牵引变电所备自投试验仪的研制

靳来生

(郑州铁路局 郑州供电段,河南郑州450061)

电气化铁路牵引变电所承担着为电力机车不间断供电的重要任务,在铁路安全运输生产中处于非常重要的位置。因此,牵引变电所均要求具有双电源、双主变固定备用,且具备自动投切功能。由于备自投系统涉及到大量的开关及其他机电设备,其故障率较高,很有必要经常对其进行试验,以便保证自投装置处于良好的运行状态。目前,普遍采用中断运输,申请天窗停电试验的方法对自投功能进行试验。在繁忙干线进行该项试验对运输干扰较大,难以实施,因此自投装置经常处于失修状态。

几年来,郑州供电段共对6个牵引变电所的自投装置进行了(安排停电点的)自投装置试验,结果只有2个牵引变电所的自投装置运行正常,其他4个牵引变电所的自投装置均存在问题,说明了进行自投试验的重要性。

为此,有必要研制备自投试验仪,以便在不干扰正常运输秩序的情况下对牵引变电所自投功能进行试验,保证其处于良好的工作状态。

1 国内外现状及存在的问题

目前,在国内铁路牵引供电系统,尚没有专门的仪器用来对牵引变电所自投功能进行试验,普遍采用的方法是申请天窗停电试验。

国内电力系统关于备自投装置的试验测试仪,已有相关报道,主要是采用模拟断路器代替实际运行的开关来进行试验。这种试验方法只对自投装置进行了试验,对于自投回路其他设备,例如二次电缆、断路器及隔离开关辅助接点等无法进行试验,试验状态与设备真实运行状态差异太大,在牵引变电所进行这种方式的试验意义不大。且这种方法具有接线复杂,对试验人员素质要求高,并容易危及正常供电。

2 可行性分析及研制过程

2.1 可行性分析

当前,在铁路牵引变电所普遍采用综合自动化系统保护装置,电源和主变压器的备用自投功能由综合自动化系统实现,因生产厂家的不同,其自投功能的实现方式也各不相同。郑州供电段主要使用的综合自动化系统的备自投系统有下列几种:

(1)WBH-892C型主变测控装置

WBH-892C型主变测控装置的备自投装置采用两个独立的测控装置,通过10根自投联络线进行自投联络,共同完成牵引变电所主变自投和电源自投。两台测控装置各自控制本系统的开关动作,并向对侧装置发出自投联络信号,以及接收对侧发送的自投联络信号。

针对此种自投实现原理,研发的备自投试验的仪器可以采用仿真自投联络信号的办法进行自投试验。

(2)WBT-65A微机备自投装置

WBT-65A微机备自投装置采用独立的备自投装置实现,采集参与自投的所有的断路器和隔离开关的位置信号和主变故障信号,以及进线电压,根据预设自投方式,对相应的开关发出分合闸操作脉冲。

针对此种自投实现原理,研发的备自投试验的仪器可以采用仿真断路器和仿真隔离开关的方式进行自投试验。

(3)通过通信管理机实现的软件备自投

该综合自动化系统没有设置专用的备自投装置,而是靠通信管理机中的软件通过通信网络来实现,通常只要远动操作没有问题,备自投系统理论上应该不存在问题,因此,本次研发备自投试验仪不考虑此种原理的自投系统试验。

2.2 研制过程

针对不同自投装置,设计了两种工作原理。对于WBH-892C型自投装置,采取仿真自投联络信号的方式来进行试验。对于WBT-65备自投装置,采用仿真断路器及仿真隔离开关的方式来进行试验。

对于WBH-892C型自投装置仿真自投联络信号时,因为自投联络信号线少,现场接线简单,采用单片机输入回路直接与被测试装置的自投联络输出连接,单片机的输出回路直接接入被测试装置的自投联络输入,用单片机程序仿真另外一台主变测控装置,与被测试的装置组成自投系统,进行仿真试验,被测试的系统是真实系统,开关与断路器真实动作,自投试验完备彻底,可以发现自投回路中的所有缺陷与问题。

对于WBT-65备自投装置,因为要仿真多台断路器与多台隔离开关,现场接线复杂,若不采取特别的技术措施,进行仿真自投试验对于现场操作人员来说是很难完成的任务。针对这个问题,设计了在单片机与自投装置之间加装接线转接板的方法来解决(图1)。

试验时,将自投装置上的相关插拔式接线端子整体拔下来,插到转接板上,再将转接板上的接线端子插在自投装置上,使用整体插拔的方式简化了试验接线。同时,转接板还有试验时运行系统与被试系统隔离的作用,保证试验时运行系统不受影响,安全可靠供电。试验时,转接板首先切断自投装置与正在运行的系统之间的信号和分合闸回路,由仪器模拟的断路器及隔离开关代替,以便保证试验时的供电安全。然后由仪器模拟的断路器和隔离开关组成一个系统,和备用的真实系统组成仿真试验系统,对备自投功能进行试验,试验时,仪器组成的系统进行模拟分合,备用系统进行实际带开关真实分合。

3 自投试验仪组成

自投试验仪的组成(图2)。

(1)触摸屏:试验操作、开关分合记录查看、负责操作仪器、输入定值、显示事件记录、控制模拟开关的分合及状态显示、改变运行方式等。(2)端子排转换插件:为避免试验接线过多,将大量接线集中到该插件上,通过该插件集中连接,方便试验接线。(3)开关量输入板:将自投装置发出的开关分合命令通过光电隔离转换后输入中央处理单元。(4)开关量输出板:将中央处理单元输出的自投装置在需要的开关位置信号经过继电器输出。(5)CPU中央处理单元:对整个自投试验进行控制,模拟自投试验所需逻辑,管理整定值及试验报告等数据。(6)电源:仪器供电部分。仪器外观见图3。

图1 接线转接板

图2 仪器的组成

图3 仪器外观示意图

4 仪器试验方法及过程

采用了两种试验方法,一是实现仿真自投联络信号的办法进行自投试验。试验时,由仪器仿真正在运行的系统,与备用系统进行自投联络,组成混合仿真系统,备用系统带开关完成自投动作。然后,再将备用系统与运行系统互换(切换电源和主变压器),再次进行试验,即可完成整个牵引变电所自投功能的试验工作。二是实现仿真断路器和仿真隔离开关的方式进行试验。试验时,本仪器首先切断自投装置与正在运行的系统之间的信号和分合闸回路,由仪器模拟的断路器及隔离开关代替,以便保证试验时的供电安全。然后由仪器模拟的断路器和隔离开关组成一个系统,和备用的真实系统组成混合仿真试验系统,对备自投功能进行试验,试验时,仪器组成的系统进行模拟分合,备用系统进行实际带开关真实分合。试验完成后,再将备用系统与运行系统倒切,再次进行试验,即可完成整个牵引变电所自投功能的试验工作。

下面以一个典型的牵引变电所主接线为例,来详细说明自投试验过程(图4)。

必须采取的安全措施步骤:

(1)通过倒闸作业,使变电所处于1#电源带1#主变压器运行状态。

(2)为了保证使自投试验过程中两路电源不经过隔离开关沟通,拉开跨条手动隔离开关1002并加锁。

(3)为了使自投试验时不对主变压器多次合闸冲击,拉开1022隔开,拉出202a、202b断路器小车。

(4)为了保证试验过程中运行系统的运行安全,对于WBH892型自投装置,撤除1#主变压器测控盘进线自投和主变压器自投;对于WBT-65型自投装置,撤除1#主变压器测控盘上的自投分合闸连片,并将1#电源进线隔离开关的电机电源断开。

(5)对于WBH892型自投装置,将自投试验仪仿真的自投联络信号接线与2#主变压器测控盘上对应回路进线连接,对于WBT-65型自投装置,将自投试验仪的转接板与WBT-65型自投装置进线连接,然后按图5进行自投试验。

图5 2#电源及2#主变压器自投试验流程图

(6)至此,对与2#电源及2#主变压器的自投试验进行完毕,并且完成了5种自投方式的自投试验。在试验过程中,为了使开关处于需要的运行方式,有一种自投方式进了两次试验。

(7)恢复变电所的正常运行状态后,再次通过倒闸作业,使变电所处于2#电源带2#主变压器运行状态。

(8)比照(2)、(5),采取相应的安全措施,并按图6进行自投试验。

图6 1#电源及1#主变压器自投试验流程图

(9)至此,对1#电源与1#主变压器的自投回路试验完毕,并且所有自投方式均至少进行了一次试验,恢复所有安全措施,变电所恢复正常运行状态,自投试验完毕。

试验过程中的电源失压均由仪器模拟发出,仪器模拟的主变压器故障由仪器发出,备用主变压器故障由短接备用主变瓦斯继电器发出,试验过程完全模拟真实运行状态。

由以上试验过程可以看出,试验时,运行系统的自投功能撤除,且运行系统与备用系统之间的手动隔离开关均处于断开位置,有效的隔离了运行系统与试验系统,因此,采用该方法进行自投试验,可以保证试验时不影响正在运行系统的正常供电。

5 仪器特点

(1)仪器采用有针对性的仿真技术,在自投试验时具备仿真牵引变电所一个主变压器系统的能力。(2)具有试验接线转接器,试验接线简单,且隔离正在运行系统试验安全性高。(3)被测试系统带开关真实动作,完全仿真运行状态,能够发现自投系统中所有影响自投成功的设备缺陷。(4)仪器采用转接板的方式进行试验接线,具有现场接线简单,隔离运行设备,排除了因人员在试验中误操作而发生中断供电的危险。(5)信息量大,对试验过程中的每一部操作和动作均有详细记录,方便在自投不成功时进行原因分析和故障查找。(6)交直流90—260 V宽电源范围,方便使用。(7)低廉的生产成本。

6 试验仪使用情况

按照标准要求,新投产的备自投装置以及备自投装置的定期检验,必须经带开关传动试验合格,以确保装置的可靠性和外部回路的正确性。从而确保在工作电源或设备因故障等原因断开以后,装置能够正确动作,保证供电。

研制的两台备自投试验仪于2009—12分别交由郑州、新乡两个变电车间运用。运用半年来未发生任何故障,多次对牵引变电所成功进行了自投功能试验。

新乡变电车间在2010年使用该仪器,分别对获嘉、焦作、汤阴、新乡、淇县5个采用WBH-892C型自投装置的牵引变电所和月山、晋城两个采用WBT-65型自投装置的牵引变电所进行了自投试验。在试验中发现月山牵引变电所自投装置交流采样板故障,自投不能进行,更换该板后自投成功。淇县变电所电动隔离开关动作不可靠,时有拒动发生,经检查为辅助接点不良,更换后正常。获嘉变电所自投板系统参数设置错误,导致交叉供电时自投不能正常完成,修改参数后自投成功。

郑州变电车间在2010年使用该仪器,分别对薛店、临颍WBH-892C型自投装置的牵引变电所和莆田、开封两个采用WBT-65型自投装置的牵引变电所进行了自投试验。

由于该仪器的使用,使长期未能进行的试验得以开展,排除了自投回路以前难以发现,难于处理的故障,保证了牵引变电所自投系统处于良好的工作状态,确保了牵引供电系统的供电可靠性。

仪器于2010—07通过郑州铁路局科研成果鉴定。

[1] 电力工业技术监督标准汇编.ISBN/55083782.机电保护监督[S].北京:中国电力出版社,2004.

[2] TA21牵引变电所安全监控及综合自动化系统使用说明书[R].成都交大许继电器有限公司,2004.

[3] WBT-65A.微机备自投装置说明书[R].国电南享自动化股份有限公司,2004.