防PT回路空开误动作问题分析及可视化报警装置硬件设计

张函　吕星岐　吴镇宇　徐家将

摘要：随着电网建设的不断深入，电力设备的运行也随着设备老化或工作人员的不规范操作出现了一系列的问题，电压互感器回路空开误动作是不可忽视的一个问题，空开误动作可能会导致线路和保护装置出现失压运行状况。本文首先分析了空开误动作的原因和空开误动作给电力系统带来的影响，并在此基础上提出了一种防止空开误动作的可视化报警装置的硬件设计，通过加装报警指示灯和蜂鸣器模块，能够在空开误动作工况下保证同时发出声光报警信号，能够有效保证电力设备和电力系统的安全稳定运行。

关键词：PT回路；空开误动作；报警；线路保护

随着电力技术的发展，电力系统基本上都能够正常稳定运行，但也会由于设备问题而使输电线路发生故障，其中输电线路母线PT二次回路空开误动作问题尤为严重。PT回路空开误动作会影响到电力系统的稳定运行和用户端的正常用电，对于输电线路母线PT二次空开跳闸现象发生的原因分析显得格外重要，找到问题的根源并提出针对性的解决措施是目前的首要任务。现如今，众多研究人员集中在分析PT空开设备的工作原理和参数设置方面，以更换动作元件原材料的方式迭代升级空开设备，解决动作灵敏度的问题，降低空开误动率，随着材料学等新技术的发展，这不失为一项可靠的选择，但是输电线路PT回路空开设备大多是旧式设备，要整体更换的话难免会使成本增加。本文研究了一种可附加于现有空开设备的误动作报警装置，可以通过报警控制回路检测空开是否发生误动作，并将报警信号通过WiFi模块传送到客户端，通过可视化的声光报警方式报告误动作事件，为电力系统的稳定运行提供保障。

1 输电线路PT回路空开误动作影响

由于现代电力系统是一个各区域互联互通的大型电力系统，所以输电线路电力设备故障不仅会影响到本线路正常运行，还可能会影响到其他線路及设备，PT回路空开误动作会引发造成二次回路突然断电，也会影响到一次回路的正常运行［1］，另外，空开误动作也会导致很多输电线路保护装置出现运行失压现象［2］，输电线路及相关的母线保护运行失压造成线路失去主保护，只剩下零序电流保护正常运行，这将威胁到电网的安全运行［3］，严重时会使电力系统失去稳定或者发生严重的电力事故，威胁到人民的生命财产安全。所以深入问题，研究误动作发生的原因，采取正确、适当的措施，消除隐患，设计出适合电力系统发展的PT空开误动作保护装置，配合其他电力保护设备实现输电线路的全方位保护，对于电力系统稳定运行来说尤为重要。

一些空开长期变动工作状态，金属部件受金属疲劳等因素影响，空开部件强度降低，无法保持最初的动作精度，当负载电流超过动作电流时，动作触头无法正确动作，使得过载情况下空开无法使用强制性锁具。此种情况下若是有人员误靠近将可能发生危险事故。

2 输电线路PT回路空开误动作原因分析

二次空气断路器是变电站继电保护装置的电压控制和隔离装置，起到分配和隔离电压故障的作用。断开继电保护装置的二次空气断路器是较常见的安全措施之一，为保证施工人员的安全和电网的稳定运行，将切断开关中间的交直流电源［4］。

正常情况下，空气开关接通电源，脱扣装置处于闭锁状态使得触头无法动作，空气开关正常接通输电线路，当输电线路中电流过大时，大电流产生高热量，使脱扣机构中的金属片受热弯曲带动杠杆使脱扣装置动作，完成短路时的过载保护。从空气开关的工作原理可以看出，空气开关动作的关键是短路时发热元件的热量使金属片发生形变，但是二次回路中工作的设备不只空气开关，还存在继电器、接触器和变频器等电力设备，这些设备的运行同样伴随着热量的产生，故障温度加上设备运行温度高于空气开关的感温元件所设定的动作温度，这促使工作人员设置更高的动作温度，导致空气开关发生误动作。

输电线路二次回路PT回路空开误动作，一部分原因是工作人员没有按照科学的规程执行操作，使得二次回路装置出现运行失压状况，所以应该避免由于工作上的疏忽而导致系统运行问题。因此，应该对工作人员进行系统化的培训，让员工准确掌握包括空气开关在内的各种元器件的操作规范，对于整个装置的稳定运行尤为重要。

3 防PT空开误动作报警装置硬件设计

本文研究了一种PT回路空开误动作可视化报警方法，在空开断开后，采取自动保护与声光无线报警的方式实现可视化报警，并区分空开是误断开还是过载断开。报警装置电路设计如图1所示，共分为三个回路，分别是交流回路、整流回路和直流回路。交流回路为自动保护回路，主要控制各继电器和指示灯；整流回路完成交流变直流的任务；直流回路为声光无线报警回路，完成信号发送和声音报警。电路中OF为空开。F为接触器线圈，F1、F2、F3为该接触器开关，SD为过电流继电器线圈，SD1和SD2分别为该继电器的常闭、常开触点，R1、R2为功率电阻，阻值为10Ω。D0、D1、D2为交流灯，其额定电压为220V。T1为变压器，将220V交流电压变换为9V交流电压。D3、D4、D5、D6为整流二极管，将交流电压变为直流电压。C1、C2、C3、C4为滤波电容，其容值分别为1000μF、10μF、10pF、10pF。U1为直流稳压芯片LM2576，U2为微处理器STC89C52。L1为续流电感，其电感值为450μH。R4、R5为电子电阻，其阻值为1Ω，R3为电位器，其阻值为10kΩ。D7为发光二极管。WiFi指的是无线报警模块WiFi，B为声音报警器。

报警装置中交流回路为自动保护回路，如图2所示。

继电器线圈SD得电，由于回路电流I小于SD动作电流i，故常闭触点SD1保持闭合，常开触点SD2保持断开，此时空开误断指示灯D1灯亮，空开过载断开指示灯D2灯灭。当交流回路空开OF因过载发生断开时，接触器线圈F断电，F1、F2、F3常闭开关闭合，正常工作指示灯D0灯灭，过电流继电器线圈SD得电，由于过载回路电流I大于SD动作电流i，常闭触点SD1断开，常开触点SD2闭合，此时空开误断指示灯D1灯灭，空开过载断开指示灯D2灯亮。此时再次检测交流回路空开OF是否发生误断开。当交流回路空开OF闭合，接触器线圈F通电，F1、F2、F3常闭开关断开。

对于整流回路，如图3所示，当交流回路空开OF发生误断开或是过载断开时，接触器线圈F断电，F1、F2、F3常闭开关闭合，整流回路开始工作。当交流回路空开OF闭合，接触器线圈F通电，F1、F2、F3常闭开关断开，整流回路停止工作。

对于直流回路，如图4所示，当交流回路中的空开OF发生误断开或是过载断开时，接触器线圈F断电，F1、F2、F3常闭开关闭合，整流回路开始工作，直流回路开始工作，微控制器U2开始工作。微控制器U2控制点亮D7灯，并控制蜂鸣器B报警。微控制器在开始工作瞬间计时，每60秒通过WiFi模块发出一次报警。

当交流回路空开OF闭合，电流继电器线圈SD与接触器线圈F通电，F1、F2、F3常闭开关断开，整流回路停止工作，直流回路停止工作。

对于整个报警装置，其动作及报警流程如图5所示，整流流程如下：

（1）建立空开保护与报警控制的交流、整流和直流回路；

（2）初始化电路，判断交流回路中的空开OF是否断开；

（3）并根据初始空开OF合断条件判断各个回路的动作情况；

（4）若空开OF发生误断开，则电流继电器线圈SD与接触器线圈F断电也将失电；

（5）若是回路因为过电流而使空开OF动作，则交流回路将会断开，此时不会触发误动作报警；

（6）不断执行以上步骤（2）～（5），判断结合电路电流和空开OF动作情况，确定保护报警回路的动作情况。

具体实施过程为，首先判断电路中的空開OF的开断情况，当交流回路空开OF发生误断开时，电流继电器线圈SD与接触器线圈F断电，F1、F2、F3常闭开关闭合，正常工作指示灯D0灯灭，D1与D2根据空开动作情况亮灯或灭灯，当发生空开误动作时，指示灯D1亮；当发生过载时，指示灯D2亮。无论是空开误动作还是空开应过载断开，整流回路中的常闭开关F3都将闭合，F3闭合后直流回路中的微处理器U2开始计时，当T大于60s时，直流回路中的WiFi模块向工作人员发出报警信号，D7报警指示灯点亮。工作人员根据指示灯可判断空开动作情况，并根据实际情况选择对应的施工措施。

结语

电力系统的稳定运行离不开各电力设备的正常工作，PT回路空开误动作不仅会影响到一、二次设备的运行，还会影响到用户端的正常用电。为了解决空开误动作报警问题，本文研究了一种防止电压互感器空开误断回路的保护与报警装置，这种装置能够实现空开误动作的判断和可视化报警，并且其直流回路和交流回路均可以直接通过输电线路取电，不需要二次加装电源，有较高的实用价值。

参考文献：

［1］孙兴，勾成霞.低压配电系统二次回路中小型单相空开误动作的改进方法［J］.科技与企业，2014（20）：182.

［2］王金花，张红艳，崔红玲.变电站母线PT二次空开跳闸原因分析［J］.通讯世界，2017（5）：221222.

［3］冯尚峰.35kV变电站母线PT二次空开跳闸原因分析［J］.电子技术与软件工程，2015（10）：242.

［4］张庆伟.一种继电保护装置二次空开防误闭锁装置［J］.江西电力职业技术学院学报，2018，31（01）：12+7.

作者简介：张函（1996—），女，汉族，云南宣威人，助理工程师，研究方向：输变电设备状态评估、特高压直流输电技术及交直流保护研究。