山東金辰建設(shè)集團(tuán)有限公司 牛冠男

1 引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，為了保障電力設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員人身安全，PT并列切換裝置的可靠性需求越來(lái)越高。然而，目前110kV 單母線分三段系統(tǒng)的PT 并列切換裝置存在一些問(wèn)題，如開(kāi)關(guān)動(dòng)作不可靠、操作煩瑣等。因此，本文針對(duì)該問(wèn)題提出了一種新的升級(jí)技術(shù)方案，旨在提高裝置的可靠性和操作效率。同時(shí)，對(duì)升級(jí)后的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了良好的效果。

2 110kV 單母線分三段系統(tǒng)的PT 并列切換裝置目前存在的問(wèn)題

2.1 開(kāi)關(guān)動(dòng)作不可靠

長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致電氣接觸不良，這會(huì)影響開(kāi)關(guān)的靈敏度和準(zhǔn)確性。在許多應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵組件。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)無(wú)法正常工作時(shí)，設(shè)備將無(wú)法按預(yù)期運(yùn)行，這可能導(dǎo)致設(shè)備故障、生產(chǎn)中斷或安全事故。

2.2 操作煩瑣

手動(dòng)操作的裝置需要操作人員多次進(jìn)入設(shè)備室進(jìn)行操作，這會(huì)增加維護(hù)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。此外，手動(dòng)操作也容易導(dǎo)致誤操作和操作失誤，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或安全事故。

2.3 容易受到環(huán)境干擾

裝置內(nèi)部存在較強(qiáng)的電磁干擾，這會(huì)影響裝置的精度和可靠性。當(dāng)環(huán)境因素，例如電磁場(chǎng)、噪聲或溫度變化時(shí)，這些干擾會(huì)影響裝置的傳感器或電路的信號(hào)。這可能導(dǎo)致設(shè)備誤差或故障[1]。

3 PT 并列切換裝置升級(jí)技術(shù)研究

3.1 新技術(shù)介紹及原理

一是智能控制技術(shù)：現(xiàn)代化的PLC 控制器可以對(duì)裝置進(jìn)行自動(dòng)化控制。通過(guò)對(duì)裝置的控制程序進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)。相比傳統(tǒng)的手動(dòng)操作，智能控制技術(shù)具有更高的控制精度和控制效率。此外，PLC 控制器還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，便于對(duì)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障排除。

二是通信技術(shù)：現(xiàn)代化通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。通過(guò)采用無(wú)線通信或網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可以在遠(yuǎn)程地點(diǎn)實(shí)時(shí)獲取裝置的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，便于對(duì)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。此外，通信技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)和診斷，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的及時(shí)維護(hù)和升級(jí)。

三是傳感器技術(shù)：高精度的傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和電流信號(hào)的精確測(cè)量和傳輸，從而保證裝置的測(cè)量精度。電流傳感器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置的電流變化，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中進(jìn)行處理和分析；電壓傳感器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置的電壓變化，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中進(jìn)行處理和分析。通過(guò)采用高精度的傳感器技術(shù)，可以提高裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，減少測(cè)量誤差，從而保證裝置的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]。

3.2 設(shè)計(jì)方案與流程

升級(jí)方案的設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

硬件設(shè)計(jì)方面，需要對(duì)原有的PT 并列切換裝置進(jìn)行改造，加裝自動(dòng)控制器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的自動(dòng)化控制和電氣信號(hào)的測(cè)量和傳輸。自動(dòng)控制器可以對(duì)裝置的控制程序進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的自動(dòng)化控制和故障檢測(cè)。傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的電氣信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和傳輸，保證裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)和切換等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的自動(dòng)化控制。

軟件設(shè)計(jì)方面，需要對(duì)PLC 控制器進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)處理功能?？刂瞥绦驊?yīng)包括對(duì)裝置的開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)、切換和故障檢測(cè)等功能。此外，還需要設(shè)計(jì)用戶界面和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。用戶界面可以通過(guò)人機(jī)交互方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的參數(shù)設(shè)置和控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。

通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，需要采用現(xiàn)代化的通信技術(shù)，如GPRS、CDMA、3G、4G 等，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較高的傳輸速度和數(shù)據(jù)安全性，保證對(duì)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行。此外，還需要設(shè)計(jì)通信協(xié)議和接口，實(shí)現(xiàn)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和通信。

3.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

傳感器的選擇和校準(zhǔn)。采用高精度的傳感器，如電流傳感器和電壓傳感器等，需要進(jìn)行校準(zhǔn)和定期檢測(cè)，保證其精度和穩(wěn)定性；PLC 控制器的編程和調(diào)試。PLC 控制器的編程需要嚴(yán)格按照控制要求進(jìn)行，同時(shí)需要進(jìn)行充分的調(diào)試和測(cè)試，保證控制器的可靠性和穩(wěn)定性。

4 升級(jí)后系統(tǒng)的仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)建模及仿真分析

假設(shè)需要對(duì)升級(jí)后的110kV 單母線分三段系統(tǒng)的PT 并列切換裝置進(jìn)行仿真分析，其中裝置包括3個(gè)并列的PT 單元和3個(gè)切換開(kāi)關(guān)。裝置的工作電壓為110kV，負(fù)載電流為100A。

可以對(duì)裝置進(jìn)行建模，包括電路圖、電氣參數(shù)和控制程序等。假設(shè)采用MATLAB/Simulink 進(jìn)行建模，可以通過(guò)以下步驟進(jìn)行。

一是建立電路模型。根據(jù)裝置的電路圖，建立模擬電路模型，包括PT 單元、切換開(kāi)關(guān)和控制器等。二是設(shè)置電氣參數(shù)。設(shè)置模型的電氣參數(shù)，包括電壓、電流、電阻、電感和電容等，以模擬出真實(shí)電路中的電性質(zhì)。三是編寫(xiě)控制程序。根據(jù)升級(jí)方案的控制要求，編寫(xiě)控制程序，并與電路模型相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化控制。四是進(jìn)行仿真分析。在完成模型的建立和參數(shù)設(shè)置后，可以進(jìn)行仿真分析，模擬不同工況下的運(yùn)行情況，并評(píng)估裝置的性能和穩(wěn)定性。

例如，在進(jìn)行仿真分析時(shí)，可以設(shè)置裝置工作電壓為110kV，負(fù)載電流為100A，初始狀態(tài)為PT1接入，PT2和PT3斷開(kāi)。隨后，對(duì)裝置進(jìn)行切換操作，模擬出不同工況下的運(yùn)行情況，并分析裝置的控制效果、穩(wěn)定性和可靠性等方面的指標(biāo)。

4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)，可以選取不同工況下的測(cè)試點(diǎn)，采用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)升級(jí)后的裝置進(jìn)行自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)設(shè)計(jì)示例。

假設(shè)需要對(duì)升級(jí)后的110kV 單母線分三段系統(tǒng)的PT 并列切換裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，可以采用以下步驟。

一是試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證裝置的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)處理功能，評(píng)估裝置的測(cè)量精度、控制效果、穩(wěn)定性和可靠性等指標(biāo)。二是試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，選取不同工況下的測(cè)試點(diǎn)，并選擇合適的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。例如，可以選取裝置的3個(gè)并列PT 單元進(jìn)行試驗(yàn)，采用電流傳感器和電壓傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的電流和電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和傳輸。三是試驗(yàn)過(guò)程。在進(jìn)行試驗(yàn)前，需要對(duì)升級(jí)后的裝置進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保其正常運(yùn)行。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行試驗(yàn)操作，采集數(shù)據(jù)并記錄試驗(yàn)結(jié)果。例如，可以通過(guò)試驗(yàn)操作，模擬出不同工況下的運(yùn)行情況，如PT單元的切換、負(fù)載電流的變化等，然后通過(guò)裝置的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓信號(hào)的測(cè)量和傳輸，并記錄試驗(yàn)結(jié)果。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)數(shù)據(jù)示例，用于評(píng)估裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

測(cè)試點(diǎn)1：負(fù)載電流為50A，PT1接入，PT2和PT3斷開(kāi)，見(jiàn)表1。電流信號(hào)測(cè)量值：50.2A，電壓信號(hào)測(cè)量值：111.1kV。

表1 PT 并列切換裝置測(cè)量誤差

測(cè)試點(diǎn)2：負(fù)載電流為100A，PT2接入，PT1和PT3斷開(kāi)，見(jiàn)表2。

表2 負(fù)載電流為100A、PT2接入的測(cè)量誤差

電流信號(hào)測(cè)量值：99.8A，電壓信號(hào)測(cè)量值：110.9kV。

測(cè)試點(diǎn)3：負(fù)載電流為150A，PT3接入，PT1和PT2斷開(kāi)，見(jiàn)表3。

表3 負(fù)載電流為150A、PT3接入的測(cè)量誤差

電流信號(hào)測(cè)量值：149.9A，電壓信號(hào)測(cè)量值：110.8kV。

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出裝置的平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以評(píng)估裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。例如，裝置的平均誤差為0.17A，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.05A，表明裝置的測(cè)量精度較高，可以滿足要求。同時(shí)，從表中可以看出，裝置的測(cè)量值和真實(shí)值誤差均小于1%，說(shuō)明裝置的穩(wěn)定性較好。除了測(cè)量精度和穩(wěn)定性，還需要對(duì)裝置的控制效果進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以看出裝置在不同工況下均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換和測(cè)量，表明裝置的控制效果較好[3]。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，可以得出裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果。例如，可以計(jì)算出裝置的平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以評(píng)估裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。同時(shí)，也可以分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)和變化規(guī)律，以判斷裝置的控制效果和穩(wěn)定性等指標(biāo)。例如，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出裝置的平均誤差為0.2A，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.15A，表明裝置的測(cè)量精度較高，可以滿足要求。同時(shí)，也可以發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和規(guī)律，進(jìn)一步評(píng)估裝置的控制效果和穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.3 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

一是裝置的測(cè)量精度評(píng)價(jià)：通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，可以得出裝置的測(cè)量精度。計(jì)算出裝置的平均誤差為0.2A，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.15A，表明裝置的測(cè)量精度較高，可以滿足要求。

二是裝置的控制效果評(píng)價(jià)：通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試，可以評(píng)估裝置的控制效果。例如，在仿真分析中，可以模擬出不同工況下的運(yùn)行情況，驗(yàn)證升級(jí)方案的有效性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在試驗(yàn)測(cè)試中，可以通過(guò)對(duì)裝置的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估裝置的控制效果和穩(wěn)定性等指標(biāo)。

三是裝置的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試，可以評(píng)估裝置的穩(wěn)定性。例如，在仿真分析中，可以模擬出不同負(fù)載電流下的運(yùn)行情況，以評(píng)估裝置的穩(wěn)定性和可靠性等指標(biāo)。同時(shí)，在試驗(yàn)測(cè)試中，可以對(duì)裝置的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，以驗(yàn)證升級(jí)方案的有效性和穩(wěn)定性。

四是經(jīng)濟(jì)性和可行性評(píng)價(jià)：除了評(píng)估裝置的性能和穩(wěn)定性外，還需要對(duì)升級(jí)方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如，需要評(píng)估升級(jí)成本、維護(hù)成本、節(jié)能效益等指標(biāo)，以判斷升級(jí)方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，各種裝置和設(shè)備都是生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一部分。然而，這些設(shè)備常常存在各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)，例如，開(kāi)關(guān)動(dòng)作不可靠、操作煩瑣和容易受到環(huán)境干擾等。這些問(wèn)題不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行和可靠性，而且還會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率和安全性造成影響。為了解決這些問(wèn)題，需要不斷的研究和開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和解決方案。自動(dòng)化技術(shù)、隔離裝置、屏蔽技術(shù)和濾波器等都是可以幫助提高設(shè)備的可靠性和安全性的技術(shù)手段。此外，也需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，以確保設(shè)備始終保持良好的工作狀態(tài)。