电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置的应用

县国成 李 玺 吴兆彬 赵志海

（1. 国网甘肃电力天水供电公司 2. 国网甘肃省电力公司）

0 引言

电动隔离刀闸是输变电中使用最多的一次设备之一，其与断路器配合使用，用于保护高压设备检修时工作人员的安全。在需要检修的设备和其他带电部分之间，用隔离刀闸构成一个明显的断开点，给检修人员提供足够大的绝缘间隔。在 110kV及以上电压等级中，电动隔离刀闸的数量是断路器数量的3倍，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，且由于电动隔离刀闸数量较多，而且在电力系统的运行过程中，电动隔离刀闸需要进行频繁操作，其运行的可靠性对整个电力系统的正常运行具有重要作用。但是由于各种自然原因，电动隔离刀闸的导电部分和机械传动部分容易出现锈蚀，密封部分容易出现老化而导致密封不严，接线端子也容易出现腐蚀氧化，此外，人为操作也容易对其造成破坏，甚至出现不能自动分合闸，失去五防闭锁安全防护的作用，尤其对于其二次回路来说，需要对其进行检验和测试。

1 电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置应用的必要性

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。这种检验方法费时费力，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。所以需要研究一种能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、反转回路是否正常的装置，而且在整个测试过程中隔离刀闸分合闸机构不能动作。本项目设计一种电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置，此装置是一种应用于电动隔离刀闸控制回路检测试验的装置：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 测试装置的构成

电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置主要由四部分组成：主机、端子排信号引出单元、测试线缆、充电器。充电器是给测试装置内置的锂电池充电使用，其和测试线缆等可看做是主机的附件；端子排信号引出单元可在不拆线的情况下将隔离刀闸操控箱端子排上的信号可靠地引出至主机，节省测试所花的时间，提高测试结果的可信度；主机是整个测试装置的核心部分，它通过触摸屏的输入指令控制整个测试过程，给出测试结果。它的总体设计框图如下图所示。

图 测试装置主机功能框图

主机由测试电源、电源分配单元、电机控制回路测试模块、电机回路测试模块和触摸屏组成，其中测试控制、计算主单元可以根据触摸屏及外部信号的输入控制程序整体流程，得出测试结果。考虑现场应用的供电情况，测试装置设计使用锂电池加逆变电源模块来供电，逆变电源产生AC 220V单相交流电源。对AC 220V电源进行升压或降压整流分别产生AC 380V、DC 110V、DC 220V三种电源，再由电源分配单元分配到相应的被测试的电机控制回路。通过以上设计，装置电源可以适用大多数电动隔离刀闸检测的需求；电机控制回路测试模块的作用是对控制回路进行测试，主要进行电机遥控分、合闸以及近地分、合闸的线路检测，还包括电机分、合闸控制回路的断点定位检测，这部分检测是整个检测部分中最复杂的环节。主要解决电源切换、加载相应的激励信号、检测反馈的电信号量；电机回路测试模块则主要进行电机主回路的正、反转检测，电机正反检测要保证电动机上输入激励信号时电动机不能转动，并且要检测出电动机的正反转回路的正确性；触摸屏模块则提供人机交互界面，设置测试选项，读取测试数据。

3 测试装置的试验

电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置试验可分为模拟试验和现场试验。样机刚研制完成，需要验证其功能及性能时一般先采用模拟试验然后进行现场试验。模拟试验是指模拟电动隔离刀闸二次回路的接线情况，用测试装置进行测试，看所得结果是否和实际情况相符合。以下是一次模拟试验的过程。

首先，要接好地线，打开面板左侧电源开关，选择控制回路电压，点击“进入测试”；将C+和C-连接至控制回路电源输入端，选择对应的测试选项，同时点击“开始测试”按钮，屏幕上将显示出对应检测选项的检测结果。如果控制回路检测有故障，例如合闸回路检测有故障（人为断线），点击“合闸断点手动查找”，点击“开始测试”。另外插入外接线至KM正和 T2接线端子，像万用表测线一样从控制回路供电正端开始查找断点，如两者之间不导通，则显示“有故障”，如果两者之间导通则显示“回路正常”。电机控制回路检测完成后，点击“下一项”按钮，进入电机回路测试界面。

将 Ua+、Ub+、Uc接线端子连接电机（以三相电感星接方式模拟）动力线～A、～B、～C，将C+、C-连接至控制回路电源输入端，其他端子连线先拔出。由于在该项测试过程中C+和C-会产生控制回路所需的电压，因此尤其注意C+和C-端子不能短接或与其他物体接触。选择测试选项，点击“开始测试”按钮，操作控制箱使控制回路处于分闸或合闸状态，触摸屏将出现对应选项的测试结果。

4 测试装置的应用与不足

4.1 测试装置的功能成果与使用范围

电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试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；可以在不拆线和重新布线的情况下进行检测；装置可对电机控制回路的电气节点进行测试，判断故障点位置；装置内置锂电池，并配有逆变输出电源，可以在新建变电站没有电源接入的情况下对电动隔离刀闸二次回路进行测试，连续工作时间＞4h、输出直流电压精度±15%、输出交流电压精度±10%、装置采用7寸触摸彩屏[3]。

它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，可以准确地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，可以使用该装置进行试验，验证控制回路的控制功能，检验故障是否消除。

4.2 测试装置的功能运行

一是电机正转反转回路检验功能。电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置按照说明书与隔离刀闸操作机构接入测试线，仪器启动，选择正转反转功能检验，测试结果分别显示电机动力线和电机线的连接对应关系。二是控制回路检测功能。电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置按照说明书与隔离刀闸操作机构接入测试线，仪器启动，选择控制回路验证功能，验证刀闸回路合闸回路正常、分闸回路正常。

4.3 测试装置的先进性和经济效益分析

电动隔离刀闸不停电工况下二次回路测试装置采用振荡检测法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。测试装置可以在主刀带电的情况下对电动隔离刀闸回路进行测试试验；可以检测控制回路是否工作正常、分析出哪一个元器件出了故障、检测电机正转电机反转回路是否正常。

本装置的发明，可以检查电动隔离刀闸二次回路正确性，特别是分合闸电机回路的正确性。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；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，可以准确地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，可以使用该装置进行试验，验证控制回路的控制功能，检验故障是否消除。以上的种种应用，证明该装置能提高隔离刀闸的安全性；缩短了处理隔离刀闸故障的停电时间，保障了电力系统的稳定运行。减少了因隔离刀闸故障带来的电网安全风险。特别需要指出的是，随着电网的发展和特高压的建设，越来越多的智能设备投入运行，本装置对高压电网和智能电网电动隔离刀闸检修有积极的作用。该项目的完成将会避免很多停电，产生良好的经济效益，同时项目具有较好的推广价值，如果推广开来，将会具有经济蜂窝效应，经济效益较大。

4.4 测试装置存在的不足

一是接线头制作方面。因各个厂家的生产不一样，电动隔离刀闸的接线端子大小间隔不一致，使得目前端子排信号引出单元的适用范围不大。二是界面对比度需要加强。因装置长期工作在户外，户外阳光强烈，如果对比度一般，那么在强烈的阳光下，显示屏会被阳光反射导致看不清楚显示的内容。加强对比度，屏幕提高背景光源，这样的改进就比较适合现场。三是界面的结果显示略微繁琐，有进一步简化的空间。

5 结束语

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，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，减少了因隔离刀闸故障带来的电网安全风险。

[1] 梁方建, 闫广涛, 曹海军, 等. 电动隔离刀闸二次回路检测装置： 中国, 105866668A[P]. 2016.

[2] 廖卫. 隔离刀闸的常见故障及处理[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(27).

[3] 刘玉. 隔离刀闸二次回路常见缺陷及改进[J]. 现代制造, 2016(33)： 64-65.