电动刀闸二次回路模块化装置设计与应用

国网江西电力有限公司抚州供电分公司 运维检修部 余知敏 柳 涛 徐玮晨 晏 斌 游宇堃

南京音视软件有限公司 蔡 越

传统电动刀闸二次回路装置稳定性能较差，会造成母线停电导致不必要的安全隐患。为此设计电动刀闸二次回路模块化装置。基于电动刀闸二次回路模块化装置的工作原理，采用芯片为硬件设备和电能表检测软件，实现了智能充放电管理，保障了系统安全可靠的运行。从而完成了电动刀闸二次回路模块化装置设计。实验结果表明，电动刀闸二次回路模块化装置设计拥有较高的稳定性。

引言：电动刀闸是需要变电站与断路器相互搭配使用的一种设备。电动刀闸二次回路元器件较多，任何一个器件出现故障都将导致不能正常分合闸。传统电动刀闸二次回路装置性能较差，在检修时如果刀闸手摇位置出现偏差，会导致母线停电造成不必要的安全隐患。为了避免上述的情况设计了电动刀闸二次回路模块化装置，该装置的操作方法比较简单，可以彻底检查电动刀闸二次回路，做好事故前的安全保障，保证电网的安全运行。

1 电动刀闸二次回路模块化装置的工作原理

电动刀闸二次回路模块化装置系统主要是由电压放线车和数字电能表脉冲无线发射端组合而成的，而电压放线车包括交流和电能表。

图1 工作原理结构图

图1是电动刀闸二次回路模块化装置的工作原理，在进行测量时需要输入交流的模拟量，提供相应的电流和电压保证实验误差在预测的范围内即可。电动放线车实现了交流模拟量输入合并的功能，若检测的电动刀闸二次回路模块化装置出现误差值，脉冲信号会通过线车传输信号。若在传输的过程中出现短路，脉冲信号会通过二次回路模块化装置发送被测数字电能表的数据，从而得出计算的误差值。当系统在离线的状态下会测量出二次回路模块化装置的综合误差值。

2 电动刀闸二次回路模块化装置设计

2.1 硬件设计

传统的电压和电流采用数字处理器和线性电源的搭配方式，由于器件本身笨重使用起来很不方便，导致系统运行效率低，成本高，容易发生安全故障的问题。而数字电能表脉冲无线发射端主要由电能表和模拟源和人机交互模块三个部分组成。该设备采用数字功率器代替传统数字处理器和线性电源的搭配方式，改善器件笨重的缺点。电动刀闸二次回路模块化装置的硬件设计如下图2所示。

图2 电动刀闸二次回路模块化装置的硬件设计

图2是电动刀闸二次回路模块化装置的硬件设计，电能表、模拟源和人机交互模块的组成使装置整体更轻便，更易携带。数字功率器先将交流的信号转换为直流的信号，通过高速转换调制出所需的信号。信号形成的输出形成的波形会被滤波器滤除，只留下所需的低频电压电流信号。

运行程序主要为以下几个步骤：第一步，当工作人员发现变电站运行出现故障，需要根据一次回路故障分析故障原因，在二次回路中设置信号系统恢复系统运行。系统出现故障时会发出信号，警示系统运行出现故障，即称为警示信号。第二步，永久故障和瞬间故障信号均在中央显示屏中，系统会根据动作性能进行分类，若中央显示屏重复之前的动作表示系统出现故障需要重新设置系统参数。若中央显示屏不重复之前的动作表示系统正常运作。第三步，在系统被启动之后工作人员不要干扰系统正常运作，经过一段时间后系统会自行运作。

2.2 软件设计

计算电动刀闸二次回路模块化装置的误差值。经过调理分别将电压和电流信号发送到数字转换器中，计算出测量值结果会直接发送到显示器。电压功率的计算公式如下所示：

公式（1）中Nif为交流电压值；if 为电压值；M为平均功率；为周期。根据公式（1）计算出有效的电压功率值。

经过编码后利用电磁波信号发送到数字处理器计量二次回路模块化装置。在给无限发射端提供电源时可以采用锂聚合物电池，避免在测试结果出现偏差。

3 实验结论

为了研究电动刀闸二次回路模块化装置设计与应用的合理性，进行了如下实验。

3.1 实验步骤

实验步骤如下所示；第一步，工作人员在观察原理图时需要根据继电器的时间限制进行调整；第二步，打开系统的开关，观察显示屏的电压表数值，若达到45V以上说明达到要求，表明信号电源处处于正常运作；第三步，按下显示台的永久故障按钮，观察事故信号的状态；第四步，实验结束，断开电源。

3.2 实验结果与分析

传统方法是对上位机控制的断路器合闸进行控制，并对重复动作的中央事故信号进行检测，而提出的电动刀闸二次回路模块化装置设计方法可直接对各类的电器动作进行查看，查看其就地合闸和跳闸是否出现故障，并对中央显示屏的信号回路进行检测。针对二次回路模块化装置设计方法稳定性较强的说法，进行了实验验证。

分别对传统方法和二次回路模块化装置设计方法的重复动作的中央事故信号进行检测，结果如图3所示。

图3 两种方法中央事故信号检测结果

由图3可知：传统方法信号呈折线式变化趋势，而二次回路模块装置设计方法呈曲线式变化趋势，与实际信号变化趋势相吻合。

实验前工作人员需要掌握实验的操作方法，重复动作的中央事故信号实验会根据继电器理解的每次动作进行分析。实验中对比传统电动刀闸二次回路装置和电动刀闸二次回路模块化装置的稳定性实验结果如图4所示。

从图4可以看出：当实验次数为1时，采用传统方法稳定效果为22%，而二次回路模块化装置设计方法稳定效果为78%；当实验次数为5时，采用传统方法稳定效果为30%，而二次回路模块化装置设计方法稳定效果为70%；当实验次数为10时，采用传统方法稳定效果为20%，而二次回路模块化装置设计方法稳定效果为68%。由此可知，电动刀闸二次回路模块化装置相比传统电动刀闸二次回路装置的稳定性更高，中央事故信号一直保持正常运行的状态，证明此装置设计有用较高的实用性。

图4 两种方法稳定效果对比分析

4 结束语

实验中采用了两种实验方法证明电动刀闸二次回路模块化装置的有效性，分别为上位机控制的断路器合闸实验和重复动作的中央事故信号实验。实验结果表明电动刀闸二次回路模块化装置相比传统电动刀闸二次回路装置的稳定性更高。此方法具有较高的稳定性，可以保障系统正常运行。