基于電壓檢測的刀閘控制回路監測方法及裝置

吳洪波，董明楓，邊育棟，張志康

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

刀閘遙控故障是倒閘操作中遇到的最多也是最常見的故障[1]。刀閘遙控故障分機械故障和控制回路故障，控制回路故障約占半數[2]。不同于斷路器具備完善的斷路器控制回路斷線監視回路，目前很多刀閘控制回路沒有監視回路。由于刀閘機構箱大多在戶外高壓場地，刀閘控制回路較為復雜，精確定位故障點難度大，要求消缺人員有較高的專業技術水平[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，對消缺人員技術要求較高，不具備普適性。

針對上述情況，提出基于可編程式刀閘控制回路的實時監測方法，依次采集控制回路各節點電壓，通過對個采集電壓點的實測值與標準電氣值進行對比，得出各采集點電壓的狀態值，并綜合各采集點狀態值快速判斷刀閘控制回路狀態、故障位置。

1 刀閘控制回路介紹

1.1 刀閘控制回路

刀閘控制回路主要包括控制電源、內部閉鎖元件、外部閉鎖回路3 個部分（圖1）。

圖1 刀閘控制回路

1.2 刀閘控制回路狀態分類

根據回路各部分投入情況，將回路狀態分為4 種：

（1）運行狀態：指在控制電源正常、內部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件未滿足的狀態。

（2）預操作狀態：指在控制電源正常、內部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態。此狀態下，遠控接點一經閉合即可使分/合閘接觸器動作。

（3）操作狀態：指在控制電源正常、內部閉鎖元件正常、外部閉鎖條件滿足的狀態下，刀閘控制回路接收到遠方操作命令后進入該狀態，直至刀閘操作結束。

（4）故障狀態：指在控制電源異?；騼炔块]鎖元件異常的狀態。

2 刀閘控制回路分析方法

對刀閘控制回路分析采用以下方法：

（1）標準化定義：對刀閘控制回路進行分類、歸納，將刀閘控制回路進行標準化定義，包括刀閘控制回路組成及分類、狀態分類、監視點定義及分類等。

（2）電壓分類采集：按照標準化的定義，裝置采用在線監測方法，對監視點電壓進行分類采集，得到各監視點的電壓實測值。

（3）監視點電壓分析：通過對各監視點的實測值與標準電氣值進行對比分析，得出各監視點的狀態值。

（4）回路節點分析：通過綜合分析各監視點的狀態值，得出刀閘控制回路各節點狀態。

（5）內部信號定義及分析：定義內部信號，并通過綜合分析回路狀態情況，賦值各內部信號。

（6）信號輸出及存儲：定義輸出信號，并根據內部信號動作情況觸發信號輸出，從而實現刀閘控制回路實時監視。

3 刀閘控制回路監測裝置及實現

3.1 裝置采集模塊

3.1.1 刀閘控制回路監視點定義及分類

監視點定義：回路上采集電壓的節點，并可利用采集到的電壓進行分析以監視回路狀態。為清晰說明監視點所處位置，結合圖1 進行說明，包括5 類共14 個監視點。

（1）第1 類為電源監視接點，包括電機電源、操作電源。

（3）第3 類為內部閉鎖接點監視，包括分閘接觸器輔助接點、合閘接觸器輔助接點（KM1-1）、分位行程開關（SL1-1）、合位行程開關（SL2-1）、手動連鎖輔助接點（SL3-2）、電機保護繼電器輔助接點（GDH-2）、急停按鈕輔助接點（SB2-2），共7 個。

（4）第4 類為遠控命令監視點，包括遠控合接點（10）、遠控分接點（11）。

（5）第5 類為動作過程監視點，即分、合閘回路自保持接點，包括分閘接觸器輔助接點（KM2-14）、合閘接觸器輔助接點（KM1-14）。

3.1.2 電壓采集技術實施

采用小PT、在線監測的方式，每路監視點獨立采集。監視點按第4 類、第5 類、第1 類、第2 類、第3 類的順序依次接入采集模塊。

3.2 綜合分析流程（圖2）

圖2 綜合分析流程

3.2.1 監視點電壓分析

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，在控制回路投入運行的情況下，各監視點的測量電壓大?。▽ 端）應為AC 220 V（標準電氣值）。如控制回路某些節點出現斷線，其對應監視點測量電壓則會出現異常，一般異?，F象為每次測量電壓波動較大，大小在0～220 V。因此通過采集各監視點電壓的連續3 次采集電壓的大小，并與標準電氣值進行對比分析，可以判斷監視點狀態值。

3.2.2 節點狀態分析

定義包括遠方分閘命令、遠方合閘命令、分閘接觸器工作狀態、合閘接觸器工作狀態、電機電源狀態、控制電源狀態、外部閉鎖回路狀態、接觸器接點狀態斷路器行程開關狀態、手動連鎖狀態、電機保護狀態、急停按鈕狀態、內部閉鎖回路狀態等14 個節點。通過綜合分析監視點是否滿足判斷依據，可以得出刀閘控制回路各節點的狀態。

3.2.3 內部信號定義及分析

（1）定義及初步分析。定義包括電機電源故障、控制電源故障、外部閉鎖、內部閉鎖、分閘操作啟動、合閘操作啟動、接觸器故障、接觸器接點故障、斷路器行程開關故障、手動連鎖故障、電機保護繼電器故障、急停按鈕輔助故障、刀閘可控、控制回路斷線等共14 個內部信號。通過綜合分析各節點狀態，可以得到前面12 個信號的狀態值。而“刀閘可控”、“控制回路斷線”兩個信號需具體結合刀閘運行狀態做進一步判斷。

（2）進階分析。在進行初步信號賦值后，裝置根據各節點分析結果，對刀閘控制回路狀態進行判斷，并在不同狀態下進行內部信號進階分析，并進行信號輸出及存儲。

運行狀態、預操作狀態：①如電機電源狀態正常，則“刀閘可控”信號為動作態，否則為復歸態。②“控制回路斷線”為復歸態。

操作狀態：①如電機電源狀態正常，則“刀閘可控”信號為動作態，否則為復歸態。②“控制回路斷線”為復歸態。③如遠方分閘命令動作，則“分閘操作啟動”信號為動作態，“合閘操作啟動”信號為復歸態；如收到遠方合閘命令，則“合閘操作啟動”信號為動作態，“合閘操作啟動”信號為復歸態；以上信號狀態更新完成后，進行該狀態下的第一次信號輸出及存儲。完成信息輸出及存儲，延時1 s 后，對分、合閘接觸器輔助接點監視點進行3 輪電壓采集，并進行分析判斷，得出分閘接觸器工作狀態、合閘接觸器工作狀態。最后通過分閘繼電器或合閘繼電器是否仍處于動作狀態，分析繼電器自保持情況是否正常，對信號狀態進行以下更新；④如分閘接觸器與合閘接觸器動作均未動作，則“接觸器故障”信號為動作態；否則“接觸器故障”信號為復歸態。

以上信號狀態更新完成后，進行該狀態下的第二次信號輸出及存儲。

故障狀態：①“刀閘可控”信號為復歸態。②控制電源狀態異?；騼炔块]鎖回路狀態異常時，“控制回路斷線”為動作態，否則為復歸態。

3.3 信號輸出

定義6 個輸出信號，包括倒刀閘可控、操作啟動、電機/控制電源故障、閉鎖回路斷線、控制回路斷線、接觸器故障，并根據內部信號動作情況，對輸出信號賦值。輸出信號動作條件見表1。

表1 輸出信號動作條件

4 現場實施效果

2022 年9 月，將監測裝置安裝應用在1 座110 kV 變電站的2 個線路隔離開關上，并進行監視點故障模擬試驗20 次，該裝置均能監測出刀閘控制回路故障，并定位故障點為隔離開關故障。

5 結束語

根據二次回路故障定位原理、裝置模塊設計測試，以及現場實施效果。得出如下結論：

（1）設備正常運行狀態下，對刀閘控制回路進行監視，對控制回路斷線發出告警，提前發現問題。

（2）在刀閘操作過程中，利用監視節點數據，準確定位控制回路故障位置，提高故障查找效率。

（3）在刀閘操作過程中，實時監視刀閘控制回路的遠控接點是否有效動作，為刀閘遙控失敗排除外部原因，精準定位故障范圍，降低排查難度，提高故障查找效率。

（4）在刀閘操作過程中，監視刀閘動作過程，跟蹤分/合閘繼電器是否存在異?，F象，準確定位故障點。

（5）裝置在設備運行及操作狀態下，均能監視、判斷控制回路狀態，當故障消除時，能夠通過自檢功能判斷故障消除是否準確、完全，不需要通過操作驗證。

實際應用結果表明，采用該裝置能夠快速定位隔離開關二次回路的故障位置，為作業人員現場處理故障提供幫助，保障電網供電可靠性。