小型水電站高壓開關(guān)實訓(xùn)平臺的構(gòu)建

范滌

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

小型水電站高壓開關(guān)實訓(xùn)平臺的構(gòu)建

范滌

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

摘要：依托浙江省示范建設(shè)實訓(xùn)基地“發(fā)電廠及電氣自動化技術(shù)實訓(xùn)基地”的建設(shè)，與發(fā)電廠仿真實訓(xùn)中心一起進(jìn)行總體構(gòu)架，通過核心技術(shù)的研究，包括控制核心技術(shù)和發(fā)電廠仿真實訓(xùn)中心共享技術(shù)，構(gòu)建了基于仿真網(wǎng)絡(luò)控制的高壓開關(guān)實訓(xùn)平臺。該實訓(xùn)平臺可以為《水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)》、《發(fā)電廠及電力系統(tǒng)》課程服務(wù)，具備電站職工培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、教師科研等多種功能，通過實際應(yīng)用，效果良好，能夠有效提升學(xué)生的職業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：實訓(xùn)平臺；高壓開關(guān)；網(wǎng)絡(luò)控制；仿真

高職教育以培養(yǎng)“生產(chǎn)、管理、服務(wù)、建設(shè)的高素質(zhì)技能型人才”為目標(biāo)。高職院校必須通過強(qiáng)化實訓(xùn)教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的基本職業(yè)能力、專業(yè)職業(yè)能力、技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力等技能。培養(yǎng)學(xué)生的這些能力，必須要有實訓(xùn)基礎(chǔ)平臺作支撐，而為“發(fā)電廠及電力系統(tǒng)”專業(yè)構(gòu)建的浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院高壓開關(guān)實訓(xùn)平臺，是省特色建設(shè)專業(yè)“發(fā)電廠及電力系統(tǒng)”的核心、專業(yè)實訓(xùn)室，也是浙江省示范實訓(xùn)基地建設(shè)點：“發(fā)電廠及電氣自動化技術(shù)實訓(xùn)基地”的核心建設(shè)內(nèi)容。該實訓(xùn)平臺可以為《水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)》、《繼電保護(hù)和二次》課程服務(wù)，具備電站職工培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、教師科研等多種功能。因此，該實訓(xùn)平臺的構(gòu)建是非常的必要且很有價值。

1總體框架

實訓(xùn)平臺按照典型農(nóng)村水電站主接線進(jìn)行設(shè)計，由2臺發(fā)電機(jī)組成；有8個控制臺控制開關(guān)和斷路器設(shè)備。如圖1所示。

2核心技術(shù)

2.1控制部分

2.1.1高壓斷路器的分類和用途

由于高壓斷路器具有較完善的滅弧裝置，能在較短的時間內(nèi)熄滅電弧，可以在帶負(fù)荷的情況下，通和斷電路，因此，是一次電力系統(tǒng)設(shè)備中保護(hù)和控制的關(guān)鍵電氣設(shè)備，高壓斷路器是高壓電器中最重要的部分。在電網(wǎng)中起兩方面作用：

（1）控制作用，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，部分電氣設(shè)備、線路投入、退出運(yùn)行；

（2）保護(hù)作用，即在電氣設(shè)備、電力線路發(fā)生故障時，繼電保護(hù)自動裝置跳閘信號發(fā)出，斷路器啟動，將迅速從電網(wǎng)中切除故障部分設(shè)備或線路，確保無故障部分在電網(wǎng)中正常運(yùn)行。

高壓斷路器按滅弧介質(zhì)的不同，可以分為：六氟化硫斷路器、油斷路器、磁吹斷路器、空氣斷路器等。

圖1實訓(xùn)平臺總體框架圖

油斷路器逐漸被淘汰，由于維護(hù)成本較高，可靠性不如六氟化硫斷路器和真空斷路器，但仍有部分老電站在使用，因此，本實訓(xùn)平臺配置了真空斷路器外，還配置了部分油斷路器。操動機(jī)構(gòu)配置了電磁、彈簧操動機(jī)構(gòu)。

2.1.2基本要求

（1）能夠由手動利用控制開關(guān)，對斷路器進(jìn)行合、分閘的操作。

（2）滿足繼電保護(hù)裝置和自動裝置的要求。備用控制設(shè)備時，自動裝置能夠通過斷路器，自動投入運(yùn)行該設(shè)備；當(dāng)發(fā)生故障時，能夠?qū)嗦菲髯詣犹l繼電保護(hù)裝置，切除故障。

（3）能夠反映斷路器的監(jiān)視控制回路及實際位置的完好。

（4）合、分閘的操作在短時間內(nèi)完成。由于跳閘線圈、合閘線圈都是按通過短時工作電流設(shè)計的，因此，合、分?jǐn)嗦菲髯詣訑嚅_。

（5）能夠防止斷路器短時間內(nèi)，連續(xù)多次合分的跳躍發(fā)生現(xiàn)象。

2.1.3回路工作原理

工作原理如圖2所示。

圖2斷路器控制回路工作原理圖

（1）當(dāng)處于跳閘狀態(tài)時

控制開關(guān)SA1手柄，處于自然中間位置，其觸點2-4、1-3斷開，斷路器常開觸點輔助斷開，斷路器常閉輔助觸點閉合，于是，位置分閘繼電器TWJ （KTP）、QF觸點常閉、合閘組成通路接觸器HC （KM）線圈，動作TWJ（KTP），其閉合常開觸點，亮綠燈HG（PG）。一方面表示斷路器處于跳閘狀態(tài)，另一方面表示合閘回路與控制電源完好。同時注意，雖然此時有電流通過HC（KM）線圈中，但因回路中的TWJ（KTP）串接有較大阻抗，則大部分電壓降落在控制電源的分閘繼電器位置上，而HC（KM）上只有很小電壓，所以不會動作合閘接觸器。

（2）合閘過程

手動合閘：順時針轉(zhuǎn)45°SA1手柄，此時2-4接通觸點，短路分閘位置繼電器，滅綠燈，起動HC （KM），其二閉合帶滅弧的常開觸點，合閘線圈YC起動，合閘斷路器。斷路器合閘后，打開其輔助常閉觸點，合閘回路自動切斷；閉合輔助常開，此時，繼電器合閘位置HWJ（KCP）、繼電器防跳TBJ（K3）、分閘線圈YT、通路斷路器輔助常開觸點組成，動作HWJ （KCP），閉合其常開觸點，亮紅燈HR（PR）。一方面表示斷路器在合閘位置，另一方面表示控制電源與跳閘回路完好。同時應(yīng)注意：雖然此時有電流通過跳閘線圈YT中，但因回路中有較大阻抗的位置合閘繼電器，故通過YT上的很小電流，不會使斷路器跳閘。

（3）跳閘過程

手動跳閘：逆時針轉(zhuǎn)45°SA1手柄，此時接通觸點1-3，短接合閘位置繼電器HWJ（KCP），滅紅燈，將YT線圈上加全部直流控制電壓，此時，YT線圈中通過足夠大的電流，使斷路器跳閘。斷路器跳閘后，打開其輔助常開觸點，跳閘回路自動切除；閉合輔助常閉觸點，亮綠燈。

在控制回路中，串接斷路器輔助觸點目的是：①在操作任務(wù)完成后，跳、合閘回路迅速切斷，保證YC 和YT線圈短時通電的要求；②用輔助觸點來斷開電感回路，保護(hù)繼電器觸點和控制開關(guān)。③斷路器的分、合位置指示。

（4）防跳過程

當(dāng)利用合閘控制開關(guān)SA1時，如合在短路故障上，將動作繼電保護(hù)，閉合其出口繼電器KOU觸點，使斷路器跳閘。同時跳閘電流也流過防跳繼電器TBJ（K3）的電流線圈。使TBJ（K3）動作，其常閉觸點斷開合閘回路，常開觸點閉合接通TBJ（K3）的電壓線圈。此時，若因故未斷開控制開關(guān)SA1的觸點，則將自保持TBJ（K3）電壓線圈，始終打開防跳繼電器常閉觸點，合閘回路切斷了，使不能再次合閘斷路器。只有當(dāng)解除合閘脈沖，使防跳繼電器電壓線圈失電，控制回路才恢復(fù)到跳閘狀態(tài)。這樣就能防止斷路器出現(xiàn)多次的“跳—合”現(xiàn)象。

2.1.4信號裝置

（1）信號裝置的分類

小型水電站信號可分為位置信號、事故信號、預(yù)告信號。

1）位置信號，指示電站內(nèi)各種設(shè)備的位置狀態(tài)。如表示斷路器在合閘狀態(tài)用紅燈，表示斷路器在分閘狀態(tài)用綠信號。當(dāng)機(jī)組具備開機(jī)條件時，亮白燈，告訴運(yùn)行人員機(jī)組處于等待開機(jī)狀態(tài)。

2）事故信號，表示水電站發(fā)生了嚴(yán)重的不正常情況。事故信號采用電笛（或稱為蜂鳴器）發(fā)出的音響。如發(fā)電機(jī)過電壓、主變差動、勵磁消失等。

3）預(yù)告信號，反映機(jī)組或設(shè)備運(yùn)行時出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。如：過負(fù)荷、消失操作電源、轉(zhuǎn)子一點接地等。發(fā)生這些不正常情況后，在一般情況下，設(shè)備還能繼續(xù)運(yùn)行一段時間，但應(yīng)及時采取措施消除。采用電鈴發(fā)出音響預(yù)告信號，并要求預(yù)告信號延時發(fā)出音響。

（2）中央信號方式

為了可靠、及時、詳細(xì)地顯示設(shè)備故障和事故，水電站中通常采用3種相互配合、相互關(guān)聯(lián)的信號方式，即光字信號、音響信號、掉牌信號。

1）音響信號是由電笛或電鈴發(fā)出的，為了最大限度地引起運(yùn)行人員注意。

2）光字信號由裝于控制屏（或控制臺）上光字牌實現(xiàn)，在每個光字牌寫明設(shè)備事故（或故障）的類別或分項名稱。

3）掉牌信號由裝在保護(hù)屏上的信號繼電器實現(xiàn)。

（3）中央復(fù)歸能重復(fù)動作的信號裝置

目前，在水電站中，中央復(fù)歸能重復(fù)動作的信號裝置被廣泛采用。當(dāng)水電站發(fā)生了第一個事故（或故障）時，發(fā)出了音響信號，并亮光字牌；能自動解除音響。在音響信號已切除而光字信號尚未切除期間，若又發(fā)生第二個事故（或故障）時，則能重復(fù)動作音響。動作過程如圖3所示。

圖3中央復(fù)歸能重復(fù)動作原理圖

當(dāng)控制電源消失，或斷路器在合閘位置時跳閘回路不通，或斷路器在跳閘位置時合閘回路不通等情況下，合閘位置HWJ（KCP）與跳閘位置繼電器TWJ（KTP）的線圈同時斷電，它們的常閉觸點均閉合，使光字牌GP亮。同時，這個突變電流通過沖擊繼電器XWJ，使XWJ動作，接通時間繼電器KT線圈回路，使KT動作，其瞬時常開觸點閉合，接通1KA線圈回路，其一付常開觸點閉合用于自保，另一付常開觸點閉合接通電鈴（或蜂鳴器）發(fā)出音響。經(jīng)過一定時間延時后，時間繼電器延時閉合觸點閉合，接通2KA線圈回路，其常開觸點閉合切除沖擊繼電器，使信號裝置復(fù)歸，為下一個事故（或故障）發(fā)信號作準(zhǔn)備。

（4）信號電源監(jiān)視回路

中央信號裝置能反映水電站中所有的信號，然而，當(dāng)信號母線的熔絲熔斷時，中央信號將失去作用。為此專門設(shè)立一個信號電源監(jiān)視回路，用來監(jiān)視信號電源是否正常。動作過程如圖4所示。

圖4信號電源監(jiān)視回路控制圖

當(dāng)信號回路失去電源時，其失電返回監(jiān)視繼電器KA，其常閉觸點閉合，使電鈴2HA響，亮白色指示燈HW（PW）。運(yùn)行人員應(yīng)首先按下按鈕SB3，音響信號解除，并通過SB3的自保持線圈進(jìn)行自鎖，但仍亮白燈，直至恢復(fù)信號電源后，KA起動，復(fù)歸監(jiān)視回路。

本實訓(xùn)平臺可以對學(xué)生進(jìn)行實訓(xùn)，學(xué)生通過控制臺的二次回路配線，對斷路器進(jìn)行分、合閘操作及信號回路的動作過程，能夠加深理解斷路器電氣控制回路和信號回路的工作原理，熟悉電氣設(shè)備的動

作過程，學(xué)會閱讀安裝接線圖并能按圖正確接線，掌握屏后軟線配線工藝要求，了解分析和排除故障的方法等。也可以進(jìn)行斷路器的拆、裝實訓(xùn)。

2.2與發(fā)電廠仿真實訓(xùn)中心共享技術(shù)

本實訓(xùn)平臺可以連接發(fā)電廠仿真實訓(xùn)中心，即將發(fā)電廠仿真實訓(xùn)中心操作箱的跳閘信號、合閘信號及公共線連接到圖2中的109、113和102，就可以組成完整的水電站系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)行下列實訓(xùn)：停機(jī)解列的操作、發(fā)電機(jī)手動和自動開機(jī)的并網(wǎng)、發(fā)電廠的倒閘操作、直流系統(tǒng)接地點的查找、直流系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)、蓄電池充放電、發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行及常規(guī)檢查、電氣設(shè)備故障判斷及分析、發(fā)電機(jī)和變壓器運(yùn)行電參數(shù)和非電量的測量、電氣二次回路接線及調(diào)試、電氣二次回路的故障排除、發(fā)電廠電氣設(shè)備主電路的接線及調(diào)試、微機(jī)監(jiān)控的操作、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、計算機(jī)監(jiān)控回路的故障排除、計算機(jī)監(jiān)控現(xiàn)地PLC的監(jiān)測與控制。

3結(jié)語

學(xué)生通過該實訓(xùn)平臺的實際操作訓(xùn)練，感受到了發(fā)電廠真實的工作環(huán)境、工作性質(zhì)、工作內(nèi)容和工作職責(zé)，樹立了安全操作基本理念，并初步掌握發(fā)電廠操作流程、一般故障的分析、判斷、排除能力，為今后從事發(fā)電廠電氣值班員、繼電維修、監(jiān)控操作及安裝與調(diào)試等工作打下扎實基礎(chǔ)。同時也培養(yǎng)了學(xué)生吃苦耐勞、認(rèn)真負(fù)責(zé)、敬業(yè)踏實、細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)和良好的團(tuán)隊協(xié)作精神以及溝通能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]IT GOVERNANCE INSTITUTE.Information Systems and Control Foundation[M].IT Governance Institute,2000.

[2]徐金壽,張仁貢.水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

[3]中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京:中國電力出版社,1997.

[4]林益江,盧麗珍,張仁貢.中小型水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的故障分析與處理[J].水電能源科學(xué),2009(5):187-189.

中圖分類號：TM133

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0018-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.007

收稿日期：2015-05-03

作者簡介：范滌（1965-），男，高級實驗師，主要研究方向：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)技能實訓(xùn)。