國網(wǎng)金華供電公司 劉潔波 鄭曉明 陳文通 吳雪峰 單 鑫 黃曉峰

隨著中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國，全社會(huì)用電需求量依然不斷增大且對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高。為保證持續(xù)、穩(wěn)定、安全供電，電力企業(yè)不僅要新建變電站，更要對(duì)老變電站進(jìn)行綜合檢修，以保障變電站良好的健康狀態(tài)。在220kV變電站綜合檢修過程中，斷路器二次回路的反措試驗(yàn)（防跳功能驗(yàn)證試驗(yàn)、三相不一致時(shí)間測量試驗(yàn)）是極為重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。防跳功能異常輕則造成斷路器無法正常動(dòng)作、重則擴(kuò)大事故停電范圍，甚至引起爆炸事故[1]。三相不一致時(shí)間與設(shè)定值相比誤差太大，可能會(huì)導(dǎo)致三相不一致保護(hù)拒動(dòng)或者誤動(dòng)，從而擴(kuò)大事故范圍[2]。然而由于缺少專用的校驗(yàn)裝置，人工試驗(yàn)方法耗時(shí)長、效率不高、安全性低。

因此，如何提高試驗(yàn)的工作效率、可靠性及安全性，減少設(shè)備停電檢修時(shí)間，對(duì)于提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)國家電網(wǎng)建設(shè)具體中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)具有重大的意義。

1 現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)外的繼電保護(hù)裝置都是綜合性校驗(yàn)裝置，體積大而笨重，且需外接220kV 的直流電源，在檢修現(xiàn)場工作利用繼電保護(hù)裝置進(jìn)行斷路器二次回路反措試驗(yàn)，試驗(yàn)安全可靠但非常不便捷，整體工作效率低。相對(duì)于利用繼電保護(hù)保護(hù)裝置進(jìn)行斷路器二次回路反措試驗(yàn)，變電站檢修現(xiàn)場更多利用人工試驗(yàn)法。

防跳功能驗(yàn)證試驗(yàn)采用“人工短接接點(diǎn)法”，該方法由兩個(gè)操作人員相互配合，人工短接跳、合閘接點(diǎn)。若斷路器的初始位置為分位，一個(gè)人試驗(yàn)人員先短接分閘接點(diǎn)，然后第二個(gè)試驗(yàn)人員再短接合閘接點(diǎn)，保持不動(dòng)。若斷路器初始位置為合位，操作順序相反。該方法存在以下缺點(diǎn)：兩人配合試驗(yàn)，無法單人操作進(jìn)行試驗(yàn)；使用短接線人為短接接點(diǎn)，安全性低，有觸電的風(fēng)險(xiǎn)；短接不牢靠，配合不默契，試驗(yàn)容易失敗，重復(fù)作業(yè)。

圖1 人工短接點(diǎn)法示意圖

圖2 后臺(tái)計(jì)時(shí)法示意圖

三相不一致時(shí)間測量試驗(yàn)采用“后臺(tái)報(bào)文計(jì)時(shí)法”，一個(gè)試驗(yàn)人員在戶外模擬斷路器“偷跳”或“偷合”，斷路器動(dòng)作發(fā)出動(dòng)作信號(hào)、在后臺(tái)主機(jī)形成相應(yīng)的SOE 報(bào)文，經(jīng)過延時(shí)，斷路器三相不一致保護(hù)動(dòng)作，三相跳閘，后臺(tái)主機(jī)再次形成相應(yīng)的SOE 報(bào)文，另一個(gè)試驗(yàn)人員在戶內(nèi)查看并計(jì)算前后兩次報(bào)文的時(shí)間間隔，即三相不一致時(shí)間，該方法存在以下缺點(diǎn)：無法戶外現(xiàn)場計(jì)時(shí)，需要戶內(nèi)戶外兩個(gè)人相互配合；后臺(tái)報(bào)文刷新快、數(shù)量多，查找對(duì)應(yīng)報(bào)文不方便；老變電站報(bào)文沒有SOE 時(shí)間，無法使用該方法。

2 創(chuàng)新思路及技術(shù)原理

國內(nèi)外電力設(shè)備市場上并不存在專門用于斷路器二次回路反措試驗(yàn)，根據(jù)人工試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，提出研制一種專用的校驗(yàn)裝置來替代操作人員執(zhí)行這兩種方法，具體創(chuàng)新思路如下：人工短接接點(diǎn)法。通過試驗(yàn)線將分閘接點(diǎn)和合閘接點(diǎn)引至校驗(yàn)裝置，根據(jù)試驗(yàn)人員的選擇，由程序控制接點(diǎn)的導(dǎo)通順序，代替人工作業(yè)；后臺(tái)報(bào)文計(jì)時(shí)法。通過試驗(yàn)線將相應(yīng)的斷路器動(dòng)作信號(hào)接點(diǎn)引至校驗(yàn)裝置，校驗(yàn)裝置發(fā)出斷路器動(dòng)作信號(hào)，自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)裝置收到三相不一致保護(hù)動(dòng)作信號(hào)后，自動(dòng)停止計(jì)時(shí)，從而自動(dòng)完成計(jì)時(shí)。

技術(shù)原理：利用集成式設(shè)計(jì)原理進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，小組成員將裝置整體分為電源模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊、機(jī)箱模塊，其實(shí)現(xiàn)效果與實(shí)現(xiàn)途徑分別為：電源模塊。綜合供電性能好，對(duì)比選擇電池；處理器模塊。功耗低、運(yùn)算快，對(duì)比選擇處理器及編程語言；人機(jī)交互模塊。液晶屏顯示穩(wěn)定，對(duì)比選擇驅(qū)動(dòng)芯片；指令輸入操作方便，對(duì)比選擇指令輸入硬件；機(jī)箱模塊。輕、抗摔、耐腐蝕，對(duì)比選擇材質(zhì)，保護(hù)性能好，設(shè)計(jì)機(jī)箱結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計(jì)方案及效果檢驗(yàn)

電源模塊。鋰電池比能最高、自放電率最低、使用壽命最長，從三個(gè)主要性能參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)理電池綜合供電性能最好。選擇合適容量的鋰電池組裝電源并設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路，確保電壓波紋系數(shù)小于2%，為校驗(yàn)裝置提供穩(wěn)定電源。

人機(jī)交互模塊。包括液晶顯示屏和指令輸入。液晶顯示屏選擇點(diǎn)陣式液晶顯示屏，利用TLC5941芯片驅(qū)動(dòng)顯示屏，其位間電流誤差僅為2.0%，顯示穩(wěn)定。指令輸入選擇A/D 轉(zhuǎn)化按鍵，可根據(jù)功能需要定義每個(gè)按鍵的指令意思，適用于多功能儀器的指令輸入。試驗(yàn)人員可以通過按鍵輸入指令選擇不同的試驗(yàn)項(xiàng)目，并根據(jù)斷路器實(shí)際位置狀態(tài)選擇相適應(yīng)的試驗(yàn)方法；操作人員還可通過按鍵修改裝置獲試驗(yàn)的初始參數(shù)。

控制模塊。從芯片價(jià)格、功耗、執(zhí)行周期三方面對(duì)比選擇了LPC2131處理器。為提高系統(tǒng)效率，按鍵的操作響應(yīng)可采用中斷的方式進(jìn)行，由鍵碼key、系統(tǒng)狀態(tài)win 和opt 決定執(zhí)行什么作業(yè)，如圖3所示。根據(jù)預(yù)設(shè)功能開發(fā)設(shè)計(jì)軟件程序并固化在CPU 內(nèi)部，根據(jù)人機(jī)交互單元中指令輸入，啟動(dòng)程序運(yùn)行指令，從而控制計(jì)時(shí)器和信號(hào)開入開出回路工作，完成預(yù)設(shè)功能。

圖3 系統(tǒng)操作響應(yīng)方式

機(jī)箱模塊。設(shè)計(jì)機(jī)箱外型，選擇合適的材質(zhì)制作機(jī)箱，既要保證機(jī)箱輕便、便于操作人員手持操作，同時(shí)要保證機(jī)箱具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性，因此選擇聚丙烯材質(zhì)，機(jī)箱設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 機(jī)箱尺寸

在220kV 變電站對(duì)手持式斷路器校驗(yàn)儀進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，以檢驗(yàn)實(shí)際效果：提高工作效率。同一個(gè)間隔，使用人工試驗(yàn)方法方法需要25.7min，而使用手持式斷路器校驗(yàn)儀只要7.6min，縮短58.8%，將工作效率提高了233%；釋放檢修力量。原來需要2個(gè)試驗(yàn)人員配合完成試驗(yàn)，現(xiàn)只需要1個(gè)試驗(yàn)人員；提升安全性。使用校驗(yàn)儀代替人工作業(yè)，改善作業(yè)環(huán)境，避免操作人員使用短接線觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

根據(jù)斷路器二次回路反措試驗(yàn)人工試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，本文詳細(xì)介紹了手持式斷路器校驗(yàn)儀的研發(fā)過程，經(jīng)實(shí)踐證明校驗(yàn)儀能極大提高試驗(yàn)的工作效率和安全性。國內(nèi)外電力設(shè)備市場上并不存在專門用于斷路器二次回路反措試驗(yàn)的裝置，因而手持式斷路器校驗(yàn)儀整好填補(bǔ)了該市場空白，具有以下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：多功能。試驗(yàn)人員可以選擇不同的試驗(yàn)項(xiàng)目，可根據(jù)斷路器的初始狀態(tài)選擇不同的試驗(yàn)方法；程序驅(qū)動(dòng)。采用ARM 芯片控制輸出工藝，根據(jù)輸入指令由程序控制跳閘接點(diǎn)和合閘接點(diǎn)導(dǎo)通的先后順序，替代人工作業(yè)；智能計(jì)時(shí)。當(dāng)裝置發(fā)出信號(hào)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，而當(dāng)裝置接受到信號(hào)時(shí)自動(dòng)停止計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了戶外現(xiàn)場智能計(jì)時(shí)。