PLC與OTM組成低壓聯(lián)絡(luò)失效案例分析報(bào)告

高揚(yáng)

（民航云南空管分局技術(shù)保障部 云南省昆明市 650200）

航空飛行安全作為一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，需要地面大量的設(shè)備對(duì)整個(gè)飛行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)通信、導(dǎo)航和監(jiān)視作用。而這些通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備通常以臺(tái)站的形式集中建設(shè)并分布于各地。為滿足上述需求，同時(shí)避免信號(hào)受到干擾，航空臺(tái)站會(huì)選擇建設(shè)在一些人煙罕至、交通不便的地方，造成臺(tái)站供電線路過長(zhǎng)、電源質(zhì)量差等基礎(chǔ)性保障難度的增加，出現(xiàn)了選址環(huán)境需求與保障難度這一矛盾。

針對(duì)上述矛盾，同時(shí)為規(guī)范民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備供配電系統(tǒng)和設(shè)備電源接入的相關(guān)技術(shù)工作，中國(guó)民用航空局空中交通管理局于2015年下發(fā)了《民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備供配電配置指導(dǎo)材料》，將空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備負(fù)荷保障等級(jí)分為空管一級(jí)供電保障和空管二級(jí)供電保障[1]，不僅對(duì)電源數(shù)量作出相應(yīng)規(guī)定，還需要多電源之間具備相互切換的功能。本文將以某臺(tái)站使用的OTM 低壓雙電源自動(dòng)切換裝置失效展開分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)措施及建議。

1 案例背景

1.1 案例簡(jiǎn)介

自2018年以來，某民用導(dǎo)航臺(tái)低壓柜上的OTM 自動(dòng)切換裝置出現(xiàn)頻繁跳閘、自動(dòng)控制失效并伴有柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)的情況，每次發(fā)生均無明顯的時(shí)間規(guī)律。出現(xiàn)這種情況時(shí)，值守人員只能將所有操作模式切換為手動(dòng)模式，并根據(jù)應(yīng)處置操作流程對(duì)OTM 開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作；約半小時(shí)以后，將操作模式切換為自動(dòng)模式后，OTM 的自動(dòng)控制功能恢復(fù)正常。

1.2 臺(tái)站供電配置

此臺(tái)站屬于空管一級(jí)負(fù)荷，兩路市電分別從兩個(gè)穩(wěn)定可靠的獨(dú)立電源引入，低壓采用二段母線分段運(yùn)行，同時(shí)臺(tái)站配有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源為I 段母線提供保障。兩段低壓的進(jìn)線開關(guān)編號(hào)分別為010 和020，均采用框架斷路器；兩段母線中間通過012 塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)分段與聯(lián)絡(luò)；030 為柴油發(fā)電機(jī)輸出開關(guān)；4 個(gè)開關(guān)的自動(dòng)邏輯關(guān)系由PLC 進(jìn)行控制，其中012 和030 分別接入OTM，通過PLC與OTM組成低壓聯(lián)絡(luò)的形式實(shí)現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機(jī)組的切換。

2 原因分析

在對(duì)臺(tái)站的故障處置過程中，供電技術(shù)人員結(jié)合低壓控制系統(tǒng)的組成，圍繞“頻繁”和“失效”兩個(gè)不同現(xiàn)象分別從PLC、OTM 和斷路器分勵(lì)脫扣器等元器件展開分析。通過排除法，對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)PLC 程序代碼、輸出端子、二次接線、OTM 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、OTM 參數(shù)設(shè)置及斷路器機(jī)構(gòu)的逐項(xiàng)分析，最終發(fā)現(xiàn)造成OTM 自動(dòng)切換裝置出現(xiàn)頻繁跳閘的原因主要為電源質(zhì)量較差，而失效的主要原因?yàn)镺TM 接線方式與標(biāo)準(zhǔn)接線存在差異。

圖1：安裝接線圖

2.1 頻繁跳閘原因分析

技術(shù)人員通過查閱臺(tái)站的電壓記錄，發(fā)現(xiàn)造成OTM 頻繁動(dòng)作的主要原因?yàn)閷?dǎo)航臺(tái)電源質(zhì)量較差，造成斷路器線圈失壓脫扣。其中，記錄顯示一個(gè)電源的電壓長(zhǎng)期處于偏低狀態(tài)，且波動(dòng)范圍較大，最低時(shí)僅為333V，超出電壓波動(dòng)下限，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該線路存在其他大功率用戶存在。

2.2 失效原因分析

2.2.1 OTM 的使用介紹

OTM 是用于兩個(gè)電源間的選擇/轉(zhuǎn)換裝置，可以通過選擇自動(dòng)/按鈕模式電動(dòng)操作開關(guān)，也可以用手柄手動(dòng)操作開關(guān)。電動(dòng)/手動(dòng)操作模式的選擇可以通過電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)上的電動(dòng)/手動(dòng)選擇手柄來進(jìn)行。

2.2.2 臺(tái)站OTM 的使用情況及標(biāo)準(zhǔn)接線

臺(tái)站目前使用的OTM 產(chǎn)品型號(hào)為OMD800 型。該型號(hào)有兩個(gè)傳感器用于檢測(cè)兩路電源，具有檢測(cè)電壓、頻率、相間電壓平衡和啟動(dòng)/停止發(fā)電機(jī)的功能。根據(jù)產(chǎn)品功能，標(biāo)準(zhǔn)接線如圖1所示。2.2.3 臺(tái)站OTM 實(shí)際接線方式

由于配電室空間有限，低壓系統(tǒng)采用二段母線分段運(yùn)行，中間聯(lián)絡(luò)是通過編號(hào)為012 的塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)。其中I 段母線與OTM的輸出端相接，而OTM 的LN1 開關(guān)輸入端與012 塑殼斷路器的進(jìn)線端相接；II 段母線接入01 塑殼斷路器的出線端。柴油發(fā)電組的輸出通過030 塑殼斷路器接入OTM 的LN2 開關(guān)輸入端，從而實(shí)現(xiàn)市電與市電、市電與備用電源的切換。由于導(dǎo)航臺(tái)的實(shí)際接線方式與標(biāo)準(zhǔn)接線有差異，造成OTM 在使用環(huán)境上發(fā)生一定變化，主要有以下兩點(diǎn)：

2.2.3 .1 電源數(shù)量不同

OTM 是用于雙電源的切換，實(shí)現(xiàn)二選一的功能，即正常使用為雙電源；而臺(tái)站使用電源為兩路市電和一路柴油發(fā)電機(jī)組輸出，實(shí)際為三電源。

2.2.3 .2 OTM 的電源進(jìn)線方向不同

標(biāo)準(zhǔn)接線的OTM 為L(zhǎng)N1 和LN2 為電源的進(jìn)線端，下端口為輸出端；而實(shí)際接線為I 回接入OTM 的輸出端，II 回接入LN1 端，油機(jī)輸出接入LN2 端。

2.2.4 OTM 與PLC 的組合功能

盡管OTM 在使用環(huán)境上發(fā)生變化，但通過與PLC 的組合，仍可實(shí)現(xiàn)市電與市電、市電與油機(jī)的切換，具體功能及開關(guān)狀態(tài)如下：

（1）主用電源I 段掉電，II 段帶電。由于主用電源I 段掉電，OTM 的輸出端為無電狀態(tài)，LN1 也為無電狀態(tài)，OTM 進(jìn)入延時(shí)分閘狀態(tài)，同時(shí)PLC 檢測(cè)到并發(fā)出010 進(jìn)線斷路器分閘信號(hào)，分閘動(dòng)作完成后PLC 繼續(xù)發(fā)出012 母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘信號(hào)，待012 合閘后，II 段市電通過012 使I 段得電，實(shí)現(xiàn)市電與市電的切換。由于此時(shí)動(dòng)作時(shí)間小于OTM 延時(shí)分閘時(shí)間，故OTM 不動(dòng)作；

（2）主用電源I 段帶電，II 段掉電。由于主用電源I 段仍帶電，OTM 的輸出端及LN1 也為帶電狀態(tài)，OTM 未檢測(cè)到異常，此時(shí)僅有PLC 檢測(cè)到II 段掉電，隨即發(fā)出020 進(jìn)線斷路器分閘信號(hào)，分閘動(dòng)作完成后PLC 繼續(xù)發(fā)出012 母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘信號(hào)，待012合閘后，I 段市電通過012 使II 段得電，實(shí)現(xiàn)市電與市電的切換。由于OTM 在整個(gè)切換過程中未檢測(cè)到LN1 掉電，故OTM 不動(dòng)作；

（3）主用電源I 段先掉電，II 段再掉電，油機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)主用電源I 段先掉電，整個(gè)開關(guān)的動(dòng)作過程同上述第一種情況，此時(shí)II段掉電后，造成OTM 的輸出端與LN1 均為無電狀態(tài)，OTM 再次進(jìn)入延時(shí)分閘狀態(tài)。同時(shí)PLC 發(fā)出信號(hào)斷開012、010、020 三個(gè)開關(guān)，分閘動(dòng)作完成后PLC 繼續(xù)發(fā)出030 油機(jī)輸出開關(guān)合閘信號(hào)，油機(jī)自啟后通過030 輸出至LN2，待OTM 延時(shí)分閘計(jì)時(shí)結(jié)束后，LN1 仍為無電狀態(tài)，而此時(shí)LN2 為帶電狀態(tài)，OTM 進(jìn)行切換，油機(jī)輸出通過030、LN2 及OTM 的輸出端為I 段供電；

（4）II 段先掉電，主用電源I 段再掉電，油機(jī)啟動(dòng)。分析過程如上，在此不再贅述；

（5）油機(jī)帶載，II 段先復(fù)電。油機(jī)帶載過程中，整個(gè)低壓柜的4 個(gè)開關(guān)僅為030 油機(jī)輸出開關(guān)合閘，此時(shí)II 段得電，PLC 會(huì)根據(jù)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出030 分閘信號(hào)，分閘動(dòng)作完成后PLC 繼續(xù)發(fā)出020 開關(guān)合閘信號(hào)和012 母聯(lián)開關(guān)合閘信號(hào)，此刻II 段市電恢復(fù)，市電通過012 使得LN1 帶電，OTM 檢測(cè)到LN1 為帶電狀態(tài)，LN2為無電狀態(tài)，OTM 進(jìn)行切換，整個(gè)低壓系統(tǒng)由II 段母線進(jìn)行供電保障。

（6）油機(jī)帶載，I 段先復(fù)電。當(dāng)油機(jī)帶載情況下，I 段得電，PLC 會(huì)根據(jù)檢測(cè)信號(hào)發(fā)出030 分閘信號(hào)，分閘動(dòng)作完成后PLC 繼續(xù)發(fā)出010 開關(guān)合閘信號(hào)和012 母聯(lián)開關(guān)合閘信號(hào)，此刻I 段市電恢復(fù)。由于OTM 在030 分閘后處于LN1 和LN2 均為無電狀態(tài)，故OTM 不動(dòng)作，輸出端仍與LN2 保持接通。在010 和012 相繼合閘后，由于I 段母線與OTM 輸出端相接，而輸出端與LN2 為等電位，所以此時(shí)LN2 為帶電狀態(tài)，而LN1 為無電狀態(tài)，OTM 不切換，整個(gè)低壓系統(tǒng)僅有I 段得電。

2.2.5 OTM 與PLC 的組合缺陷

通過上述分析不難得出，該組合存在如下缺陷：

（1）自動(dòng)切換功能存在瑕疵，兩個(gè)市電存在恢復(fù)順序；

（2）復(fù)電流程復(fù)雜，需手動(dòng)操作介入且容易出錯(cuò)；

（3）該組合不利于無人值守臺(tái)站的推廣。

3 處置措施及建議

3.1 處置措施

根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)生在該臺(tái)站的故障主要是由電源質(zhì)量和OTM 工藝接線不同造成的。對(duì)于電源質(zhì)量造成的頻繁跳閘，技術(shù)人員通過調(diào)整電壓監(jiān)視繼電器的門限值和變壓器的高壓分接開關(guān)已解決；而OTM 自動(dòng)切換裝置控制失效，實(shí)屬功能缺陷，現(xiàn)場(chǎng)通過核對(duì)手動(dòng)處置操作流程防止誤操作的同時(shí)也對(duì)值班人員開展了理論和技能培訓(xùn)，至此完成了臺(tái)站供電故障的排查工作。

3.2 建議

雖然通過一定的技術(shù)手段和管理手段排除了此次故障，但調(diào)整門限值和變壓器變比畢竟是揚(yáng)水止沸，建議在條件允許的情況下進(jìn)行線路遷改或申請(qǐng)專線供電。

而對(duì)于OTM 功能缺陷的問題，技術(shù)上可通過增加一套ATS 對(duì)兩路市電進(jìn)行選擇后接入OTM 的LN1 端，但需要做好上下級(jí)切換時(shí)間的整定。同時(shí)增加一個(gè)設(shè)備對(duì)于供電系統(tǒng)無疑增加了故障點(diǎn)，還需對(duì)技改后的供電系統(tǒng)從可靠性、可行性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比對(duì)和評(píng)估，以免事倍功半。建議在新臺(tái)站的建設(shè)中，條件許可的情況下優(yōu)先使用三段母線運(yùn)行方式，可避免上述問題。

4 結(jié)束語

隨著我國(guó)航空事業(yè)的不斷發(fā)展，在建或?qū)⒔ǖ拿裼煤娇张_(tái)站臺(tái)站必將星羅棋布的出現(xiàn)在神州大地之上。本文以一起臺(tái)站供電案例，旨在拋磚引玉，對(duì)具有同樣配置的其他臺(tái)站具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)也為無人值守臺(tái)站的供電設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。