小型水电站高压开关实训平台的构建

范涤

（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

小型水电站高压开关实训平台的构建

范涤

（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

摘要：依托浙江省示范建设实训基地“发电厂及电气自动化技术实训基地”的建设，与发电厂仿真实训中心一起进行总体构架，通过核心技术的研究，包括控制核心技术和发电厂仿真实训中心共享技术，构建了基于仿真网络控制的高压开关实训平台。该实训平台可以为《水电站计算机监控技术》、《发电厂及电力系统》课程服务，具备电站职工培训、职业技能鉴定、教师科研等多种功能，通过实际应用，效果良好，能够有效提升学生的职业技能。

关键词：实训平台；高压开关；网络控制；仿真

高职教育以培养“生产、管理、服务、建设的高素质技能型人才”为目标。高职院校必须通过强化实训教学来培养学生的基本职业能力、专业职业能力、技术应用能力、创新能力等技能。培养学生的这些能力，必须要有实训基础平台作支撑，而为“发电厂及电力系统”专业构建的浙江同济科技职业学院高压开关实训平台，是省特色建设专业“发电厂及电力系统”的核心、专业实训室，也是浙江省示范实训基地建设点：“发电厂及电气自动化技术实训基地”的核心建设内容。该实训平台可以为《水电站计算机监控技术》、《继电保护和二次》课程服务，具备电站职工培训、职业技能鉴定、教师科研等多种功能。因此，该实训平台的构建是非常的必要且很有价值。

1总体框架

实训平台按照典型农村水电站主接线进行设计，由2台发电机组成；有8个控制台控制开关和断路器设备。如图1所示。

2核心技术

2.1控制部分

2.1.1高压断路器的分类和用途

由于高压断路器具有较完善的灭弧装置，能在较短的时间内熄灭电弧，可以在带负荷的情况下，通和断电路，因此，是一次电力系统设备中保护和控制的关键电气设备，高压断路器是高压电器中最重要的部分。在电网中起两方面作用：

（1）控制作用，根据电网运行的需要，部分电气设备、线路投入、退出运行；

（2）保护作用，即在电气设备、电力线路发生故障时，继电保护自动装置跳闸信号发出，断路器启动，将迅速从电网中切除故障部分设备或线路，确保无故障部分在电网中正常运行。

高压断路器按灭弧介质的不同，可以分为：六氟化硫断路器、油断路器、磁吹断路器、空气断路器等。

图1实训平台总体框架图

油断路器逐渐被淘汰，由于维护成本较高，可靠性不如六氟化硫断路器和真空断路器，但仍有部分老电站在使用，因此，本实训平台配置了真空断路器外，还配置了部分油断路器。操动机构配置了电磁、弹簧操动机构。

2.1.2基本要求

（1）能够由手动利用控制开关，对断路器进行合、分闸的操作。

（2）满足继电保护装置和自动装置的要求。备用控制设备时，自动装置能够通过断路器，自动投入运行该设备；当发生故障时，能够将断路器自动跳闸继电保护装置，切除故障。

（3）能够反映断路器的监视控制回路及实际位置的完好。

（4）合、分闸的操作在短时间内完成。由于跳闸线圈、合闸线圈都是按通过短时工作电流设计的，因此，合、分断路器自动断开。

（5）能够防止断路器短时间内，连续多次合分的跳跃发生现象。

2.1.3回路工作原理

工作原理如图2所示。

图2断路器控制回路工作原理图

（1）当处于跳闸状态时

控制开关SA1手柄，处于自然中间位置，其触点2-4、1-3断开，断路器常开触点辅助断开，断路器常闭辅助触点闭合，于是，位置分闸继电器TWJ （KTP）、QF触点常闭、合闸组成通路接触器HC （KM）线圈，动作TWJ（KTP），其闭合常开触点，亮绿灯HG（PG）。一方面表示断路器处于跳闸状态，另一方面表示合闸回路与控制电源完好。同时注意，虽然此时有电流通过HC（KM）线圈中，但因回路中的TWJ（KTP）串接有较大阻抗，则大部分电压降落在控制电源的分闸继电器位置上，而HC（KM）上只有很小电压，所以不会动作合闸接触器。

（2）合闸过程

手动合闸：顺时针转45°SA1手柄，此时2-4接通触点，短路分闸位置继电器，灭绿灯，起动HC （KM），其二闭合带灭弧的常开触点，合闸线圈YC起动，合闸断路器。断路器合闸后，打开其辅助常闭触点，合闸回路自动切断；闭合辅助常开，此时，继电器合闸位置HWJ（KCP）、继电器防跳TBJ（K3）、分闸线圈YT、通路断路器辅助常开触点组成，动作HWJ （KCP），闭合其常开触点，亮红灯HR（PR）。一方面表示断路器在合闸位置，另一方面表示控制电源与跳闸回路完好。同时应注意：虽然此时有电流通过跳闸线圈YT中，但因回路中有较大阻抗的位置合闸继电器，故通过YT上的很小电流，不会使断路器跳闸。

（3）跳闸过程

手动跳闸：逆时针转45°SA1手柄，此时接通触点1-3，短接合闸位置继电器HWJ（KCP），灭红灯，将YT线圈上加全部直流控制电压，此时，YT线圈中通过足够大的电流，使断路器跳闸。断路器跳闸后，打开其辅助常开触点，跳闸回路自动切除；闭合辅助常闭触点，亮绿灯。

在控制回路中，串接断路器辅助触点目的是：①在操作任务完成后，跳、合闸回路迅速切断，保证YC 和YT线圈短时通电的要求；②用辅助触点来断开电感回路，保护继电器触点和控制开关。③断路器的分、合位置指示。

（4）防跳过程

当利用合闸控制开关SA1时，如合在短路故障上，将动作继电保护，闭合其出口继电器KOU触点，使断路器跳闸。同时跳闸电流也流过防跳继电器TBJ（K3）的电流线圈。使TBJ（K3）动作，其常闭触点断开合闸回路，常开触点闭合接通TBJ（K3）的电压线圈。此时，若因故未断开控制开关SA1的触点，则将自保持TBJ（K3）电压线圈，始终打开防跳继电器常闭触点，合闸回路切断了，使不能再次合闸断路器。只有当解除合闸脉冲，使防跳继电器电压线圈失电，控制回路才恢复到跳闸状态。这样就能防止断路器出现多次的“跳—合”现象。

2.1.4信号装置

（1）信号装置的分类

小型水电站信号可分为位置信号、事故信号、预告信号。

1）位置信号，指示电站内各种设备的位置状态。如表示断路器在合闸状态用红灯，表示断路器在分闸状态用绿信号。当机组具备开机条件时，亮白灯，告诉运行人员机组处于等待开机状态。

2）事故信号，表示水电站发生了严重的不正常情况。事故信号采用电笛（或称为蜂鸣器）发出的音响。如发电机过电压、主变差动、励磁消失等。

3）预告信号，反映机组或设备运行时出现不正常的运行状态。如：过负荷、消失操作电源、转子一点接地等。发生这些不正常情况后，在一般情况下，设备还能继续运行一段时间，但应及时采取措施消除。采用电铃发出音响预告信号，并要求预告信号延时发出音响。

（2）中央信号方式

为了可靠、及时、详细地显示设备故障和事故，水电站中通常采用3种相互配合、相互关联的信号方式，即光字信号、音响信号、掉牌信号。

1）音响信号是由电笛或电铃发出的，为了最大限度地引起运行人员注意。

2）光字信号由装于控制屏（或控制台）上光字牌实现，在每个光字牌写明设备事故（或故障）的类别或分项名称。

3）掉牌信号由装在保护屏上的信号继电器实现。

（3）中央复归能重复动作的信号装置

目前，在水电站中，中央复归能重复动作的信号装置被广泛采用。当水电站发生了第一个事故（或故障）时，发出了音响信号，并亮光字牌；能自动解除音响。在音响信号已切除而光字信号尚未切除期间，若又发生第二个事故（或故障）时，则能重复动作音响。动作过程如图3所示。

图3中央复归能重复动作原理图

当控制电源消失，或断路器在合闸位置时跳闸回路不通，或断路器在跳闸位置时合闸回路不通等情况下，合闸位置HWJ（KCP）与跳闸位置继电器TWJ（KTP）的线圈同时断电，它们的常闭触点均闭合，使光字牌GP亮。同时，这个突变电流通过冲击继电器XWJ，使XWJ动作，接通时间继电器KT线圈回路，使KT动作，其瞬时常开触点闭合，接通1KA线圈回路，其一付常开触点闭合用于自保，另一付常开触点闭合接通电铃（或蜂鸣器）发出音响。经过一定时间延时后，时间继电器延时闭合触点闭合，接通2KA线圈回路，其常开触点闭合切除冲击继电器，使信号装置复归，为下一个事故（或故障）发信号作准备。

（4）信号电源监视回路

中央信号装置能反映水电站中所有的信号，然而，当信号母线的熔丝熔断时，中央信号将失去作用。为此专门设立一个信号电源监视回路，用来监视信号电源是否正常。动作过程如图4所示。

图4信号电源监视回路控制图

当信号回路失去电源时，其失电返回监视继电器KA，其常闭触点闭合，使电铃2HA响，亮白色指示灯HW（PW）。运行人员应首先按下按钮SB3，音响信号解除，并通过SB3的自保持线圈进行自锁，但仍亮白灯，直至恢复信号电源后，KA起动，复归监视回路。

本实训平台可以对学生进行实训，学生通过控制台的二次回路配线，对断路器进行分、合闸操作及信号回路的动作过程，能够加深理解断路器电气控制回路和信号回路的工作原理，熟悉电气设备的动

作过程，学会阅读安装接线图并能按图正确接线，掌握屏后软线配线工艺要求，了解分析和排除故障的方法等。也可以进行断路器的拆、装实训。

2.2与发电厂仿真实训中心共享技术

本实训平台可以连接发电厂仿真实训中心，即将发电厂仿真实训中心操作箱的跳闸信号、合闸信号及公共线连接到图2中的109、113和102，就可以组成完整的水电站系统，学生可以进行下列实训：停机解列的操作、发电机手动和自动开机的并网、发电厂的倒闸操作、直流系统接地点的查找、直流系统的运行与维护、蓄电池充放电、发电厂电气设备运行及常规检查、电气设备故障判断及分析、发电机和变压器运行电参数和非电量的测量、电气二次回路接线及调试、电气二次回路的故障排除、发电厂电气设备主电路的接线及调试、微机监控的操作、计算机监控系统的维护、计算机监控回路的故障排除、计算机监控现地PLC的监测与控制。

3结语

学生通过该实训平台的实际操作训练，感受到了发电厂真实的工作环境、工作性质、工作内容和工作职责，树立了安全操作基本理念，并初步掌握发电厂操作流程、一般故障的分析、判断、排除能力，为今后从事发电厂电气值班员、继电维修、监控操作及安装与调试等工作打下扎实基础。同时也培养了学生吃苦耐劳、认真负责、敬业踏实、细心严谨的职业素养和良好的团队协作精神以及沟通能力。

参考文献：

[1]IT GOVERNANCE INSTITUTE.Information Systems and Control Foundation[M].IT Governance Institute,2000.

[2]徐金寿,张仁贡.水电站计算机监控技术与应用[M].杭州:浙江科学技术出版社,2007.

[3]中华人民共和国电力工业部.DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京:中国电力出版社,1997.

[4]林益江,卢丽珍,张仁贡.中小型水电站计算机监控系统的故障分析与处理[J].水电能源科学,2009(5):187-189.

中图分类号：TM133

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）10-0018-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.007

收稿日期：2015-05-03

作者简介：范涤（1965-），男，高级实验师，主要研究方向：发电厂及电力系统技能实训。