牽引變電所備自投試驗儀的研制

靳來生

(鄭州鐵路局 鄭州供電段,河南鄭州450061)

電氣化鐵路牽引變電所承擔著為電力機車不間斷供電的重要任務,在鐵路安全運輸生產中處于非常重要的位置。因此,牽引變電所均要求具有雙電源、雙主變固定備用,且具備自動投切功能。由于備自投系統涉及到大量的開關及其他機電設備,其故障率較高,很有必要經常對其進行試驗,以便保證自投裝置處于良好的運行狀態。目前,普遍采用中斷運輸,申請天窗停電試驗的方法對自投功能進行試驗。在繁忙干線進行該項試驗對運輸干擾較大,難以實施,因此自投裝置經常處于失修狀態。

幾年來,鄭州供電段共對6個牽引變電所的自投裝置進行了(安排停電點的)自投裝置試驗,結果只有2個牽引變電所的自投裝置運行正常,其他4個牽引變電所的自投裝置均存在問題,說明了進行自投試驗的重要性。

為此,有必要研制備自投試驗儀,以便在不干擾正常運輸秩序的情況下對牽引變電所自投功能進行試驗,保證其處于良好的工作狀態。

1 國內外現狀及存在的問題

目前,在國內鐵路牽引供電系統,尚沒有專門的儀器用來對牽引變電所自投功能進行試驗,普遍采用的方法是申請天窗停電試驗。

國內電力系統關于備自投裝置的試驗測試儀,已有相關報道,主要是采用模擬斷路器代替實際運行的開關來進行試驗。這種試驗方法只對自投裝置進行了試驗,對于自投回路其他設備,例如二次電纜、斷路器及隔離開關輔助接點等無法進行試驗,試驗狀態與設備真實運行狀態差異太大,在牽引變電所進行這種方式的試驗意義不大。且這種方法具有接線復雜,對試驗人員素質要求高,并容易危及正常供電。

2 可行性分析及研制過程

2.1 可行性分析

當前,在鐵路牽引變電所普遍采用綜合自動化系統保護裝置,電源和主變壓器的備用自投功能由綜合自動化系統實現,因生產廠家的不同,其自投功能的實現方式也各不相同。鄭州供電段主要使用的綜合自動化系統的備自投系統有下列幾種:

(1)WBH-892C型主變測控裝置

WBH-892C型主變測控裝置的備自投裝置采用兩個獨立的測控裝置,通過10根自投聯絡線進行自投聯絡,共同完成牽引變電所主變自投和電源自投。兩臺測控裝置各自控制本系統的開關動作,并向對側裝置發出自投聯絡信號,以及接收對側發送的自投聯絡信號。

針對此種自投實現原理,研發的備自投試驗的儀器可以采用仿真自投聯絡信號的辦法進行自投試驗。

(2)WBT-65A微機備自投裝置

WBT-65A微機備自投裝置采用獨立的備自投裝置實現,采集參與自投的所有的斷路器和隔離開關的位置信號和主變故障信號,以及進線電壓,根據預設自投方式,對相應的開關發出分合閘操作脈沖。

針對此種自投實現原理,研發的備自投試驗的儀器可以采用仿真斷路器和仿真隔離開關的方式進行自投試驗。

(3)通過通信管理機實現的軟件備自投

該綜合自動化系統沒有設置專用的備自投裝置,而是靠通信管理機中的軟件通過通信網絡來實現,通常只要遠動操作沒有問題,備自投系統理論上應該不存在問題,因此,本次研發備自投試驗儀不考慮此種原理的自投系統試驗。

2.2 研制過程

針對不同自投裝置,設計了兩種工作原理。對于WBH-892C型自投裝置,采取仿真自投聯絡信號的方式來進行試驗。對于WBT-65備自投裝置,采用仿真斷路器及仿真隔離開關的方式來進行試驗。

對于WBH-892C型自投裝置仿真自投聯絡信號時,因為自投聯絡信號線少,現場接線簡單,采用單片機輸入回路直接與被測試裝置的自投聯絡輸出連接,單片機的輸出回路直接接入被測試裝置的自投聯絡輸入,用單片機程序仿真另外一臺主變測控裝置,與被測試的裝置組成自投系統,進行仿真試驗,被測試的系統是真實系統,開關與斷路器真實動作,自投試驗完備徹底,可以發現自投回路中的所有缺陷與問題。

對于WBT-65備自投裝置,因為要仿真多臺斷路器與多臺隔離開關,現場接線復雜,若不采取特別的技術措施,進行仿真自投試驗對于現場操作人員來說是很難完成的任務。針對這個問題,設計了在單片機與自投裝置之間加裝接線轉接板的方法來解決(圖1)。

試驗時,將自投裝置上的相關插拔式接線端子整體拔下來,插到轉接板上,再將轉接板上的接線端子插在自投裝置上,使用整體插拔的方式簡化了試驗接線。同時,轉接板還有試驗時運行系統與被試系統隔離的作用,保證試驗時運行系統不受影響,安全可靠供電。試驗時,轉接板首先切斷自投裝置與正在運行的系統之間的信號和分合閘回路,由儀器模擬的斷路器及隔離開關代替,以便保證試驗時的供電安全。然后由儀器模擬的斷路器和隔離開關組成一個系統,和備用的真實系統組成仿真試驗系統,對備自投功能進行試驗,試驗時,儀器組成的系統進行模擬分合,備用系統進行實際帶開關真實分合。

3 自投試驗儀組成

自投試驗儀的組成(圖2)。

(1)觸摸屏:試驗操作、開關分合記錄查看、負責操作儀器、輸入定值、顯示事件記錄、控制模擬開關的分合及狀態顯示、改變運行方式等。(2)端子排轉換插件:為避免試驗接線過多,將大量接線集中到該插件上,通過該插件集中連接,方便試驗接線。(3)開關量輸入板:將自投裝置發出的開關分合命令通過光電隔離轉換后輸入中央處理單元。(4)開關量輸出板:將中央處理單元輸出的自投裝置在需要的開關位置信號經過繼電器輸出。(5)CPU中央處理單元:對整個自投試驗進行控制,模擬自投試驗所需邏輯,管理整定值及試驗報告等數據。(6)電源:儀器供電部分。儀器外觀見圖3。

圖1 接線轉接板

圖2 儀器的組成

圖3 儀器外觀示意圖

4 儀器試驗方法及過程

采用了兩種試驗方法,一是實現仿真自投聯絡信號的辦法進行自投試驗。試驗時,由儀器仿真正在運行的系統,與備用系統進行自投聯絡,組成混合仿真系統,備用系統帶開關完成自投動作。然后,再將備用系統與運行系統互換(切換電源和主變壓器),再次進行試驗,即可完成整個牽引變電所自投功能的試驗工作。二是實現仿真斷路器和仿真隔離開關的方式進行試驗。試驗時,本儀器首先切斷自投裝置與正在運行的系統之間的信號和分合閘回路,由儀器模擬的斷路器及隔離開關代替,以便保證試驗時的供電安全。然后由儀器模擬的斷路器和隔離開關組成一個系統,和備用的真實系統組成混合仿真試驗系統,對備自投功能進行試驗,試驗時,儀器組成的系統進行模擬分合,備用系統進行實際帶開關真實分合。試驗完成后,再將備用系統與運行系統倒切,再次進行試驗,即可完成整個牽引變電所自投功能的試驗工作。

下面以一個典型的牽引變電所主接線為例,來詳細說明自投試驗過程(圖4)。

必須采取的安全措施步驟:

(1)通過倒閘作業,使變電所處于1#電源帶1#主變壓器運行狀態。

(2)為了保證使自投試驗過程中兩路電源不經過隔離開關溝通,拉開跨條手動隔離開關1002并加鎖。

(3)為了使自投試驗時不對主變壓器多次合閘沖擊,拉開1022隔開,拉出202a、202b斷路器小車。

(4)為了保證試驗過程中運行系統的運行安全,對于WBH892型自投裝置,撤除1#主變壓器測控盤進線自投和主變壓器自投;對于WBT-65型自投裝置,撤除1#主變壓器測控盤上的自投分合閘連片,并將1#電源進線隔離開關的電機電源斷開。

(5)對于WBH892型自投裝置,將自投試驗儀仿真的自投聯絡信號接線與2#主變壓器測控盤上對應回路進線連接,對于WBT-65型自投裝置,將自投試驗儀的轉接板與WBT-65型自投裝置進線連接,然后按圖5進行自投試驗。

圖5 2#電源及2#主變壓器自投試驗流程圖

(6)至此,對與2#電源及2#主變壓器的自投試驗進行完畢,并且完成了5種自投方式的自投試驗。在試驗過程中,為了使開關處于需要的運行方式,有一種自投方式進了兩次試驗。

(7)恢復變電所的正常運行狀態后,再次通過倒閘作業,使變電所處于2#電源帶2#主變壓器運行狀態。

(8)比照(2)、(5),采取相應的安全措施,并按圖6進行自投試驗。

圖6 1#電源及1#主變壓器自投試驗流程圖

(9)至此,對1#電源與1#主變壓器的自投回路試驗完畢,并且所有自投方式均至少進行了一次試驗,恢復所有安全措施,變電所恢復正常運行狀態,自投試驗完畢。

試驗過程中的電源失壓均由儀器模擬發出,儀器模擬的主變壓器故障由儀器發出,備用主變壓器故障由短接備用主變瓦斯繼電器發出,試驗過程完全模擬真實運行狀態。

由以上試驗過程可以看出,試驗時,運行系統的自投功能撤除,且運行系統與備用系統之間的手動隔離開關均處于斷開位置,有效的隔離了運行系統與試驗系統,因此,采用該方法進行自投試驗,可以保證試驗時不影響正在運行系統的正常供電。

5 儀器特點

(1)儀器采用有針對性的仿真技術,在自投試驗時具備仿真牽引變電所一個主變壓器系統的能力。(2)具有試驗接線轉接器,試驗接線簡單,且隔離正在運行系統試驗安全性高。(3)被測試系統帶開關真實動作,完全仿真運行狀態,能夠發現自投系統中所有影響自投成功的設備缺陷。(4)儀器采用轉接板的方式進行試驗接線,具有現場接線簡單,隔離運行設備,排除了因人員在試驗中誤操作而發生中斷供電的危險。(5)信息量大,對試驗過程中的每一部操作和動作均有詳細記錄,方便在自投不成功時進行原因分析和故障查找。(6)交直流90—260 V寬電源范圍,方便使用。(7)低廉的生產成本。

6 試驗儀使用情況

按照標準要求,新投產的備自投裝置以及備自投裝置的定期檢驗,必須經帶開關傳動試驗合格,以確保裝置的可靠性和外部回路的正確性。從而確保在工作電源或設備因故障等原因斷開以后,裝置能夠正確動作,保證供電。

研制的兩臺備自投試驗儀于2009—12分別交由鄭州、新鄉兩個變電車間運用。運用半年來未發生任何故障,多次對牽引變電所成功進行了自投功能試驗。

新鄉變電車間在2010年使用該儀器,分別對獲嘉、焦作、湯陰、新鄉、淇縣5個采用WBH-892C型自投裝置的牽引變電所和月山、晉城兩個采用WBT-65型自投裝置的牽引變電所進行了自投試驗。在試驗中發現月山牽引變電所自投裝置交流采樣板故障,自投不能進行,更換該板后自投成功。淇縣變電所電動隔離開關動作不可靠,時有拒動發生,經檢查為輔助接點不良,更換后正常。獲嘉變電所自投板系統參數設置錯誤,導致交叉供電時自投不能正常完成,修改參數后自投成功。

鄭州變電車間在2010年使用該儀器,分別對薛店、臨潁WBH-892C型自投裝置的牽引變電所和莆田、開封兩個采用WBT-65型自投裝置的牽引變電所進行了自投試驗。

由于該儀器的使用,使長期未能進行的試驗得以開展,排除了自投回路以前難以發現,難于處理的故障,保證了牽引變電所自投系統處于良好的工作狀態,確保了牽引供電系統的供電可靠性。

儀器于2010—07通過鄭州鐵路局科研成果鑒定。

[1] 電力工業技術監督標準匯編.ISBN/55083782.機電保護監督[S].北京:中國電力出版社,2004.

[2] TA21牽引變電所安全監控及綜合自動化系統使用說明書[R].成都交大許繼電器有限公司,2004.

[3] WBT-65A.微機備自投裝置說明書[R].國電南享自動化股份有限公司,2004.