一种高性能安全型保护出口连接片异极性电位检测装置的研制

谭武光，杨家凯，周春波，李 杰，李家保

（1.云南电网有限责任公司培训与评价中心，云南 昆明 650000；2.云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000；3.云南电网有限责任公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000；4.云南电网有限责任公司红河供电局，云南 蒙自 661100）

0 引 言

220 kV及以上电压等级的高压交流输变电和直流输电系统中，线路和主要设备的保护都要求配置2～3套主保护及若干后备保护，以提高保护的安全可靠性。运行中，当一套保护故障或运行方式变化需要退出更改保护定值时，需将运行中的保护出口连接片退出，故障处理或定值修改完毕后投入运行。若保护出口回路继电器接点粘接，投入保护出口连接片可能使运行中的发电机、变压器、线路以及高压直流输电跳闸或闭锁，造成极大的功率损失，使电力系统负荷突然减少，造成大面积停电影响人民的生命财产安全，严重时还会拖跨电力系统，后果不堪设想。所以，在投入运行保护出口连接片时，需要测量其两侧电位，有异极性电位时不能投入。检查方法一般用万用表测量，而测量过程中用错万用表档位和插孔导致电力事故的现象常常发生，即便是采用电压相位表也发生过同样的问题。为此，急需研制一种安全性高、内阻大、灵敏高、体积小以及重量轻的测量装置，用以可靠测量保护出口连接片两端的异极性电位。

1 目前存在的现状

目前，变电站的保护传动过程中用万用表检测保护出口信号。保护装置出口连接片投入前用万用表（或专用电压表）检测保护出口连接片两端电位，多次出现以下恶性事故事件。保护检修做传动时，误跳开分段（母联）断路器，中断运行中一段母线上的负荷供电；误跳各侧分段或内桥断路器使全站停电，对应的母线中低压侧所供负荷中断。

2 装置电路原理

两种不同的装置电路结构原理如图1（a）和图1（b）所示。

图1 两种不同的装置电路结构原理

图1（a）包括运算放大器OP，运算放大器OP的两侧电源端4和8连接两个串联的充电锂电池E1和E2，同相输入端3连接检测电阻R1和R2，反相输入端2与输出端1连接，输出端1还通过限流电阻R4与两个并联的发光二极管LED1（红色）和LED2（蓝色）的一端连接，两个并联的发光二极管LED1和LED2另一端连接充电锂电池E2正极和充电锂电池E1负极，然后通过检测电阻R3连接手持金属接触片S（与人体接触点）。限流电阻R4为LED1和LED2的限流电阻。运算放大器OP的输入端还设有输入端过压保护装置。过压保护装置为二极管D1和D2，二极管D1用于OP输出端过电压保护，当OP的1脚电压大于4.2 V时导通，保护了OP。二极管D2用于OP输入端过电压保护，当OP的1脚电压大于-4.2 V时导通，保护了OP。输入端正极3与两个并联的发光二极管LED1和LED2的另一端之间还设有一个检测电阻R5。电阻R1、R2、R3以及R5组成了直流电压检测电路，阻值均为2.7 MΩ。探针P与手持接触片之间的电压大于7.6 V时，LED1（红色）发光，电压大于15 V时，LED1灯很亮。探针P与手持接触片之间的电压小-10 V时，LED2（蓝色）发光，电压低于-20 V时，LED2灯很亮。为了安全，将输入回路的电阻10 MΩ拆分成4个2.7 MΩ电阻，电阻R1、R2以及R3（两个2.7 MΩ电阻串联）其中一支短路时，也不会使使用人员发生触电的危险。在下次检测试验时，若P端和S端间直流电阻小于10 MΩ，则禁止使用。此外，输入电压高于LED1电压（正向电压降）时，发红光，表示P端为正电位。输入电压低于LED2发光电压（正向电压降）时，发蓝光，表示P端为负电位。当LED1和LED2都发光时，表示P端接触的是交流电。

图1（b）中的电路由4个部分组成，DP为针式检测探头，S为手持金属圆形片。第1部分与第2部分组成了分压电压，通过测量RW上的电压来显示DP点对S点的电压。第1部分的作用是防止第2部分上的电压过高而烧坏微型数字电压表V。第2部分的作用是整个测量中不论是从DP流向S还是从S流向DP的电流，都使第2部分输出端AB两端始终保持着A端是正、B端是负的电压方向，以便供第3分部电路测量使用，因为第3部分只能测量输入电压Vin。第3部分是单片机微型数字电压表，测量电压范围为0～500 V，分辨率为1 V，工作电压为3.7 V的充电锂电池。第4部分为测量电流极性指示电路。电路以NPN型小功率管为核心，测量的是正电压，即DP为正电位。S与人体接触时，测量电流由R1→R2→D3→RW→D2→三极管T的b极→三极管T的e极→S。这个微小的电流经三极管T放大了150倍，LED1发出红光，表示DP端检测到的电位是正电位。指示保连接片不能投入，即DP为负电位，S与人体接触时，测量电流由S→LED2→D4→D2→R2→R1，LED2电流大于2 μA时，LED2发出绿光，表示DP端检测到的电位是负电位。同时，LED2发绿光，表示断路器跳闸线圈与直流系统的负共连接回路是接通（完好）的。正常时跳闸线圈端的电位为-115 V，流过LED2的电流大于10 μA，指示非常明显。

第1部分电路中，采用了R1和R2两支5.1 MΩ的电阻串联，提高了电路工作的可靠性。第2部分电路中，采用了4支1N60P二极管构成的整电路，可以减小第3部分电路测量时电压的误差。第3部分电路中，K为电源开关，E2为单片机微型数字电压表的工作电源，RW为可调电位器，可用来校准测量电压精度。第4部分中，电源E2给三极管T的c、e极间提供正向电流，使三极管能工作在放大b极电流的状态下。正常情况下，三极管b极没有电流，T是截止的，所以没有必要装电源开关的必要。

对比两种装置电路的功能，虽然都能满足测量保护出口连接片两端异极性电位引要求，但图1（a）装置功能单一，无数字显示，在生产现场使用不便。

3 结 论

研制的带指示灯的数显保护出口连接片检测装置，可彻底消除使用万用表测量保护出口连接片两端异极性电位引起的保护出口连接片投入或检修电气设备后做保护传动时，误跳断路器的电力事故。彻底消除换流站阀冷却保护检修后投入运行，可将保护装置出口连接片的投入操作的安全性提高到100%，将操作时间缩短60%，改善电网的安全运行指标，提高供电可靠性。