牵引变电所电压互感器监测和自动倒闸装置的研究

黄晓文 上海铁路局杭州供电段

当前铁道牵引变电所母线主备电压互感器自动倒闸经常出现不成功现象（见图1中3YH和5YH为C相互为主备，4YH和6YH为B相互为主备），严重危及牵引供电安全运行。

图1 牵引变电所一次原理图

比如：由于备用压互已发生故障却没有及时发现，而主压互再发生故障，就会引起压互母线失压故障，导致保护的动作。另外，现有压互自动倒闸的阀值电压低于低压过流保护电压值，所以如果互感器的高压熔断器出现熔断时，电压是从27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此时线路有大的负载取流，可能引起低压过流保护动作，造成全所停电故障。

图2 现有母线B相电压互感器二次接线图

牵引变电所现有的电压互感器自动倒闸装置的功能原理如图2所示。以下只讨论B相，C相类似。1-3YJ和4YJ为倒闸动作线圈，线圈的动作电压只能设置一个阀值点，如16.7kV（对应的母线电压换算值）。如果4YH的母线电压大于16.7kV，则1-3YJ线圈得电，压互母线YMB的电压由4YH提供；如果小于16.7kV，则1-3YJ线圈失电，压互母线YMB的电压由6YH提供，即倒闸动作只有一个阀值点。而且变电所遥测监视只能监视到YMB和YMC的电压，而没有监视到备用压互的电压。当备压互（如6YH）高压熔断器等故障发生时，没有任何报警信息输出，无法及时处理。如果以后主压互（如4YH）又由于高压熔断器等故障发生时，现有的倒闸装置会自动投到备压互（如6YH），而备压互（如6YH）已经发生故障，因此导致压互母线YMB失压而导致保护动作，引起全所停电。另一种情况，如果当前使用4YH，而4YH的高压熔器出现熔断时，电压是从27.5kV慢慢下降，待下降到互投前，如果此时线路有大的负载取流，可能引起低压过流保护动作，造成全所停电故障。

1 课题目标

研制出一套智能化的装置，对现有变电所不改变原有压互二次回路原理上进行补充完善，它应具有下述功能：

(1)能够实时监控牵引变电所内全部四个电压互感器的电压，解决备用压互没有实时监视的问题。

(2)当任何一个压互电压低于设定值（如19kV），在当地立刻发出声光报警，提示值班员进行故障确认；同时自动通知供电段调度后台，做到故障提前预警，避免错误的保护判断发生。

(3)当主用压互电压下降到低压过流保护整定值之前，判断如果备用压互电压是正确的，则保护母压自动切换到备用压互，提前对故障压互采取切换。

(4)装置提供对站地址、报警设定值和互投设定值改写的界面，提供故障处理的界面。

(5)装置具有对任何参数设定、压互互投事件记录功能。

(6)装置具有自检功能，通信具有自愈功能。

(7)纳入远动系统，调度后台能够实时监视全部四个压互的电压值、保护母压使用哪一个压互，以及报警设定值、互投设定值和事件记录报表。

2 研制方案

该研制的压互监测和自动互投装置，采用微机保护的SCADA方式，对变电所内27.5kV母线电压的四个压互实时监测，并可以设置两个动作阀值电压，在发生低压过流保护之前就提前互投，主备压互一旦发生故障立即报警；同时通过GPRS网络实时通知调度，或者通过RS485、CAN或以太网网连接到变电所综自网络或其它间隔层网络中（预留）。

3 技术特点

(1)本装置是对原有牵引变电所的完善和补充，它的使用不改变原有变电所压互二次回路的功能，维护或更换本设备不对原有设备造成影响。

(2)本装置采用12位AD，利用DSP技术和交流采样算法对压互电压进行计算和互投算法的实现。

(3)采用 TI的 TMS320F2812（32 位 DSP）芯片，和 TI的DSP/BIOS嵌入式实时操作系统，实现多任务模块化编程。

(4)装置采用母板/板卡式结构，结构灵活，便于扩展。

(5)采用GPRS和短消息两种无线通信方式。

4 技术创新点

(1)智能化：完善的自检电路，配合自检程序在上电和运行中实现自检；双冗余设备，故障时自动切换并发送故障报告。

(2)合理的任务管理机制：采用嵌入式实时操作系统，增强多任务的协调能力。

(3)多种协议多种物理接口选择：提供GPRS和短消息两种协议可以选择来实现无线数据通信；另外在当地提供不同接口（RS485/422接口、CAN接口、以太网口）选择。

(4)功能模块化，为用户根据现场设备的变更随时修改互投参数功能。

5 结论

通常的智能化系统一般采用两种：电力载波和有线网络通信方式。电力载波易受无线电信号、电磁信号、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码的情况。网络通信方式则需要敷设通信电缆，对于远程监控改造项目，存在零散的分布点很多而每个点设备不多的现状，采用这种方式投资过大。本项目采用基于无线分组业务(General Packet Radio Service，GPRS)的数据传输通道，不仅可以准确的传输数据，而且避免了复杂的综合布线工程。

本系统将牵引变电所现有的电压互感器和倒闸装置进行了智能化改造。采用先进的计算机技术、通信技术、信息集成技术，实时监控设备的运行状态，在线式的掌握主备电压互感器的运行情况，提供远程数据传输，低压过流保护闭锁、解锁功能，实时采样监视电压和电流的有效值，通过结合并优化保护算法，实现主备压互的切换互投。改变了原有设备无法实时监视并且在切换时无法预知另外设备状态的弊端，并可以通过设定相关的值，对可能出现的故障进行监控和实时报警。

该系统的实现，可广泛用于电力调度自动化系统、集控站自动化系统、水电调度自动化系统、铁路监控自动化系统中。作为新一代的电压监测和自动互换装置，系统支持GPRS和GSM短信功能，可以在GPRS网络出现故障时，自动将报警信息以短信的形式发送给相关人员。系统使用灵活，智能化程度高。