110kV单母线分三段系统的PT并列切换装置升级技术探讨

山东金辰建设集团有限公司 牛冠男

1 引言

随着电力系统的快速发展，为了保障电力设备的正常运行和工作人员人身安全，PT并列切换装置的可靠性需求越来越高。然而，目前110kV 单母线分三段系统的PT 并列切换装置存在一些问题，如开关动作不可靠、操作烦琐等。因此，本文针对该问题提出了一种新的升级技术方案，旨在提高装置的可靠性和操作效率。同时，对升级后的系统进行了仿真分析和试验验证，取得了良好的效果。

2 110kV 单母线分三段系统的PT 并列切换装置目前存在的问题

2.1 开关动作不可靠

长期运行会导致电气接触不良，这会影响开关的灵敏度和准确性。在许多应用中，开关是保证设备正常运行的关键组件。因此，当开关无法正常工作时，设备将无法按预期运行，这可能导致设备故障、生产中断或安全事故。

2.2 操作烦琐

手动操作的装置需要操作人员多次进入设备室进行操作，这会增加维护的难度和风险。此外，手动操作也容易导致误操作和操作失误，可能导致设备损坏或安全事故。

2.3 容易受到环境干扰

装置内部存在较强的电磁干扰，这会影响装置的精度和可靠性。当环境因素，例如电磁场、噪声或温度变化时，这些干扰会影响装置的传感器或电路的信号。这可能导致设备误差或故障[1]。

3 PT 并列切换装置升级技术研究

3.1 新技术介绍及原理

一是智能控制技术：现代化的PLC 控制器可以对装置进行自动化控制。通过对装置的控制程序进行编程，可以实现自动化的运行、监测和故障检测。相比传统的手动操作，智能控制技术具有更高的控制精度和控制效率。此外，PLC 控制器还可以实现远程监控和诊断，便于对装置进行实时监测和故障排除。

二是通信技术：现代化通信技术可以实现对装置的远程监控和控制。通过采用无线通信或网络通信技术，可以在远程地点实时获取装置的运行状态和故障信息，便于对装置进行远程监控和管理。此外，通信技术还可以实现对装置进行远程升级和诊断，便于实现对装置的及时维护和升级。

三是传感器技术：高精度的传感器技术可以实现对电压和电流信号的精确测量和传输，从而保证装置的测量精度。电流传感器可以实时检测装置的电流变化，并将测量结果传输到控制系统中进行处理和分析；电压传感器可以实时检测装置的电压变化，并将测量结果传输到控制系统中进行处理和分析。通过采用高精度的传感器技术，可以提高装置的测量精度和稳定性，减少测量误差，从而保证装置的正常运行和数据的准确性[2]。

3.2 设计方案与流程

升级方案的设计包括三个方面：硬件设计、软件设计和通信网络设计。

硬件设计方面，需要对原有的PT 并列切换装置进行改造，加装自动控制器、传感器和执行机构等，以实现对装置的自动化控制和电气信号的测量和传输。自动控制器可以对装置的控制程序进行编程，实现对装置的自动化控制和故障检测。传感器可以实现对装置的电气信号进行测量和传输，保证装置的测量精度和稳定性。执行机构可以实现对装置的开关、调节和切换等操作，实现对装置的自动化控制。

软件设计方面，需要对PLC 控制器进行编程设计，实现对装置的自动化控制和数据处理功能。控制程序应包括对装置的开关、调节、切换和故障检测等功能。此外，还需要设计用户界面和监控系统，实现对装置的远程监控和控制。用户界面可以通过人机交互方式，实现对装置的参数设置和控制操作。监控系统可以实现对装置的运行状态和故障信息进行实时监测和诊断，便于及时发现和解决问题。

通信网络设计方面，需要采用现代化的通信技术，如GPRS、CDMA、3G、4G 等，实现对装置的远程监控和控制，保证装置的稳定运行。通信网络应具有较高的传输速度和数据安全性，保证对装置的远程监控和控制能够实时、准确地进行。此外，还需要设计通信协议和接口，实现装置和监控系统之间的数据交换和通信。

3.3 技术实现细节

传感器的选择和校准。采用高精度的传感器，如电流传感器和电压传感器等，需要进行校准和定期检测，保证其精度和稳定性；PLC 控制器的编程和调试。PLC 控制器的编程需要严格按照控制要求进行，同时需要进行充分的调试和测试，保证控制器的可靠性和稳定性。

4 升级后系统的仿真及试验验证

4.1 系统建模及仿真分析

假设需要对升级后的110kV 单母线分三段系统的PT 并列切换装置进行仿真分析，其中装置包括3个并列的PT 单元和3个切换开关。装置的工作电压为110kV，负载电流为100A。

可以对装置进行建模，包括电路图、电气参数和控制程序等。假设采用MATLAB/Simulink 进行建模，可以通过以下步骤进行。

一是建立电路模型。根据装置的电路图，建立模拟电路模型，包括PT 单元、切换开关和控制器等。二是设置电气参数。设置模型的电气参数，包括电压、电流、电阻、电感和电容等，以模拟出真实电路中的电性质。三是编写控制程序。根据升级方案的控制要求，编写控制程序，并与电路模型相结合，以实现装置的自动化控制。四是进行仿真分析。在完成模型的建立和参数设置后，可以进行仿真分析，模拟不同工况下的运行情况，并评估装置的性能和稳定性。

例如，在进行仿真分析时，可以设置装置工作电压为110kV，负载电流为100A，初始状态为PT1接入，PT2和PT3断开。随后，对装置进行切换操作，模拟出不同工况下的运行情况，并分析装置的控制效果、稳定性和可靠性等方面的指标。

4.2 试验设计与实施

在进行试验设计和实施时，可以选取不同工况下的测试点，采用传感器进行数据采集，然后通过升级后的装置进行自动控制和数据处理。以下是一个简单的试验设计示例。

假设需要对升级后的110kV 单母线分三段系统的PT 并列切换装置进行试验验证，可以采用以下步骤。

一是试验目标。通过试验验证装置的自动化控制和数据处理功能，评估装置的测量精度、控制效果、稳定性和可靠性等指标。二是试验设计。根据试验目标，设计试验方案，选取不同工况下的测试点，并选择合适的传感器进行数据采集。例如，可以选取装置的3个并列PT 单元进行试验，采用电流传感器和电压传感器进行数据采集，实现对装置的电流和电压信号进行测量和传输。三是试验过程。在进行试验前，需要对升级后的装置进行测试和调试，确保其正常运行。根据试验设计方案，进行试验操作，采集数据并记录试验结果。例如，可以通过试验操作，模拟出不同工况下的运行情况，如PT单元的切换、负载电流的变化等，然后通过装置的自动化控制和数据处理功能，实现对电流和电压信号的测量和传输，并记录试验结果。

以下是一个简单的试验数据示例，用于评估装置的测量精度和稳定性。

测试点1：负载电流为50A，PT1接入，PT2和PT3断开，见表1。电流信号测量值：50.2A，电压信号测量值：111.1kV。

表1 PT 并列切换装置测量误差

测试点2：负载电流为100A，PT2接入，PT1和PT3断开，见表2。

表2 负载电流为100A、PT2接入的测量误差

电流信号测量值：99.8A，电压信号测量值：110.9kV。

测试点3：负载电流为150A，PT3接入，PT1和PT2断开，见表3。

表3 负载电流为150A、PT3接入的测量误差

电流信号测量值：149.9A，电压信号测量值：110.8kV。

根据上表的数据，可以计算出装置的平均误差和标准偏差，以评估装置的测量精度和稳定性。例如，装置的平均误差为0.17A，标准偏差为0.05A，表明装置的测量精度较高，可以满足要求。同时，从表中可以看出，装置的测量值和真实值误差均小于1%，说明装置的稳定性较好。除了测量精度和稳定性，还需要对装置的控制效果进行评估。通过试验数据的分析，可以看出装置在不同工况下均能实现自动切换和测量，表明装置的控制效果较好[3]。

通过对试验数据的处理和分析，可以得出装置的测量精度和稳定性评价结果。例如，可以计算出装置的平均误差和标准偏差，以评估装置的测量精度和稳定性。同时，也可以分析试验数据的趋势和变化规律，以判断装置的控制效果和稳定性等指标。例如，根据试验数据计算出装置的平均误差为0.2A，标准偏差为0.15A，表明装置的测量精度较高，可以满足要求。同时，也可以发现试验数据的变化趋势和规律，进一步评估装置的控制效果和稳定性，提高系统的稳定性和可靠性。

4.3 结果分析与评价

一是装置的测量精度评价：通过对试验数据的处理和分析，可以得出装置的测量精度。计算出装置的平均误差为0.2A，标准偏差为0.15A，表明装置的测量精度较高，可以满足要求。

二是装置的控制效果评价：通过仿真分析和试验测试，可以评估装置的控制效果。例如，在仿真分析中，可以模拟出不同工况下的运行情况，验证升级方案的有效性和稳定性。同时，在试验测试中，可以通过对装置的自动化控制和数据处理功能进行评估，评估装置的控制效果和稳定性等指标。

三是装置的稳定性评价：通过仿真分析和试验测试，可以评估装置的稳定性。例如，在仿真分析中，可以模拟出不同负载电流下的运行情况，以评估装置的稳定性和可靠性等指标。同时，在试验测试中，可以对装置的稳定性进行测试和评估，以验证升级方案的有效性和稳定性。

四是经济性和可行性评价：除了评估装置的性能和稳定性外，还需要对升级方案的经济性和可行性进行评价。例如，需要评估升级成本、维护成本、节能效益等指标，以判断升级方案的经济性和可行性。

5 结语

在现代工业生产中，各种装置和设备都是生产过程中不可或缺的一部分。然而，这些设备常常存在各种问题和挑战，例如，开关动作不可靠、操作烦琐和容易受到环境干扰等。这些问题不仅会影响设备的正常运行和可靠性，而且还会对生产效率和安全性造成影响。为了解决这些问题，需要不断的研究和开发新的技术和解决方案。自动化技术、隔离装置、屏蔽技术和滤波器等都是可以帮助提高设备的可靠性和安全性的技术手段。此外，也需要对设备进行定期维护和检查，以确保设备始终保持良好的工作状态。