合宁线电力箱变烟感的替换方法分析

凌 震 （安徽智行建设工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

电力智能箱变由高压单元、变压器单元、低压单元组成，布置形式分为"目"字形和"品"字形。它适用于三相交流额定电压3～12kV，额定频率50Hz 的电力系统，作为接受和分配电能并对电路实行控制、保护及检测的装置。

合宁线铁路电力智能箱变的防火安全事关重要，它密切关系到合宁铁路的行车安全。因此在建设时，合宁线沿线铁路电力智能箱变里均设置了点型光电型感烟火灾探测器（以下称烟感）对初期火灾进行探测，并由现场RTU（Remote Terminal Unit)远程终端采集器采集上传至主控制站报警。

烟感同其它的电气设备一样，会随着使用时间地推移而老化，其对火灾的探测功能会衰退，其使用寿命一般为5年左右。合宁线自2008 年4 月开通至今已10 年有余,沿线的电力箱变内安装的烟感，因自身工况经常出现误报警现象。由于市场上已采购不到原型号或相匹配的烟感，导致无备品进行更换，日常处理只能将故障烟感断电复位或屏蔽，造成了远程监测电力箱变安全运行功能的缺失，埋下了安全隐患。

为消除该设备隐患，需要对合宁线电力箱变内寿命已到期的烟感进行更换。通过参数对比，选择了一款市售烟感产品，经过改造其内部电路，实现了直接替换。

1 既有烟感设备分析

合宁线电力箱变既有的烟感型号为JTY- GD- HY- 1A, 为三线制光电型烟感，报警输出信号为有源电压量；替换烟感型号为JTY- GD- DG311,为四线制光电型烟感，报警输出信号为无源开关量。

图1 烟感底座接线图

新旧烟感的探测原理相同：通过光电对管探测迷宫器件内烟雾对光的遮挡程度产生报警信号。新烟感的供电电源、工作温湿度等特性参数符合现场要求，只是报警输出信号与既有烟感存在差异。

1.1 烟感安装位置

合宁客专沿线的电力箱变由2 路10kV贯通线供电，布局为目字形结构，按设备功能分隔为高压间、低压间和2个变压器间。每个功能间安装有点型光电烟感，其烟雾报警信号通过现场RTU远程终端采集器采集上传至电力SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)数据采集与监视控制系统调度端主站，实现火灾报警功能。

图2 箱变烟感安装平面图

1.2 烟感外部接线原理

电力箱变功能间的烟感报警输出端分别接至RTU 远程终端采集柜，经RTU远程终端采集器的遥信回路采集后远程上传，发出火灾报警信号。

图3 箱变烟感的外部接线原理图

根据现场接线，高低压间的烟感报警信号，分别接至RTU 远程终端采集器遥信板的2 个采集端口单独采集；变压器间的2 路烟感报警信号，则为并接至RTU 远程终端采集器遥信板的1 个采集端口。

1.3 烟感内部电路原理

根据改造目的，主要对既有烟感的报警输出回路进行剖析，其它回路（光电探测、模数转换、计算控制电路）不做说明。经拆解测绘，既有烟感输出电路为采用NPN 型三极管构成的开关电路。

图4 既有烟感输出电路原理图

正常环境下，既有烟感内部控制端control 为低电平，开关管T 截止关断，电源正极经开关管集电极的上拉电阻R1 和RTU 远程终端采集器遥信板光耦输入回路的限流电阻Rx 分压，由out 信号端输出为12- 15V 的高电位信号，经RTU 远程终端采集器采集后不发出火灾报警信号。

火灾产生烟雾后，探测烟雾达到报警浓度时，既有烟感内部控制端control变为高电平，开关管T 饱和导通，out 信号端被上拉电阻R1 与电源正极隔离后，经开关管接通电源地，输出约0.2V 饱和电压的低电位信号，经RTU 远程终端采集器的光耦输入电路采集处理后，上传至SCADA 数据采集与监视控制系统主站产生火灾报警信号。

2 新烟感替换方法

替换烟感为四线制接线，输出电路采用继电器常开常闭触点，报警输出信号为开关量，与既有烟感存在不同。现场要完成直接替换，需对新烟感按下列要求进行相应改造：①不改变RTU 远程终端采集器与烟感间的既有三线制外部接线，方便现场更换；②根据既有烟感内部电路剖析，对新烟感的内部输出电路进行改造，将其报警信号改为电压量输出，满足现场RTU 远程终端采集器采集接口既有要求。

2.1 高低压间新烟感的改造接线方法

高低压间的烟感报警信号为单独采集，使用时需将内部跳线帽设置插至NC端；底座外部接线：将端子2、3 与电源正负极连接，端子4 与电源正极并接，端子1（COM 端）输出信号接至RTU 远程终端采集器遥信采集口，见图5。

2.2 变压器间新烟感的改造接线方法

变压器间2 只烟感输出并联接线RTU 远程终端采集器遥信一个采集口，报警动作为“与”逻辑关系。即：正常工作环境下，烟感报警端输出都为高电位，经RTU 远程终端采集器采集后不发出火灾报警信号；当有烟雾产生时，任一烟感动作，其报警端输出低电位，由于未报警烟感输出电路R1 上拉电阻的隔离作用，使并联输出变为低电位，经RTU 远程终端采集器采集上传后产生火灾报警信号。

替换烟感内部输出电路改造为：①内部输出跳线取消；②输出继电器常闭触点NC 端加限流电阻（10kΩ）接至电源正极；③输出继电器常开触点NO 端与电源负极直接。底座外部接线：端子1（COM 端）并联输出报警信号，将端子2、3 与电源正负极连接，端子4 空不接线。见图6。

图5 高低压间新烟感的改造图

图6 变压器间新烟感的改造图

2.3 新烟感外部接线方法

由于烟感的生产厂家不同，更换烟感时，配套的安装底座需同步更换。

2.4 其他

图7 箱变新烟感的外部接线原理图

日常巡视设备检查烟感时，对新烟感可通过观察工作灯的闪烁判断其工作状态；可按触烟感本体上的试验按钮，让其发出声光报警讯号，来检查其报警功能是否正常。

3 替换效果

替换新烟感经过上述改造措施，使用继电器触点输出与RTU 远程终端采集器采集匹配的报警信号，带载能力和抗干扰性能都得到了加强，提高了工作可靠性。

2018 年7 月份，合宁线黄庵1# 通信基站电力箱变的既有烟感全部更换为新烟感后，运行正常，至今未发生烟感误报现象。