電源斷開。

(5)對于WBH892型自投裝置,將自投試驗(yàn)儀仿真的自投聯(lián)絡(luò)信號接線與2#主變壓器測控盤上對應(yīng)回路進(jìn)線連接,對于WBT-65型自投裝置,將自投試驗(yàn)儀的轉(zhuǎn)接板與WBT-65型自投裝置進(jìn)線連接,然后按圖5進(jìn)行自投試驗(yàn)。

圖5 2#電源及2#主變壓器自投試驗(yàn)流程圖

(6)至此,對與2#電源及2#主變壓器的自投試驗(yàn)進(jìn)行完畢,并且完成了5種自投方式的自投試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中,為了使開關(guān)處于需要的運(yùn)行方式,有一種自投方式進(jìn)了兩次試驗(yàn)。

(7)恢復(fù)變電所的正常運(yùn)行狀態(tài)后,再次通過倒閘作業(yè),使變電所處于2#電源帶2#主變壓器運(yùn)行狀態(tài)。

(8)比照(2)、(5),采取相應(yīng)的安全措施,并按圖6進(jìn)行自投試驗(yàn)。

圖6 1#電源及1#主變壓器自投試驗(yàn)流程圖

(9)至此,對1#電源與1#主變壓器的自投回路試驗(yàn)完畢,并且所有自投方式均至少進(jìn)行了一次試驗(yàn),恢復(fù)所有安全措施,變電所恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),自投試驗(yàn)完畢。

試驗(yàn)過程中的電源失壓均由儀器模擬發(fā)出,儀器模擬的主變壓器故障由儀器發(fā)出,備用主變壓器故障由短接備用主變瓦斯繼電器發(fā)出,試驗(yàn)過程完全模擬真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

由以上試驗(yàn)過程可以看出,試驗(yàn)時,運(yùn)行系統(tǒng)的自投功能撤除,且運(yùn)行系統(tǒng)與備用系統(tǒng)之間的手動隔離開關(guān)均處于斷開位置,有效的隔離了運(yùn)行系統(tǒng)與試驗(yàn)系統(tǒng),因此,采用該方法進(jìn)行自投試驗(yàn),可以保證試驗(yàn)時不影響正在運(yùn)行系統(tǒng)的正常供電。

5 儀器特點(diǎn)

(1)儀器采用有針對性的仿真技術(shù),在自投試驗(yàn)時具備仿真牽引變電所一個主變壓器系統(tǒng)的能力。(2)具有試驗(yàn)接線轉(zhuǎn)接器,試驗(yàn)接線簡單,且隔離正在運(yùn)行系統(tǒng)試驗(yàn)安全性高。(3)被測試系統(tǒng)帶開關(guān)真實(shí)動作,完全仿真運(yùn)行狀態(tài),能夠發(fā)現(xiàn)自投系統(tǒng)中所有影響自投成功的設(shè)備缺陷。(4)儀器采用轉(zhuǎn)接板的方式進(jìn)行試驗(yàn)接線,具有現(xiàn)場接線簡單,隔離運(yùn)行設(shè)備,排除了因人員在試驗(yàn)中誤操作而發(fā)生中斷供電的危險。(5)信息量大,對試驗(yàn)過程中的每一部操作和動作均有詳細(xì)記錄,方便在自投不成功時進(jìn)行原因分析和故障查找。(6)交直流90—260 V寬電源范圍,方便使用。(7)低廉的生產(chǎn)成本。

6 試驗(yàn)儀使用情況

按照標(biāo)準(zhǔn)要求,新投產(chǎn)的備自投裝置以及備自投裝置的定期檢驗(yàn),必須經(jīng)帶開關(guān)傳動試驗(yàn)合格,以確保裝置的可靠性和外部回路的正確性。從而確保在工作電源或設(shè)備因故障等原因斷開以后,裝置能夠正確動作,保證供電。

研制的兩臺備自投試驗(yàn)儀于2009—12分別交由鄭州、新鄉(xiāng)兩個變電車間運(yùn)用。運(yùn)用半年來未發(fā)生任何故障,多次對牽引變電所成功進(jìn)行了自投功能試驗(yàn)。

新鄉(xiāng)變電車間在2010年使用該儀器,分別對獲嘉、焦作、湯陰、新鄉(xiāng)、淇縣5個采用WBH-892C型自投裝置的牽引變電所和月山、晉城兩個采用WBT-65型自投裝置的牽引變電所進(jìn)行了自投試驗(yàn)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)月山牽引變電所自投裝置交流采樣板故障,自投不能進(jìn)行,更換該板后自投成功。淇縣變電所電動隔離開關(guān)動作不可靠,時有拒動發(fā)生,經(jīng)檢查為輔助接點(diǎn)不良,更換后正常。獲嘉變電所自投板系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯誤,導(dǎo)致交叉供電時自投不能正常完成,修改參數(shù)后自投成功。

鄭州變電車間在2010年使用該儀器,分別對薛店、臨潁WBH-892C型自投裝置的牽引變電所和莆田、開封兩個采用WBT-65型自投裝置的牽引變電所進(jìn)行了自投試驗(yàn)。

由于該儀器的使用,使長期未能進(jìn)行的試驗(yàn)得以開展,排除了自投回路以前難以發(fā)現(xiàn),難于處理的故障,保證了牽引變電所自投系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài),確保了牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性。

儀器于2010—07通過鄭州鐵路局科研成果鑒定。

[1] 電力工業(yè)技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)匯編.ISBN/55083782.機(jī)電保護(hù)監(jiān)督[S].北京:中國電力出版社,2004.

[2] TA21牽引變電所安全監(jiān)控及綜合自動化系統(tǒng)使用說明書[R].成都交大許繼電器有限公司,2004.

[3] WBT-65A.微機(jī)備自投裝置說明書[R].國電南享自動化股份有限公司,2004.