范滌

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

小型水電站高壓開關(guān)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建

范滌

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

摘要：依托浙江省示范建設(shè)實(shí)訓(xùn)基地“發(fā)電廠及電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地”的建設(shè)，與發(fā)電廠仿真實(shí)訓(xùn)中心一起進(jìn)行總體構(gòu)架，通過(guò)核心技術(shù)的研究，包括控制核心技術(shù)和發(fā)電廠仿真實(shí)訓(xùn)中心共享技術(shù)，構(gòu)建了基于仿真網(wǎng)絡(luò)控制的高壓開關(guān)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以為《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)》、《發(fā)電廠及電力系統(tǒng)》課程服務(wù)，具備電站職工培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、教師科研等多種功能，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，效果良好，能夠有效提升學(xué)生的職業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；高壓開關(guān)；網(wǎng)絡(luò)控制；仿真

高職教育以培養(yǎng)“生產(chǎn)、管理、服務(wù)、建設(shè)的高素質(zhì)技能型人才”為目標(biāo)。高職院校必須通過(guò)強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的基本職業(yè)能力、專業(yè)職業(yè)能力、技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力等技能。培養(yǎng)學(xué)生的這些能力，必須要有實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ)平臺(tái)作支撐，而為“發(fā)電廠及電力系統(tǒng)”專業(yè)構(gòu)建的浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院高壓開關(guān)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，是省特色建設(shè)專業(yè)“發(fā)電廠及電力系統(tǒng)”的核心、專業(yè)實(shí)訓(xùn)室，也是浙江省示范實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)點(diǎn)：“發(fā)電廠及電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地”的核心建設(shè)內(nèi)容。該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以為《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)》、《繼電保護(hù)和二次》課程服務(wù)，具備電站職工培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、教師科研等多種功能。因此，該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建是非常的必要且很有價(jià)值。

1總體框架

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)按照典型農(nóng)村水電站主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)，由2臺(tái)發(fā)電機(jī)組成；有8個(gè)控制臺(tái)控制開關(guān)和斷路器設(shè)備。如圖1所示。

2核心技術(shù)

2.1控制部分

2.1.1高壓斷路器的分類和用途

由于高壓斷路器具有較完善的滅弧裝置，能在較短的時(shí)間內(nèi)熄滅電弧，可以在帶負(fù)荷的情況下，通和斷電路，因此，是一次電力系統(tǒng)設(shè)備中保護(hù)和控制的關(guān)鍵電氣設(shè)備，高壓斷路器是高壓電器中最重要的部分。在電網(wǎng)中起兩方面作用：

（1）控制作用，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，部分電氣設(shè)備、線路投入、退出運(yùn)行；

（2）保護(hù)作用，即在電氣設(shè)備、電力線路發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)裝置跳閘信號(hào)發(fā)出，斷路器啟動(dòng)，將迅速?gòu)碾娋W(wǎng)中切除故障部分設(shè)備或線路，確保無(wú)故障部分在電網(wǎng)中正常運(yùn)行。

高壓斷路器按滅弧介質(zhì)的不同，可以分為：六氟化硫斷路器、油斷路器、磁吹斷路器、空氣斷路器等。

圖1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)總體框架圖

油斷路器逐漸被淘汰，由于維護(hù)成本較高，可靠性不如六氟化硫斷路器和真空斷路器，但仍有部分老電站在使用，因此，本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)配置了真空斷路器外，還配置了部分油斷路器。操動(dòng)機(jī)構(gòu)配置了電磁、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.1.2基本要求

（1）能夠由手動(dòng)利用控制開關(guān)，對(duì)斷路器進(jìn)行合、分閘的操作。

（2）滿足繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的要求。備用控制設(shè)備時(shí)，自動(dòng)裝置能夠通過(guò)斷路器，自動(dòng)投入運(yùn)行該設(shè)備；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠?qū)嗦菲髯詣?dòng)跳閘繼電保護(hù)裝置，切除故障。

（3）能夠反映斷路器的監(jiān)視控制回路及實(shí)際位置的完好。

（4）合、分閘的操作在短時(shí)間內(nèi)完成。由于跳閘線圈、合閘線圈都是按通過(guò)短時(shí)工作電流設(shè)計(jì)的，因此，合、分?jǐn)嗦菲髯詣?dòng)斷開。

（5）能夠防止斷路器短時(shí)間內(nèi)，連續(xù)多次合分的跳躍發(fā)生現(xiàn)象。

2.1.3回路工作原理

工作原理如圖2所示。

圖2斷路器控制回路工作原理圖

（1）當(dāng)處于跳閘狀態(tài)時(shí)

控制開關(guān)SA1手柄，處于自然中間位置，其觸點(diǎn)2-4、1-3斷開，斷路器常開觸點(diǎn)輔助斷開，斷路器常閉輔助觸點(diǎn)閉合，于是，位置分閘繼電器TWJ （KTP）、QF觸點(diǎn)常閉、合閘組成通路接觸器HC （KM）線圈，動(dòng)作TWJ（KTP），其閉合常開觸點(diǎn)，亮綠燈HG（PG）。一方面表示斷路器處于跳閘狀態(tài)，另一方面表示合閘回路與控制電源完好。同時(shí)注意，雖然此時(shí)有電流通過(guò)HC（KM）線圈中，但因回路中的TWJ（KTP）串接有較大阻抗，則大部分電壓降落在控制電源的分閘繼電器位置上，而HC（KM）上只有很小電壓，所以不會(huì)動(dòng)作合閘接觸器。

（2）合閘過(guò)程

手動(dòng)合閘：順時(shí)針轉(zhuǎn)45°SA1手柄，此時(shí)2-4接通觸點(diǎn)，短路分閘位置繼電器，滅綠燈，起動(dòng)HC （KM），其二閉合帶滅弧的常開觸點(diǎn)，合閘線圈YC起動(dòng)，合閘斷路器。斷路器合閘后，打開其輔助常閉觸點(diǎn)，合閘回路自動(dòng)切斷；閉合輔助常開，此時(shí)，繼電器合閘位置HWJ（KCP）、繼電器防跳TBJ（K3）、分閘線圈YT、通路斷路器輔助常開觸點(diǎn)組成，動(dòng)作HWJ （KCP），閉合其常開觸點(diǎn)，亮紅燈HR（PR）。一方面表示斷路器在合閘位置，另一方面表示控制電源與跳閘回路完好。同時(shí)應(yīng)注意：雖然此時(shí)有電流通過(guò)跳閘線圈YT中，但因回路中有較大阻抗的位置合閘繼電器，故通過(guò)YT上的很小電流，不會(huì)使斷路器跳閘。

（3）跳閘過(guò)程

手動(dòng)跳閘：逆時(shí)針轉(zhuǎn)45°SA1手柄，此時(shí)接通觸點(diǎn)1-3，短接合閘位置繼電器HWJ（KCP），滅紅燈，將YT線圈上加全部直流控制電壓，此時(shí)，YT線圈中通過(guò)足夠大的電流，使斷路器跳閘。斷路器跳閘后，打開其輔助常開觸點(diǎn)，跳閘回路自動(dòng)切除；閉合輔助常閉觸點(diǎn)，亮綠燈。

在控制回路中，串接斷路器輔助觸點(diǎn)目的是：①在操作任務(wù)完成后，跳、合閘回路迅速切斷，保證YC 和YT線圈短時(shí)通電的要求；②用輔助觸點(diǎn)來(lái)斷開電感回路，保護(hù)繼電器觸點(diǎn)和控制開關(guān)。③斷路器的分、合位置指示。

（4）防跳過(guò)程

當(dāng)利用合閘控制開關(guān)SA1時(shí)，如合在短路故障上，將動(dòng)作繼電保護(hù)，閉合其出口繼電器KOU觸點(diǎn)，使斷路器跳閘。同時(shí)跳閘電流也流過(guò)防跳繼電器TBJ（K3）的電流線圈。使TBJ（K3）動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)斷開合閘回路，常開觸點(diǎn)閉合接通TBJ（K3）的電壓線圈。此時(shí)，若因故未斷開控制開關(guān)SA1的觸點(diǎn)，則將自保持TBJ（K3）電壓線圈，始終打開防跳繼電器常閉觸點(diǎn)，合閘回路切斷了，使不能再次合閘斷路器。只有當(dāng)解除合閘脈沖，使防跳繼電器電壓線圈失電，控制回路才恢復(fù)到跳閘狀態(tài)。這樣就能防止斷路器出現(xiàn)多次的“跳—合”現(xiàn)象。

2.1.4信號(hào)裝置

（1）信號(hào)裝置的分類

小型水電站信號(hào)可分為位置信號(hào)、事故信號(hào)、預(yù)告信號(hào)。

1）位置信號(hào)，指示電站內(nèi)各種設(shè)備的位置狀態(tài)。如表示斷路器在合閘狀態(tài)用紅燈，表示斷路器在分閘狀態(tài)用綠信號(hào)。當(dāng)機(jī)組具備開機(jī)條件時(shí)，亮白燈，告訴運(yùn)行人員機(jī)組處于等待開機(jī)狀態(tài)。

2）事故信號(hào)，表示水電站發(fā)生了嚴(yán)重的不正常情況。事故信號(hào)采用電笛（或稱為蜂鳴器）發(fā)出的音響。如發(fā)電機(jī)過(guò)電壓、主變差動(dòng)、勵(lì)磁消失等。

3）預(yù)告信號(hào)，反映機(jī)組或設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。如：過(guò)負(fù)荷、消失操作電源、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地等。發(fā)生這些不正常情況后，在一般情況下，設(shè)備還能繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，但應(yīng)及時(shí)采取措施消除。采用電鈴發(fā)出音響預(yù)告信號(hào)，并要求預(yù)告信號(hào)延時(shí)發(fā)出音響。

（2）中央信號(hào)方式

為了可靠、及時(shí)、詳細(xì)地顯示設(shè)備故障和事故，水電站中通常采用3種相互配合、相互關(guān)聯(lián)的信號(hào)方式，即光字信號(hào)、音響信號(hào)、掉牌信號(hào)。

1）音響信號(hào)是由電笛或電鈴發(fā)出的，為了最大限度地引起運(yùn)行人員注意。

2）光字信號(hào)由裝于控制屏（或控制臺(tái)）上光字牌實(shí)現(xiàn)，在每個(gè)光字牌寫明設(shè)備事故（或故障）的類別或分項(xiàng)名稱。

3）掉牌信號(hào)由裝在保護(hù)屏上的信號(hào)繼電器實(shí)現(xiàn)。

（3）中央復(fù)歸能重復(fù)動(dòng)作的信號(hào)裝置

目前，在水電站中，中央復(fù)歸能重復(fù)動(dòng)作的信號(hào)裝置被廣泛采用。當(dāng)水電站發(fā)生了第一個(gè)事故（或故障）時(shí)，發(fā)出了音響信號(hào)，并亮光字牌；能自動(dòng)解除音響。在音響信號(hào)已切除而光字信號(hào)尚未切除期間，若又發(fā)生第二個(gè)事故（或故障）時(shí)，則能重復(fù)動(dòng)作音響。動(dòng)作過(guò)程如圖3所示。

圖3中央復(fù)歸能重復(fù)動(dòng)作原理圖

當(dāng)控制電源消失，或斷路器在合閘位置時(shí)跳閘回路不通，或斷路器在跳閘位置時(shí)合閘回路不通等情況下，合閘位置HWJ（KCP）與跳閘位置繼電器TWJ（KTP）的線圈同時(shí)斷電，它們的常閉觸點(diǎn)均閉合，使光字牌GP亮。同時(shí)，這個(gè)突變電流通過(guò)沖擊繼電器XWJ，使XWJ動(dòng)作，接通時(shí)間繼電器KT線圈回路，使KT動(dòng)作，其瞬時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，接通1KA線圈回路，其一付常開觸點(diǎn)閉合用于自保，另一付常開觸點(diǎn)閉合接通電鈴（或蜂鳴器）發(fā)出音響。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間延時(shí)后，時(shí)間繼電器延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合，接通2KA線圈回路，其常開觸點(diǎn)閉合切除沖擊繼電器，使信號(hào)裝置復(fù)歸，為下一個(gè)事故（或故障）發(fā)信號(hào)作準(zhǔn)備。

（4）信號(hào)電源監(jiān)視回路

中央信號(hào)裝置能反映水電站中所有的信號(hào)，然而，當(dāng)信號(hào)母線的熔絲熔斷時(shí)，中央信號(hào)將失去作用。為此專門設(shè)立一個(gè)信號(hào)電源監(jiān)視回路，用來(lái)監(jiān)視信號(hào)電源是否正常。動(dòng)作過(guò)程如圖4所示。

圖4信號(hào)電源監(jiān)視回路控制圖

當(dāng)信號(hào)回路失去電源時(shí)，其失電返回監(jiān)視繼電器KA，其常閉觸點(diǎn)閉合，使電鈴2HA響，亮白色指示燈HW（PW）。運(yùn)行人員應(yīng)首先按下按鈕SB3，音響信號(hào)解除，并通過(guò)SB3的自保持線圈進(jìn)行自鎖，但仍亮白燈，直至恢復(fù)信號(hào)電源后，KA起動(dòng)，復(fù)歸監(jiān)視回路。

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，學(xué)生通過(guò)控制臺(tái)的二次回路配線，對(duì)斷路器進(jìn)行分、合閘操作及信號(hào)回路的動(dòng)作過(guò)程，能夠加深理解斷路器電氣控制回路和信號(hào)回路的工作原理，熟悉電氣設(shè)備的動(dòng)

作過(guò)程，學(xué)會(huì)閱讀安裝接線圖并能按圖正確接線，掌握屏后軟線配線工藝要求，了解分析和排除故障的方法等。也可以進(jìn)行斷路器的拆、裝實(shí)訓(xùn)。

2.2與發(fā)電廠仿真實(shí)訓(xùn)中心共享技術(shù)

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以連接發(fā)電廠仿真實(shí)訓(xùn)中心，即將發(fā)電廠仿真實(shí)訓(xùn)中心操作箱的跳閘信號(hào)、合閘信號(hào)及公共線連接到圖2中的109、113和102，就可以組成完整的水電站系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)行下列實(shí)訓(xùn)：停機(jī)解列的操作、發(fā)電機(jī)手動(dòng)和自動(dòng)開機(jī)的并網(wǎng)、發(fā)電廠的倒閘操作、直流系統(tǒng)接地點(diǎn)的查找、直流系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)、蓄電池充放電、發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行及常規(guī)檢查、電氣設(shè)備故障判斷及分析、發(fā)電機(jī)和變壓器運(yùn)行電參數(shù)和非電量的測(cè)量、電氣二次回路接線及調(diào)試、電氣二次回路的故障排除、發(fā)電廠電氣設(shè)備主電路的接線及調(diào)試、微機(jī)監(jiān)控的操作、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控回路的故障排除、計(jì)算機(jī)監(jiān)控現(xiàn)地PLC的監(jiān)測(cè)與控制。

3結(jié)語(yǔ)

學(xué)生通過(guò)該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)際操作訓(xùn)練，感受到了發(fā)電廠真實(shí)的工作環(huán)境、工作性質(zhì)、工作內(nèi)容和工作職責(zé)，樹立了安全操作基本理念，并初步掌握發(fā)電廠操作流程、一般故障的分析、判斷、排除能力，為今后從事發(fā)電廠電氣值班員、繼電維修、監(jiān)控操作及安裝與調(diào)試等工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生吃苦耐勞、認(rèn)真負(fù)責(zé)、敬業(yè)踏實(shí)、細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)和良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及溝通能力。

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中圖分類號(hào)：TM133

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）10-0018-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.007

收稿日期：2015-05-03

作者簡(jiǎn)介：范滌（1965-），男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)技能實(shí)訓(xùn)。