电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置的设计与研究

县国成吴兆彬赵志海

摘要：电动隔离刀闸作为输变电中重要的一次设备，其在工作状态下电机控制回路出现故障时对其进行停电检修和试验的难度较大，针对此问题，本项目设计出一种电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置，本文介绍此装置的设计要求和技术难点，分析本项目试验所用的电动隔离刀闸的几种测试方法，重点介绍其硬件框架与功能设计，以及此设计的技术关键和技术重点。

关键词：电动隔离刀闸；二次回路测试；设计

1引言

电动隔离刀闸是输变电中使用最多的一次设备之一，110kV及以上电压等级中，电动隔离刀闸与断路器数量之比约为3：1，电动隔离刀闸操作频繁，其运行可靠性对电力系统的可靠性有很大影响。据统计，所有恶性误操作事故中，电动隔离刀闸的操作事故数接近事故总数的1/4。而且由于电动隔离刀闸的数量庞大，所以其事故数量也非常大，但是目前针对电动隔离刀闸的测试装置并不多见。如果要对它进行检修，就需要母线停电、开关间隔也停电，实现试验的难度非常大。所以母线隔离刀闸的电动操作机构出现故障时，很多时候无法停电检修。这就给电网运行带来了很大的隐患。本项目的研究为电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置，主要针对电动隔离刀闸二次回路的测试进行。它可以在主刀带电的情况下对电动隔离刀闸二次回路进行测试试验；它可以检测电机控制回路是否工作正常、分析出哪一个元器件出了故障、检测电机正转、反转回路是否工作正常。

2电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置的设计要求

电动隔离刀闸的二次回路主要由三部分组成：电机主回路、电机控制回路和辅助回路。电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置主要应用在如下场景：在新建变电站，隔离刀闸安装完毕后，使用该装置进行测试试验，检查控制回路功能是否正常，安装是否到位；在老变电站，隔离刀闸出现控制回路元器件烧坏的情况下，使用该装置进行试验，可以准确的找到哪一个元器件出现了故障；在隔离刀闸更换完元器件后，无法知道是否把故障处理完毕时，可以使用该装置进行试验，检验故障是否消除。项目最核心的设计要求是：在电动隔离刀闸工作状态下，对电机控制回路进行检修维护，测试回路是否正常，发生故障的位置，验证电机主回路电机正、反转回路是否正常。在整个测试过程中隔离刀闸分合闸机构不能动作。这也是此装置最大的设计难点。根据电动隔离刀闸的实际情况，隔离刀闸停电非常困难。例如母线隔离刀闸，它既属于开关间隔内设备也与母线相连，如果想要检修这个隔离开关，就需要母线停电、开关间隔停电。所以，电动隔离刀闸控制回路在出现故障的情况下，要检修隔离开关非常难，在很多情况下，只能带病运行。

现阶段，在新建变电站，电动隔离刀闸控制回路功能的检验一般要等到全部接完二次线时，才能进行试验，方法是隔离刀闸的主刀手摇至中间位置，然后进行遥控试验。这种检验方法分时费力，一不小心造成电机烧毁。在已运行变电站，电动隔离刀闸控制回路一般不能试验，如完整试验，就需要母线停电。电动隔离刀闸控制回路出现故障后，对一些可处理的故障，进行相应的元器件更换，但是更换后是无法进行功能验证的；一些不能处理的故障，电动隔离刀闸就只能带病运行。电动隔离刀闸是电力系统中数量非常庞大的设备，二次回路出故障的事件也非常多。所以提出设计一种电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置，来解决电动隔离刀闸现场的试验难题。

3电动隔离刀闸测试方法研究

3.1二次回路检测方法的研究

电动隔离刀闸工况下的二次回路检测要求检测时电机不能转动，这是整个项目的核心。根据项目概述中的叙述，电动隔离刀闸二次回路分为三种不同类型的回路，针对前两种不同回路类型电机控制回路和电机主回路，项目组设计了不同的检测方法。一是电机控制回路的检测：采用高频弱电信号激励和接收检测来完成，主要检测其通断状态是否正常。二是电机回路的检测：电机回路有其特殊性。在电机正常的情况下，电机三相对外表现的特征是一致的，且直流阻抗很低。在电机不动作的情况下想检查出某根线连接到电机哪一相上时很困难的。为此，项目组除了采用高频弱电信号作激励外，还采用了六线制验证法来检测电机回路的连线情况。

六线制验证法的基本原理为：在电机电源输入端~A，~B，~C注入弱电的高频振荡信号，在电机的U、V、W端同时接收高频振荡信号，根据发送和接收信号的对应关系，可以将电机端的U、V、W和电源端的~A、~B、~C的对应连接关系分辨出来。

二次回路的检测均采用了弱电的高频振荡信号激励，这样做的好处有：激励能量远低于驱动电机运动所需的能量，因此不会使电机转动；检测时尽量避免使用强电对检测人员造成的意外伤害。

3.2端子排信号的引出研究

电动隔离刀闸的操控箱中线头较多，如果采用拆线检测，检测完成后布线的方式，很难避免拆线前和布线后出现不一致的情况，造成此次检测结果无效；另外，采取这种方式比较费时费力。项目组设计了端子排信号引出单元，其功能是通过卡在隔离刀闸操控箱端子排上的弹簧探针将端子排上的信号引出，避免测试时因拆接线引起的测试结果错误。为避免端子排上连接线对测试装置的干扰，引出线与主机接口均采用了光电隔离电路。

3.3多路电源输出的研究

在使用该装置进行检测时，有时需要装置本身输出电机控制回路的电源。根据前期调查结果，电动隔离刀闸电机控制回路的电源有直流110V、直流220V、交流220V、交流380V四种。以此为依据，项目组设计了从锂电池输出逆变到四路电源的电路，并通过继电器进行切换输出，以满足多种电动隔离刀闸二次回路测试的需求。

4测试装置的硬件框架与功能设计

4.1主机界面设计

在界面设计上，本着实际性、方便易用性的角度出发，设计三个界面：一是开始界面用于选择隔离刀闸电机控制回路的电源电压，在之后的电机回路测试中，被选择的电压将从C+、C-接线端子输出，配合电机回路的测试完成。二是控制回路测试界面用于电机控制回路的测试，有“遥控分闸控制回路”、“遥控合闸控制回路”、“近地分闸控制回路”、“近地合闸控制回路”四个整体回路测试选项和“分闸断点手动查找”、“合闸断点手动查找”两个故障定位选项。三是电机回路测试界面分为合闸检测和分闸检侧两个部分，分别对应检测电机正转回路和电机反转回路的接线情况。

4.2电路设计

电路设计主要由锂电池及电源板、输入输出板、主控板三块电路板及与其电气相连的主机面板组成，其电路整体设计框图如图4.1所示。锂电池及电源板除了提供测试装置内部所需要的电源外，还负责将测试装置内电池的输出逆变成控制回路所需要的电压，有四个电压可以选择，分别为直流110V、直流220V、交流220V，交流380V，以适应大多数的控制回路需求。主控板控制整体程序运行并与触摸屏进行通讯，接收触摸屏指令将测试结果发送给触摸屏显示。

图4.1电路整体设计框图

5测试装置的技术重点

5.1测试装置的技术关键

正常情况下，电机内部三相对称，且直流阻抗很低。外接线即使相序接错，在电机不动作的情况下很难检测出来。

图5.1六线制测量原理

六线制验证法的基本原理为：在电机驱动电源输入端U，V，W注入弱电的高频振荡信号，在电机的Su、Sv、Sw端接收高频振荡信号，主控单元对发送和接收信号进行调频鉴相处理分析，根据它们的对应关系，可以将电机端的U、V、W和电源端的Su、Sv、Sw的对应连接关系分辨出来；同时还可以检查出Su、Sv、Sw到电机的连线状态。由于采用的是弱电的高频信号，能量远低于驱动电机运动的能量，因此不会使电机转动。这样就解决了在隔离刀闸不停电的情况下对其二次回路的电机回路进行检测工作。

5.2技术重点

一是可以在主刀带电情况下对隔离刀闸二次回路进行检测。由于采用了高频弱电信号，其能量远小于电动隔离刀闸电机驱动所需的能量，因此在整个检测过程中，电机不动作；二是可以直接检测出电机正、反回路与电机电源进线的对应关系。由于采用了六线制验证方法，在保持电机接线且不需电机动作的情况下检测出电机相线和电机电源相线的对应关系；三是可以在不拆线和重新布线的情况下进行检测。项目组设计了端子排信号引出单元，其技术特征是借用了用于电路板检测探针的设计，使其能够可靠将所需要引出的信号引至装置面板上。

6结语

针对电动隔离刀闸在运行状态下进行停电检修难度较大的问题，本项目设计出一种电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置，提出了采用振荡检测法来及六线制验证法实现验证电机正转、反转回路的功能；大大简化了电动隔离刀闸二次回路检测的过程；基于光电隔离保护设计的电动隔离刀闸端子排测试装置的设计；提出了高频振荡弱电信号来快速检测电机控制回路。此装置可以在主刀带电情况下对隔离刀闸二次回路进行检测，可以直接检测出电机正、反回路与电机电源进线的对应关系，而且可以在不拆线和重新布线的情况下进行检测，提高了隔离刀闸的安全性；缩短了隔离刀闸的停电时间，保障了电力系统的稳定运行，减少了因隔离刀闸带来了电网安全风险。

参考文献：

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