自动合闸装置在气象观测无人值守中的应用

2020-02-19罗武

陕西气象 2020年1期

罗武

(罗城仫佬族自治县气象局，广西罗城 546400)

自2017年7月以来，地面气象观测无人值守业务改革在广西所有国家级地面气象观测站全面铺开，重点解决地面观测业务系统运行需要依赖基层台站人员值守问题，减轻基层台站人员观测业务劳动强度，使台站综合气象业务运行更加协调，观测数据分析应用、气象预报和服务水平不断提升。地面气象观测无人值守业务改革后，对供电提出更高的要求。如何做好自动气象站供电保障工作，前人也做了很多探索[1-4]。罗城仫佬族自治县气象局新站(下简称新站)位于县城郊区，距离罗城仫佬族自治县气象局旧站约3.7 km，是广西现有25个局站分离的台站之一。虽然新站安装了专用变压器，为地面气象观测业务提供稳定可靠的供电保障，但遇到停电时，变压器内部的保护电路自动跳闸，来电时无法自动合闸，需要人工合闸，才能恢复供电，给观测业务带来很大不便。

1 供电现状

新站安装了80 kW的箱式变压器，内部装有智能型断路器ZMW45-2000。此断路器具有过载、欠压、短路、缺相和停电掉闸等保护功能。为了提高地面气象观测无人值守业务供电可靠性，除了配置UPS不间断电源外，还安装了全自动发电机。当市电停电时，供电线路自动转换到发电机发电。由于新站地处县城郊区，供电线路接入农村电网，供电不够稳定，经常停电。到雷雨季节，受雷电、大风和暴雨等极端天气影响，因电网故障停电更加频繁。停电时，断路器ZMW45-2000失压线圈失去电压，断路器分闸。重新来电后又不能自动恢复供电，必须打开箱式变压器的低压室，人工按下“合闸”按钮，才能正常供电，给工作带来很大不便。由于来电时间不确定，特别是晚上停电又来电后，站内值班人员又不能及时发现，造成发电机整夜发电。发电机长时间运行，不仅浪费大量燃油，而且增加发电机磨损和故障率，为此需要对断路器电气线路进行改进，以达到在停电跳闸后，来电后时能自动合闸，恢复供电。而在过载、欠压、短路、缺相保护动作时不启动合闸电路，从而实现无人值守时配电房停电后能及时恢复供电。为解决此问题，参考相关资料设计了一款来电自动合闸装置。其原理见图1。

2 来电自动合闸装置工作原理

当线路来电时，断路器ZMW45-2000上口(接任意一相)供电电压220 V加到变压器，输出约10 V交流电，经D1—D4整流、C1滤波后输出约14 V直流电压，继电器J1得到工作电压吸合，K1常闭触点打开，常开触点闭合，C2、C3通过R1充电，C4通过R2充电。由于C2和C3并联，总容量大于C4，C4上的电压上升较快。当C4上的电压上升到3.5 V时，Q2先导通，继电器J2常开触点K2吸合，“合闸”按钮常开触点“合闸1”、“合闸2”闭合，模拟人工按下断路器“合闸”按钮，为线路送电。当C2、C3电压上升到3.5 V时，Q1导通，C4通过Q1放电，Q2截止，继电器J2断电，K2常开触点打开，整个合闸过程结束。当停电时，继电器J1失去工作电压，常闭触点闭合，C2、C3上储存的电能通过K1常闭触点快速泄放，为下一次来电、合闸做好准备，避免了短时间停电后又来电，无法合闸现象。

图1 来电自动合闸装置

3 制作与调试

元件选择: J1、J2为工作电压12 V的小型继电器，变压器用5 W左右的小型变压器。其余元件图中已标出，Q1、Q2为N沟场效应管，Q1、Q2的工作电压、电流都比较低，参数没有什么特别要求，可以利用废旧电脑主板上的电源调整管代替。电路安装无误即可正常工作，调试点只有R1、R2、C2、C3和C4。调整R2和C4使延时为10～15 min，调整R1和C3使合闸工作结束后再延长1 min左右。延迟时间设定为10～15 min，主要是考虑高压线路的跌落式开关需要通过人工合闸，人工合闸时三相电源不同时来电，造成短时间缺相，此时断路器处于缺相保护状态，无法合闸。如果设定延迟时间过短，当三相电源正常时，合闸电路已停止工作，而断路器仍处于掉闸状态，无法正常供电。如果三相电源不同时来电超过15 min，可以通过人工合闸方式，恢复供电。整个电路安装在一个小塑料盒内，工作电源取自断路器上口，“合闸1”、“合闸2”两根线接在“合闸”按钮上。通电后，可以听到继电器J1吸合声，延时一段时间后，继电器J2吸合，断路器合闸，线路送电。观察指示灯D6延时10 min后亮起来，一会儿后熄灭，调试结束。