吳洪波,董明楓,邊育棟,張志康
(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局,廣東江門(mén) 529000)
刀閘遙控故障是倒閘操作中遇到的最多也是最常見(jiàn)的故障[1]。刀閘遙控故障分機(jī)械故障和控制回路故障,控制回路故障約占半數(shù)[2]。不同于斷路器具備完善的斷路器控制回路斷線監(jiān)視回路,目前很多刀閘控制回路沒(méi)有監(jiān)視回路。由于刀閘機(jī)構(gòu)箱大多在戶(hù)外高壓場(chǎng)地,刀閘控制回路較為復(fù)雜,精確定位故障點(diǎn)難度大,要求消缺人員有較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平[3]。目前基于人工判斷為主的控制回路故障定位、消缺方法,效率低下,對(duì)消缺人員技術(shù)要求較高,不具備普適性。
針對(duì)上述情況,提出基于可編程式刀閘控制回路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法,依次采集控制回路各節(jié)點(diǎn)電壓,通過(guò)對(duì)個(gè)采集電壓點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比,得出各采集點(diǎn)電壓的狀態(tài)值,并綜合各采集點(diǎn)狀態(tài)值快速判斷刀閘控制回路狀態(tài)、故障位置。
刀閘控制回路主要包括控制電源、內(nèi)部閉鎖元件、外部閉鎖回路3 個(gè)部分(圖1)。
圖1 刀閘控制回路
根據(jù)回路各部分投入情況,將回路狀態(tài)分為4 種:
(1)運(yùn)行狀態(tài):指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件未滿足的狀態(tài)。
(2)預(yù)操作狀態(tài):指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)。此狀態(tài)下,遠(yuǎn)控接點(diǎn)一經(jīng)閉合即可使分/合閘接觸器動(dòng)作。
(3)操作狀態(tài):指在控制電源正常、內(nèi)部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態(tài)下,刀閘控制回路接收到遠(yuǎn)方操作命令后進(jìn)入該狀態(tài),直至刀閘操作結(jié)束。
(4)故障狀態(tài):指在控制電源異?;騼?nèi)部閉鎖元件異常的狀態(tài)。
對(duì)刀閘控制回路分析采用以下方法:
(1)標(biāo)準(zhǔn)化定義:對(duì)刀閘控制回路進(jìn)行分類(lèi)、歸納,將刀閘控制回路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義,包括刀閘控制回路組成及分類(lèi)、狀態(tài)分類(lèi)、監(jiān)視點(diǎn)定義及分類(lèi)等。
(2)電壓分類(lèi)采集:按照標(biāo)準(zhǔn)化的定義,裝置采用在線監(jiān)測(cè)方法,對(duì)監(jiān)視點(diǎn)電壓進(jìn)行分類(lèi)采集,得到各監(jiān)視點(diǎn)的電壓實(shí)測(cè)值。
(3)監(jiān)視點(diǎn)電壓分析:通過(guò)對(duì)各監(jiān)視點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比分析,得出各監(jiān)視點(diǎn)的狀態(tài)值。
(4)回路節(jié)點(diǎn)分析:通過(guò)綜合分析各監(jiān)視點(diǎn)的狀態(tài)值,得出刀閘控制回路各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。
(5)內(nèi)部信號(hào)定義及分析:定義內(nèi)部信號(hào),并通過(guò)綜合分析回路狀態(tài)情況,賦值各內(nèi)部信號(hào)。
(6)信號(hào)輸出及存儲(chǔ):定義輸出信號(hào),并根據(jù)內(nèi)部信號(hào)動(dòng)作情況觸發(fā)信號(hào)輸出,從而實(shí)現(xiàn)刀閘控制回路實(shí)時(shí)監(jiān)視。
3.1.1 刀閘控制回路監(jiān)視點(diǎn)定義及分類(lèi)
監(jiān)視點(diǎn)定義:回路上采集電壓的節(jié)點(diǎn),并可利用采集到的電壓進(jìn)行分析以監(jiān)視回路狀態(tài)。為清晰說(shuō)明監(jiān)視點(diǎn)所處位置,結(jié)合圖1 進(jìn)行說(shuō)明,包括5 類(lèi)共14 個(gè)監(jiān)視點(diǎn)。
(1)第1 類(lèi)為電源監(jiān)視接點(diǎn),包括電機(jī)電源、操作電源。
(3)第3 類(lèi)為內(nèi)部閉鎖接點(diǎn)監(jiān)視,包括分閘接觸器輔助接點(diǎn)、合閘接觸器輔助接點(diǎn)(KM1-1)、分位行程開(kāi)關(guān)(SL1-1)、合位行程開(kāi)關(guān)(SL2-1)、手動(dòng)連鎖輔助接點(diǎn)(SL3-2)、電機(jī)保護(hù)繼電器輔助接點(diǎn)(GDH-2)、急停按鈕輔助接點(diǎn)(SB2-2),共7 個(gè)。
(4)第4 類(lèi)為遠(yuǎn)控命令監(jiān)視點(diǎn),包括遠(yuǎn)控合接點(diǎn)(10)、遠(yuǎn)控分接點(diǎn)(11)。
(5)第5 類(lèi)為動(dòng)作過(guò)程監(jiān)視點(diǎn),即分、合閘回路自保持接點(diǎn),包括分閘接觸器輔助接點(diǎn)(KM2-14)、合閘接觸器輔助接點(diǎn)(KM1-14)。
3.1.2 電壓采集技術(shù)實(shí)施
采用小PT、在線監(jiān)測(cè)的方式,每路監(jiān)視點(diǎn)獨(dú)立采集。監(jiān)視點(diǎn)按第4 類(lèi)、第5 類(lèi)、第1 類(lèi)、第2 類(lèi)、第3 類(lèi)的順序依次接入采集模塊。
圖2 綜合分析流程
3.2.1 監(jiān)視點(diǎn)電壓分析
The charge stored in the space charge region was given as follows:
變電站刀閘控制回路控制電源為AC 220 V,在控制回路投入運(yùn)行的情況下,各監(jiān)視點(diǎn)的測(cè)量電壓大?。▽?duì)N 端)應(yīng)為AC 220 V(標(biāo)準(zhǔn)電氣值)。如控制回路某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)斷線,其對(duì)應(yīng)監(jiān)視點(diǎn)測(cè)量電壓則會(huì)出現(xiàn)異常,一般異?,F(xiàn)象為每次測(cè)量電壓波動(dòng)較大,大小在0~220 V。因此通過(guò)采集各監(jiān)視點(diǎn)電壓的連續(xù)3 次采集電壓的大小,并與標(biāo)準(zhǔn)電氣值進(jìn)行對(duì)比分析,可以判斷監(jiān)視點(diǎn)狀態(tài)值。
3.2.2 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分析
定義包括遠(yuǎn)方分閘命令、遠(yuǎn)方合閘命令、分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)、電機(jī)電源狀態(tài)、控制電源狀態(tài)、外部閉鎖回路狀態(tài)、接觸器接點(diǎn)狀態(tài)斷路器行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)、手動(dòng)連鎖狀態(tài)、電機(jī)保護(hù)狀態(tài)、急停按鈕狀態(tài)、內(nèi)部閉鎖回路狀態(tài)等14 個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)綜合分析監(jiān)視點(diǎn)是否滿足判斷依據(jù),可以得出刀閘控制回路各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
3.2.3 內(nèi)部信號(hào)定義及分析
(1)定義及初步分析。定義包括電機(jī)電源故障、控制電源故障、外部閉鎖、內(nèi)部閉鎖、分閘操作啟動(dòng)、合閘操作啟動(dòng)、接觸器故障、接觸器接點(diǎn)故障、斷路器行程開(kāi)關(guān)故障、手動(dòng)連鎖故障、電機(jī)保護(hù)繼電器故障、急停按鈕輔助故障、刀閘可控、控制回路斷線等共14 個(gè)內(nèi)部信號(hào)。通過(guò)綜合分析各節(jié)點(diǎn)狀態(tài),可以得到前面12 個(gè)信號(hào)的狀態(tài)值。而“刀閘可控”、“控制回路斷線”兩個(gè)信號(hào)需具體結(jié)合刀閘運(yùn)行狀態(tài)做進(jìn)一步判斷。
(2)進(jìn)階分析。在進(jìn)行初步信號(hào)賦值后,裝置根據(jù)各節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果,對(duì)刀閘控制回路狀態(tài)進(jìn)行判斷,并在不同狀態(tài)下進(jìn)行內(nèi)部信號(hào)進(jìn)階分析,并進(jìn)行信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。
運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)操作狀態(tài):①如電機(jī)電源狀態(tài)正常,則“刀閘可控”信號(hào)為動(dòng)作態(tài),否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。
操作狀態(tài):①如電機(jī)電源狀態(tài)正常,則“刀閘可控”信號(hào)為動(dòng)作態(tài),否則為復(fù)歸態(tài)。②“控制回路斷線”為復(fù)歸態(tài)。③如遠(yuǎn)方分閘命令動(dòng)作,則“分閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為動(dòng)作態(tài),“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為復(fù)歸態(tài);如收到遠(yuǎn)方合閘命令,則“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為動(dòng)作態(tài),“合閘操作啟動(dòng)”信號(hào)為復(fù)歸態(tài);以上信號(hào)狀態(tài)更新完成后,進(jìn)行該狀態(tài)下的第一次信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。完成信息輸出及存儲(chǔ),延時(shí)1 s 后,對(duì)分、合閘接觸器輔助接點(diǎn)監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行3 輪電壓采集,并進(jìn)行分析判斷,得出分閘接觸器工作狀態(tài)、合閘接觸器工作狀態(tài)。最后通過(guò)分閘繼電器或合閘繼電器是否仍處于動(dòng)作狀態(tài),分析繼電器自保持情況是否正常,對(duì)信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行以下更新;④如分閘接觸器與合閘接觸器動(dòng)作均未動(dòng)作,則“接觸器故障”信號(hào)為動(dòng)作態(tài);否則“接觸器故障”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)。
以上信號(hào)狀態(tài)更新完成后,進(jìn)行該狀態(tài)下的第二次信號(hào)輸出及存儲(chǔ)。
故障狀態(tài):①“刀閘可控”信號(hào)為復(fù)歸態(tài)。②控制電源狀態(tài)異?;騼?nèi)部閉鎖回路狀態(tài)異常時(shí),“控制回路斷線”為動(dòng)作態(tài),否則為復(fù)歸態(tài)。
定義6 個(gè)輸出信號(hào),包括倒刀閘可控、操作啟動(dòng)、電機(jī)/控制電源故障、閉鎖回路斷線、控制回路斷線、接觸器故障,并根據(jù)內(nèi)部信號(hào)動(dòng)作情況,對(duì)輸出信號(hào)賦值。輸出信號(hào)動(dòng)作條件見(jiàn)表1。
表1 輸出信號(hào)動(dòng)作條件
2022 年9 月,將監(jiān)測(cè)裝置安裝應(yīng)用在1 座110 kV 變電站的2 個(gè)線路隔離開(kāi)關(guān)上,并進(jìn)行監(jiān)視點(diǎn)故障模擬試驗(yàn)20 次,該裝置均能監(jiān)測(cè)出刀閘控制回路故障,并定位故障點(diǎn)為隔離開(kāi)關(guān)故障。
根據(jù)二次回路故障定位原理、裝置模塊設(shè)計(jì)測(cè)試,以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果。得出如下結(jié)論:
(1)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下,對(duì)刀閘控制回路進(jìn)行監(jiān)視,對(duì)控制回路斷線發(fā)出告警,提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
(2)在刀閘操作過(guò)程中,利用監(jiān)視節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),準(zhǔn)確定位控制回路故障位置,提高故障查找效率。
(3)在刀閘操作過(guò)程中,實(shí)時(shí)監(jiān)視刀閘控制回路的遠(yuǎn)控接點(diǎn)是否有效動(dòng)作,為刀閘遙控失敗排除外部原因,精準(zhǔn)定位故障范圍,降低排查難度,提高故障查找效率。
(4)在刀閘操作過(guò)程中,監(jiān)視刀閘動(dòng)作過(guò)程,跟蹤分/合閘繼電器是否存在異?,F(xiàn)象,準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。
(5)裝置在設(shè)備運(yùn)行及操作狀態(tài)下,均能監(jiān)視、判斷控制回路狀態(tài),當(dāng)故障消除時(shí),能夠通過(guò)自檢功能判斷故障消除是否準(zhǔn)確、完全,不需要通過(guò)操作驗(yàn)證。
實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,采用該裝置能夠快速定位隔離開(kāi)關(guān)二次回路的故障位置,為作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)處理故障提供幫助,保障電網(wǎng)供電可靠性。