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(yùn)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(wèn)題，電壓互感器回路空開(kāi)誤動(dòng)作是不可忽視的一個(gè)問(wèn)題，空開(kāi)誤動(dòng)作可能會(huì)導(dǎo)致線路和保護(hù)裝置出現(xiàn)失壓運(yùn)行狀況。本文首先分析了空開(kāi)誤動(dòng)作的原因和空開(kāi)誤動(dòng)作給電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了一種防止空開(kāi)誤動(dòng)作的可視化報(bào)警裝置的硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)加裝報(bào)警指示燈和蜂鳴器模塊，能夠在空開(kāi)誤動(dòng)作工況下保證同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，能夠有效保證電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PT回路；空開(kāi)誤動(dòng)作；報(bào)警；線路保護(hù)

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(yùn)行，但也會(huì)由于設(shè)備問(wèn)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(kāi)誤動(dòng)作問(wèn)題尤為嚴(yán)重。PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作會(huì)影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶端的正常用電，對(duì)于輸電線路母線PT二次空開(kāi)跳閘現(xiàn)象發(fā)生的原因分析顯得格外重要，找到問(wèn)題的根源并提出針對(duì)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(kāi)設(shè)備的工作原理和參數(shù)設(shè)置方面，以更換動(dòng)作元件原材料的方式迭代升級(jí)空開(kāi)設(shè)備，解決動(dòng)作靈敏度的問(wèn)題，降低空開(kāi)誤動(dòng)率，隨著材料學(xué)等新技術(shù)的發(fā)展，這不失為一項(xiàng)可靠的選擇，但是輸電線路PT回路空開(kāi)設(shè)備大多是舊式設(shè)備，要整體更換的話難免會(huì)使成本增加。本文研究了一種可附加于現(xiàn)有空開(kāi)設(shè)備的誤動(dòng)作報(bào)警裝置，可以通過(guò)報(bào)警控制回路檢測(cè)空開(kāi)是否發(fā)生誤動(dòng)作，并將報(bào)警信號(hào)通過(guò)WiFi模塊傳送到客戶端，通過(guò)可視化的聲光報(bào)警方式報(bào)告誤動(dòng)作事件，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 輸電線路PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作影響

由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)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(huì)影響到本線路正常運(yùn)行，還可能會(huì)影響到其他線路及設(shè)備，PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作會(huì)引發(fā)造成二次回路突然斷電，也會(huì)影響到一次回路的正常運(yùn)行［1］，另外，空開(kāi)誤動(dòng)作也會(huì)導(dǎo)致很多輸電線路保護(hù)裝置出現(xiàn)運(yùn)行失壓現(xiàn)象［2］，輸電線路及相關(guān)的母線保護(hù)運(yùn)行失壓造成線路失去主保護(hù)，只剩下零序電流保護(hù)正常運(yùn)行，這將威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行［3］，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定或者發(fā)生嚴(yán)重的電力事故，威脅到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以深入問(wèn)題，研究誤動(dòng)作發(fā)生的原因，采取正確、適當(dāng)?shù)拇胧?，消除隱患，設(shè)計(jì)出適合電力系統(tǒng)發(fā)展的PT空開(kāi)誤動(dòng)作保護(hù)裝置，配合其他電力保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸電線路的全方位保護(hù)，對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)尤為重要。

一些空開(kāi)長(zhǎng)期變動(dòng)工作狀態(tài)，金屬部件受金屬疲勞等因素影響，空開(kāi)部件強(qiáng)度降低，無(wú)法保持最初的動(dòng)作精度，當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)動(dòng)作電流時(shí)，動(dòng)作觸頭無(wú)法正確動(dòng)作，使得過(guò)載情況下空開(kāi)無(wú)法使用強(qiáng)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(xiǎn)事故。

2 輸電線路PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作原因分析

二次空氣斷路器是變電站繼電保護(hù)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(kāi)繼電保護(hù)裝置的二次空氣斷路器是較常見(jiàn)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(yùn)行，將切斷開(kāi)關(guān)中間的交直流電源［4］。

正常情況下，空氣開(kāi)關(guān)接通電源，脫扣裝置處于閉鎖狀態(tài)使得觸頭無(wú)法動(dòng)作，空氣開(kāi)關(guān)正常接通輸電線路，當(dāng)輸電線路中電流過(guò)大時(shí)，大電流產(chǎn)生高熱量，使脫扣機(jī)構(gòu)中的金屬片受熱彎曲帶動(dòng)杠桿使脫扣裝置動(dòng)作，完成短路時(shí)的過(guò)載保護(hù)。從空氣開(kāi)關(guān)的工作原理可以看出，空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作的關(guān)鍵是短路時(shí)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(kāi)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(yùn)行同樣伴隨著熱量的產(chǎn)生，故障溫度加上設(shè)備運(yùn)行溫度高于空氣開(kāi)關(guān)的感溫元件所設(shè)定的動(dòng)作溫度，這促使工作人員設(shè)置更高的動(dòng)作溫度，導(dǎo)致空氣開(kāi)關(guān)發(fā)生誤動(dòng)作。

輸電線路二次回路PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作，一部分原因是工作人員沒(méi)有按照科學(xué)的規(guī)程執(zhí)行操作，使得二次回路裝置出現(xiàn)運(yùn)行失壓狀況，所以應(yīng)該避免由于工作上的疏忽而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題。因此，應(yīng)該對(duì)工作人員進(jìn)行系統(tǒng)化的培訓(xùn)，讓員工準(zhǔn)確掌握包括空氣開(kāi)關(guān)在內(nèi)的各種元器件的操作規(guī)范，對(duì)于整個(gè)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。

3 防PT空開(kāi)誤動(dòng)作報(bào)警裝置硬件設(shè)計(jì)

本文研究了一種PT回路空開(kāi)誤動(dòng)作可視化報(bào)警方法，在空開(kāi)斷開(kāi)后，采取自動(dòng)保護(hù)與聲光無(wú)線報(bào)警的方式實(shí)現(xiàn)可視化報(bào)警，并區(qū)分空開(kāi)是誤斷開(kāi)還是過(guò)載斷開(kāi)。報(bào)警裝置電路設(shè)計(jì)如圖1所示，共分為三個(gè)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(dòng)保護(hù)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(wú)線報(bào)警回路，完成信號(hào)發(fā)送和聲音報(bào)警。電路中OF為空開(kāi)。F為接觸器線圈，F(xiàn)1、F2、F3為該接觸器開(kāi)關(guān)，SD為過(guò)電流繼電器線圈，SD1和SD2分別為該繼電器的常閉、常開(kāi)觸點(diǎn)，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(wú)線報(bào)警模塊WiFi，B為聲音報(bào)警器。

報(bào)警裝置中交流回路為自動(dòng)保護(hù)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(dòng)作電流i，故常閉觸點(diǎn)SD1保持閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)SD2保持?jǐn)嚅_(kāi)，此時(shí)空開(kāi)誤斷指示燈D1燈亮，空開(kāi)過(guò)載斷開(kāi)指示燈D2燈滅。當(dāng)交流回路空開(kāi)OF因過(guò)載發(fā)生斷開(kāi)時(shí)，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開(kāi)關(guān)閉合，正常工作指示燈D0燈滅，過(guò)電流繼電器線圈SD得電，由于過(guò)載回路電流I大于SD動(dòng)作電流i，常閉觸點(diǎn)SD1斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)SD2閉合，此時(shí)空開(kāi)誤斷指示燈D1燈滅，空開(kāi)過(guò)載斷開(kāi)指示燈D2燈亮。此時(shí)再次檢測(cè)交流回路空開(kāi)OF是否發(fā)生誤斷開(kāi)。當(dāng)交流回路空開(kāi)OF閉合，接觸器線圈F通電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

對(duì)于整流回路，如圖3所示，當(dāng)交流回路空開(kāi)OF發(fā)生誤斷開(kāi)或是過(guò)載斷開(kāi)時(shí)，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開(kāi)關(guān)閉合，整流回路開(kāi)始工作。當(dāng)交流回路空開(kāi)OF閉合，接觸器線圈F通電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，整流回路停止工作。

對(duì)于直流回路，如圖4所示，當(dāng)交流回路中的空開(kāi)OF發(fā)生誤斷開(kāi)或是過(guò)載斷開(kāi)時(shí)，接觸器線圈F斷電，F(xiàn)1、F2、F3常閉開(kāi)關(guān)閉合，整流回路開(kāi)始工作，直流回路開(kāi)始工作，微控制器U2開(kāi)始工作。微控制器U2控制點(diǎn)亮D7燈，并控制蜂鳴器B報(bào)警。微控制器在開(kāi)始工作瞬間計(jì)時(shí)，每60秒通過(guò)WiFi模塊發(fā)出一次報(bào)警。

當(dāng)交流回路空開(kāi)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)，整流回路停止工作，直流回路停止工作。

對(duì)于整個(gè)報(bào)警裝置，其動(dòng)作及報(bào)警流程如圖5所示，整流流程如下：

（1）建立空開(kāi)保護(hù)與報(bào)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(kāi)OF是否斷開(kāi)；

（3）并根據(jù)初始空開(kāi)OF合斷條件判斷各個(gè)回路的動(dòng)作情況；

（4）若空開(kāi)OF發(fā)生誤斷開(kāi)，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?yàn)檫^(guò)電流而使空開(kāi)OF動(dòng)作，則交流回路將會(huì)斷開(kāi)，此時(shí)不會(huì)觸發(fā)誤動(dòng)作報(bào)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(kāi)OF動(dòng)作情況，確定保護(hù)報(bào)警回路的動(dòng)作情況。

具體實(shí)施過(guò)程為，首先判斷電路中的空開(kāi)OF的開(kāi)斷情況，當(dāng)交流回路空開(kāi)OF發(fā)生誤斷開(kāi)時(shí)，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(kāi)關(guān)閉合，正常工作指示燈D0燈滅，D1與D2根據(jù)空開(kāi)動(dòng)作情況亮燈或滅燈，當(dāng)發(fā)生空開(kāi)誤動(dòng)作時(shí)，指示燈D1亮；當(dāng)發(fā)生過(guò)載時(shí)，指示燈D2亮。無(wú)論是空開(kāi)誤動(dòng)作還是空開(kāi)應(yīng)過(guò)載斷開(kāi)，整流回路中的常閉開(kāi)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(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)T大于60s時(shí)，直流回路中的WiFi模塊向工作人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，D7報(bào)警指示燈點(diǎn)亮。工作人員根據(jù)指示燈可判斷空開(kāi)動(dòng)作情況，并根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的施工措施。

結(jié)語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

［1］孫興，勾成霞.低壓配電系統(tǒng)二次回路中小型單相空開(kāi)誤動(dòng)作的改進(jìn)方法［J］.科技與企業(yè)，2014（20）：182.

［2］王金花，張紅艷，崔紅玲.變電站母線PT二次空開(kāi)跳閘原因分析［J］.通訊世界，2017（5）：221222.

［3］馮尚峰.35kV變電站母線PT二次空開(kāi)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(hù)裝置二次空開(kāi)防誤閉鎖裝置［J］.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，31（01）：12+7.

作者簡(jiǎn)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(píng)估、特高壓直流輸電技術(shù)及交直流保護(hù)研究。