自動合閘裝置在氣象觀測無人值守中的應用

羅 武

(羅城仫佬族自治縣氣象局，廣西羅城 546400)

自2017年7月以來，地面氣象觀測無人值守業務改革在廣西所有國家級地面氣象觀測站全面鋪開，重點解決地面觀測業務系統運行需要依賴基層臺站人員值守問題，減輕基層臺站人員觀測業務勞動強度，使臺站綜合氣象業務運行更加協調，觀測數據分析應用、氣象預報和服務水平不斷提升。地面氣象觀測無人值守業務改革后，對供電提出更高的要求。如何做好自動氣象站供電保障工作，前人也做了很多探索[1-4]。羅城仫佬族自治縣氣象局新站(下簡稱新站)位于縣城郊區，距離羅城仫佬族自治縣氣象局舊站約3.7 km，是廣西現有25個局站分離的臺站之一。雖然新站安裝了專用變壓器，為地面氣象觀測業務提供穩定可靠的供電保障，但遇到停電時，變壓器內部的保護電路自動跳閘，來電時無法自動合閘，需要人工合閘，才能恢復供電，給觀測業務帶來很大不便。

1 供電現狀

新站安裝了80 kW的箱式變壓器，內部裝有智能型斷路器ZMW45-2000。此斷路器具有過載、欠壓、短路、缺相和停電掉閘等保護功能。為了提高地面氣象觀測無人值守業務供電可靠性，除了配置UPS不間斷電源外，還安裝了全自動發電機。當市電停電時，供電線路自動轉換到發電機發電。由于新站地處縣城郊區，供電線路接入農村電網，供電不夠穩定，經常停電。到雷雨季節，受雷電、大風和暴雨等極端天氣影響，因電網故障停電更加頻繁。停電時，斷路器ZMW45-2000失壓線圈失去電壓，斷路器分閘。重新來電后又不能自動恢復供電，必須打開箱式變壓器的低壓室，人工按下“合閘”按鈕，才能正常供電，給工作帶來很大不便。由于來電時間不確定，特別是晚上停電又來電后，站內值班人員又不能及時發現，造成發電機整夜發電。發電機長時間運行，不僅浪費大量燃油，而且增加發電機磨損和故障率，為此需要對斷路器電氣線路進行改進，以達到在停電跳閘后，來電后時能自動合閘，恢復供電。而在過載、欠壓、短路、缺相保護動作時不啟動合閘電路，從而實現無人值守時配電房停電后能及時恢復供電。為解決此問題，參考相關資料設計了一款來電自動合閘裝置。其原理見圖1。

2 來電自動合閘裝置工作原理

當線路來電時，斷路器ZMW45-2000上口(接任意一相)供電電壓220 V加到變壓器，輸出約10 V交流電，經D1—D4整流、C1濾波后輸出約14 V直流電壓，繼電器J1得到工作電壓吸合，K1常閉觸點打開，常開觸點閉合，C2、C3通過R1充電，C4通過R2充電。由于C2和C3并聯，總容量大于C4，C4上的電壓上升較快。當C4上的電壓上升到3.5 V時，Q2先導通，繼電器J2常開觸點K2吸合，“合閘”按鈕常開觸點“合閘1”、“合閘2”閉合，模擬人工按下斷路器“合閘”按鈕，為線路送電。當C2、C3電壓上升到3.5 V時，Q1導通，C4通過Q1放電，Q2截止，繼電器J2斷電，K2常開觸點打開，整個合閘過程結束。當停電時，繼電器J1失去工作電壓，常閉觸點閉合，C2、C3上儲存的電能通過K1常閉觸點快速泄放，為下一次來電、合閘做好準備，避免了短時間停電后又來電，無法合閘現象。

圖1 來電自動合閘裝置

3 制作與調試

元件選擇: J1、J2為工作電壓12 V的小型繼電器，變壓器用5 W左右的小型變壓器。其余元件圖中已標出，Q1、Q2為N溝場效應管，Q1、Q2的工作電壓、電流都比較低，參數沒有什么特別要求，可以利用廢舊電腦主板上的電源調整管代替。電路安裝無誤即可正常工作，調試點只有R1、R2、C2、C3和C4。調整R2和C4使延時為10～15 min，調整R1和C3使合閘工作結束后再延長1 min左右。延遲時間設定為10～15 min，主要是考慮高壓線路的跌落式開關需要通過人工合閘，人工合閘時三相電源不同時來電，造成短時間缺相，此時斷路器處于缺相保護狀態，無法合閘。如果設定延遲時間過短，當三相電源正常時，合閘電路已停止工作，而斷路器仍處于掉閘狀態，無法正常供電。如果三相電源不同時來電超過15 min，可以通過人工合閘方式，恢復供電。整個電路安裝在一個小塑料盒內，工作電源取自斷路器上口，“合閘1”、“合閘2”兩根線接在“合閘”按鈕上。通電后，可以聽到繼電器J1吸合聲，延時一段時間后，繼電器J2吸合，斷路器合閘，線路送電。觀察指示燈D6延時10 min后亮起來，一會兒后熄滅，調試結束。

4 小結與討論

(1)斷路器ZMW45-2000在停電檢修時，一定要把SW1開關拉開，以保安全。

(2)來電自動合閘裝置只是在來電時，通過模擬人工合閘的方式，恢復供電，不影響斷路器的其他保護功能。此裝置使用至今已一年多，一直正常工作。不論電網是何種原因停電，再來電時都能自動合閘，恢復供電。值班員不用再等待合閘，減輕了工作壓力。

(3)來電自動合閘裝置投入業務使用,不僅解決了基層氣象臺站的停電后需要人工合閘的難題,而且提高了供電系統的安全性和穩定性,為地面氣象觀測無人值守業務、預報、預警服務提供了穩定的供電保障。