杜南希， 何 聰

(國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電分公司，重慶 401147)

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求不斷攀升。“十四五”電力規(guī)劃強(qiáng)調(diào)著重提升電力保障能力，對(duì)電網(wǎng)供電的安全性與可靠性提出更高要求，定期對(duì)電力設(shè)備開展檢修是降低電網(wǎng)事故發(fā)生概率的重要手段。設(shè)備檢修時(shí)，接地刀閘的投入能夠?qū)€路進(jìn)行充分放電，是保障檢修人員生命安全的可靠措施。但若在線路帶電時(shí)誤合接地刀閘會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，危及人身安全，同時(shí)也會(huì)引發(fā)大面積停電事故[1]。為防止誤操作事故，接地刀閘等高壓電氣設(shè)備都應(yīng)安裝完善的防誤閉鎖裝置。

戶外常規(guī)接地刀閘通過五防系統(tǒng)的五防主機(jī)、五防機(jī)械鎖及五防電腦鑰匙實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，由使用者開票下載到五防電腦鑰匙中打開對(duì)應(yīng)設(shè)備的五防機(jī)械鎖[2]。機(jī)械閉鎖功能的投入和退出主要依賴人為主觀控制，若出現(xiàn)邏輯失效或者誤開，容易導(dǎo)致帶電誤合接地刀閘。而GIS設(shè)備中接地刀閘在其電機(jī)控制回路中串入輔助節(jié)點(diǎn)，加入電氣閉鎖功能[3]，“電氣+機(jī)械”兩種閉鎖邏輯極大提高了防誤閉鎖可靠性。

基于上述分析，戶外常規(guī)接地刀閘防誤閉鎖裝置需增加電氣閉鎖功能，進(jìn)一步提高防誤閉鎖可靠性。本文利用電場(chǎng)耦合原理，設(shè)計(jì)、研制一種戶外常規(guī)接地刀閘防誤閉鎖限位裝置，實(shí)時(shí)采集設(shè)備電氣量進(jìn)行判斷，在線路帶電時(shí)限制接地刀閘旋轉(zhuǎn)連桿動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地刀閘的電氣閉鎖。

1 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 整體設(shè)計(jì)思路

依據(jù)需求，非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置設(shè)計(jì)由非接觸式電壓傳感器、閉鎖限位裝置、閉鎖限位附件三部分組成，其中閉鎖限位裝置包含信號(hào)處理單元、動(dòng)力單元、閉鎖限位單元，結(jié)構(gòu)如圖1所示，閉鎖限位附件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 非接觸式電壓傳感器、閉鎖限位裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 閉鎖限位附件結(jié)構(gòu)圖

非接觸式電壓傳感器采集到線路電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)傳輸至閉鎖限位裝置的信號(hào)處理單元，分析處理后輸出控制信號(hào)至動(dòng)力單元，控制閉鎖限位單元?jiǎng)幼?，?shí)現(xiàn)線路帶電時(shí)對(duì)接地刀閘的電氣閉鎖。整體工作流程如圖3所示。

圖3 非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置工作流程圖

1.2 非接觸式電壓傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在架空線附近安裝金屬傳感器，其等效電路如圖4所示。依據(jù)電場(chǎng)耦合原理，利用式(1)的等效換算可得金屬傳感器感應(yīng)電壓值Ve，由此可實(shí)現(xiàn)架空線電壓信號(hào)的非接觸式采集。

圖4 金屬傳感器等效電路圖

(1)

式中：Vi為架空線對(duì)地電壓；Cm為架空線與金屬傳感器間耦合電容；Cs為金屬傳感器對(duì)地電容；Rm為接地電阻[4]。

金屬傳感器通過伸縮可調(diào)式支架安裝固定，如圖5所示。按照上述設(shè)計(jì)思路制作非接觸式電壓傳感器，如圖6所示。

圖5 非接觸式電壓傳感器設(shè)計(jì)圖

圖6 非接觸式電壓傳感器實(shí)物圖

1.3 閉鎖限位裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

信號(hào)處理單元：信號(hào)處理單元設(shè)計(jì)由處理電路、控制電路集成，將輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過放大、濾波、檢波、比較判斷后，一路信號(hào)輸出帶電顯示，另一路信號(hào)輸出穩(wěn)定控制電壓，控制動(dòng)力單元?jiǎng)幼鱗5]。將以上功能集成至STM32處理板，總體流程框圖如圖7所示，STM32處理板設(shè)計(jì)電路如圖8所示。按照上述設(shè)計(jì)思路制作信號(hào)處理單元，即STM32處理板，如圖9所示。

圖7 信號(hào)處理單元總體流程框圖

圖8 STM32處理板設(shè)計(jì)電路圖

圖9 STM32處理板實(shí)物圖

動(dòng)力單元：動(dòng)力單元設(shè)計(jì)由直流型電動(dòng)推桿和直流電機(jī)構(gòu)成，直流電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，平穩(wěn)推動(dòng)推桿伸出、縮回，結(jié)構(gòu)如圖10所示。按照上述設(shè)計(jì)思路制作動(dòng)力單元，如圖11所示。

圖10 動(dòng)力單元結(jié)構(gòu)圖

圖11 動(dòng)力單元實(shí)物圖

閉鎖限位單元：閉鎖限位單元設(shè)計(jì)由限位連桿和圓形鎖舌構(gòu)成，限位連桿推動(dòng)圓形鎖舌水平運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖12所示。按照上述設(shè)計(jì)思路制作閉鎖限位單元，如圖13所示。

1.4 閉鎖限位附件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

綜合考慮各類接地刀閘旋轉(zhuǎn)連桿的尺寸和可調(diào)節(jié)性，設(shè)計(jì)抱箍式閉鎖限位附件配合實(shí)現(xiàn)限位閉鎖，結(jié)構(gòu)如圖2所示。按照上述設(shè)計(jì)思路制作閉鎖限位附件，如圖14所示。

圖12 閉鎖限位單元結(jié)構(gòu)圖

圖13 閉鎖限位單元實(shí)物圖

圖14 閉鎖限位附件實(shí)物圖

1.5 整體組裝

將非接觸式電壓傳感器、閉鎖限位裝置按整體設(shè)計(jì)思路連接，整體組裝如圖15所示。

圖15 整體組裝實(shí)物圖

2 測(cè)試及應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

在高壓實(shí)驗(yàn)室分別模擬220 kV及110 kV電壓信號(hào)，依次將A、B、C三相傳感器安裝在采集范圍的安全距離內(nèi)，裝置通電后，分別測(cè)試非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置動(dòng)作情況，裝置測(cè)試連接如圖16所示，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖16 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試連接圖

表1 非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置實(shí)驗(yàn)室測(cè)試動(dòng)作情況

上述結(jié)果表明，裝置接收到帶電信號(hào)時(shí)，圓形鎖舌伸出，而在未接收到帶電信號(hào)時(shí)，圓形鎖舌縮回，裝置均正確動(dòng)作。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置應(yīng)用在220 kV巴山變電站220 kV巴九東線、巴九西線、梨巴一線及110 kV巴高南線、巴高北線、巴小北線。非接觸式電壓傳感器裝設(shè)如圖17所示，在對(duì)應(yīng)線路側(cè)接地刀閘上裝設(shè)閉鎖限位裝置及閉鎖限位附件，如圖18所示。

圖17 非接觸式電壓傳感器裝設(shè)示意圖

圖18 閉鎖限位裝置及閉鎖限位附件裝設(shè)示意圖

按照以下方法依次檢查非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置動(dòng)作情況：將裝置電源接入開關(guān)場(chǎng)檢修電源箱；線路停電時(shí)，將A、B、C三相電壓傳感器移至相鄰帶電線路安全距離下，檢查裝置動(dòng)作情況；將A、B、C三相電壓傳感器移至已停電線路，檢查裝置動(dòng)作情況，檢查結(jié)果如表2所示。

表2 非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用動(dòng)作情況

應(yīng)用結(jié)果表明，非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置在線路帶電、不帶電時(shí)均能正確動(dòng)作，能可靠限制接地刀閘旋轉(zhuǎn)連桿動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地刀閘的電氣閉鎖。

3 結(jié)論

戶外常規(guī)接地刀閘與刀閘(隔離開關(guān))間僅存在五防閉鎖，若出現(xiàn)五防邏輯失效或誤開，則存在帶電合接地刀閘風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此情況，本文設(shè)計(jì)、制作了一種適合戶外常規(guī)接地刀閘的非接觸式電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的防誤裝置，并將裝置應(yīng)用在220 kV、110 kV電壓等級(jí)的接地刀閘，均滿足其閉鎖要求，能進(jìn)一步降低帶電誤合接地刀閘事故發(fā)生的可能性，對(duì)于保障人身、電網(wǎng)安全有重大意義。