牽引變電所電壓互感器監(jiān)測(cè)和自動(dòng)倒閘裝置的研究

黃曉文 上海鐵路局杭州供電段

當(dāng)前鐵道牽引變電所母線主備電壓互感器自動(dòng)倒閘經(jīng)常出現(xiàn)不成功現(xiàn)象（見(jiàn)圖1中3YH和5YH為C相互為主備，4YH和6YH為B相互為主備），嚴(yán)重危及牽引供電安全運(yùn)行。

圖1 牽引變電所一次原理圖

比如：由于備用壓互已發(fā)生故障卻沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而主壓互再發(fā)生故障，就會(huì)引起壓互母線失壓故障，導(dǎo)致保護(hù)的動(dòng)作。另外，現(xiàn)有壓互自動(dòng)倒閘的閥值電壓低于低壓過(guò)流保護(hù)電壓值，所以如果互感器的高壓熔斷器出現(xiàn)熔斷時(shí)，電壓是從27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此時(shí)線路有大的負(fù)載取流，可能引起低壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，造成全所停電故障。

圖2 現(xiàn)有母線B相電壓互感器二次接線圖

牽引變電所現(xiàn)有的電壓互感器自動(dòng)倒閘裝置的功能原理如圖2所示。以下只討論B相，C相類似。1-3YJ和4YJ為倒閘動(dòng)作線圈，線圈的動(dòng)作電壓只能設(shè)置一個(gè)閥值點(diǎn)，如16.7kV（對(duì)應(yīng)的母線電壓換算值）。如果4YH的母線電壓大于16.7kV，則1-3YJ線圈得電，壓互母線YMB的電壓由4YH提供；如果小于16.7kV，則1-3YJ線圈失電，壓互母線YMB的電壓由6YH提供，即倒閘動(dòng)作只有一個(gè)閥值點(diǎn)。而且變電所遙測(cè)監(jiān)視只能監(jiān)視到Y(jié)MB和YMC的電壓，而沒(méi)有監(jiān)視到備用壓互的電壓。當(dāng)備壓互（如6YH）高壓熔斷器等故障發(fā)生時(shí)，沒(méi)有任何報(bào)警信息輸出，無(wú)法及時(shí)處理。如果以后主壓互（如4YH）又由于高壓熔斷器等故障發(fā)生時(shí)，現(xiàn)有的倒閘裝置會(huì)自動(dòng)投到備壓互（如6YH），而備壓互（如6YH）已經(jīng)發(fā)生故障，因此導(dǎo)致壓互母線YMB失壓而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，引起全所停電。另一種情況，如果當(dāng)前使用4YH，而4YH的高壓熔器出現(xiàn)熔斷時(shí)，電壓是從27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此時(shí)線路有大的負(fù)載取流，可能引起低壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，造成全所停電故障。

1 課題目標(biāo)

研制出一套智能化的裝置，對(duì)現(xiàn)有變電所不改變?cè)袎夯ザ位芈吩砩线M(jìn)行補(bǔ)充完善，它應(yīng)具有下述功能：

(1)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控牽引變電所內(nèi)全部四個(gè)電壓互感器的電壓，解決備用壓互沒(méi)有實(shí)時(shí)監(jiān)視的問(wèn)題。

(2)當(dāng)任何一個(gè)壓互電壓低于設(shè)定值（如19kV），在當(dāng)?shù)亓⒖贪l(fā)出聲光報(bào)警，提示值班員進(jìn)行故障確認(rèn)；同時(shí)自動(dòng)通知供電段調(diào)度后臺(tái)，做到故障提前預(yù)警，避免錯(cuò)誤的保護(hù)判斷發(fā)生。

(3)當(dāng)主用壓互電壓下降到低壓過(guò)流保護(hù)整定值之前，判斷如果備用壓互電壓是正確的，則保護(hù)母壓自動(dòng)切換到備用壓互，提前對(duì)故障壓互采取切換。

(4)裝置提供對(duì)站地址、報(bào)警設(shè)定值和互投設(shè)定值改寫的界面，提供故障處理的界面。

(5)裝置具有對(duì)任何參數(shù)設(shè)定、壓互互投事件記錄功能。

(6)裝置具有自檢功能，通信具有自愈功能。

(7)納入遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，調(diào)度后臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視全部四個(gè)壓互的電壓值、保護(hù)母壓使用哪一個(gè)壓互，以及報(bào)警設(shè)定值、互投設(shè)定值和事件記錄報(bào)表。

2 研制方案

該研制的壓互監(jiān)測(cè)和自動(dòng)互投裝置，采用微機(jī)保護(hù)的SCADA方式，對(duì)變電所內(nèi)27.5kV母線電壓的四個(gè)壓互實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可以設(shè)置兩個(gè)動(dòng)作閥值電壓，在發(fā)生低壓過(guò)流保護(hù)之前就提前互投，主備壓互一旦發(fā)生故障立即報(bào)警；同時(shí)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通知調(diào)度，或者通過(guò)RS485、CAN或以太網(wǎng)網(wǎng)連接到變電所綜自網(wǎng)絡(luò)或其它間隔層網(wǎng)絡(luò)中（預(yù)留）。

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)本裝置是對(duì)原有牽引變電所的完善和補(bǔ)充，它的使用不改變?cè)凶冸娝鶋夯ザ位芈返墓δ埽S護(hù)或更換本設(shè)備不對(duì)原有設(shè)備造成影響。

(2)本裝置采用12位AD，利用DSP技術(shù)和交流采樣算法對(duì)壓互電壓進(jìn)行計(jì)算和互投算法的實(shí)現(xiàn)。

(3)采用 TI的 TMS320F2812（32 位 DSP）芯片，和 TI的DSP/BIOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)模塊化編程。

(4)裝置采用母板/板卡式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，便于擴(kuò)展。

(5)采用GPRS和短消息兩種無(wú)線通信方式。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)智能化：完善的自檢電路，配合自檢程序在上電和運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)自檢；雙冗余設(shè)備，故障時(shí)自動(dòng)切換并發(fā)送故障報(bào)告。

(2)合理的任務(wù)管理機(jī)制：采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，增強(qiáng)多任務(wù)的協(xié)調(diào)能力。

(3)多種協(xié)議多種物理接口選擇：提供GPRS和短消息兩種協(xié)議可以選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信；另外在當(dāng)?shù)靥峁┎煌涌冢≧S485/422接口、CAN接口、以太網(wǎng)口）選擇。

(4)功能模塊化，為用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的變更隨時(shí)修改互投參數(shù)功能。

5 結(jié)論

通常的智能化系統(tǒng)一般采用兩種：電力載波和有線網(wǎng)絡(luò)通信方式。電力載波易受無(wú)線電信號(hào)、電磁信號(hào)、脈沖信號(hào)的干擾，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)碼、丟碼的情況。網(wǎng)絡(luò)通信方式則需要敷設(shè)通信電纜，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控改造項(xiàng)目，存在零散的分布點(diǎn)很多而每個(gè)點(diǎn)設(shè)備不多的現(xiàn)狀，采用這種方式投資過(guò)大。本項(xiàng)目采用基于無(wú)線分組業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS)的數(shù)據(jù)傳輸通道，不僅可以準(zhǔn)確的傳輸數(shù)據(jù)，而且避免了復(fù)雜的綜合布線工程。

本系統(tǒng)將牽引變電所現(xiàn)有的電壓互感器和倒閘裝置進(jìn)行了智能化改造。采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息集成技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在線式的掌握主備電壓互感器的運(yùn)行情況，提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，低壓過(guò)流保護(hù)閉鎖、解鎖功能，實(shí)時(shí)采樣監(jiān)視電壓和電流的有效值，通過(guò)結(jié)合并優(yōu)化保護(hù)算法，實(shí)現(xiàn)主備壓互的切換互投。改變了原有設(shè)備無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)視并且在切換時(shí)無(wú)法預(yù)知另外設(shè)備狀態(tài)的弊端，并可以通過(guò)設(shè)定相關(guān)的值，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)控和實(shí)時(shí)報(bào)警。

該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可廣泛用于電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、集控站自動(dòng)化系統(tǒng)、水電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、鐵路監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中。作為新一代的電壓監(jiān)測(cè)和自動(dòng)互換裝置，系統(tǒng)支持GPRS和GSM短信功能，可以在GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)將報(bào)警信息以短信的形式發(fā)送給相關(guān)人員。系統(tǒng)使用靈活，智能化程度高。