基于电压检测的刀闸控制回路监测方法及装置

吴洪波，董明枫，边育栋，张志康

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

0 引言

刀闸遥控故障是倒闸操作中遇到的最多也是最常见的故障[1]。刀闸遥控故障分机械故障和控制回路故障，控制回路故障约占半数[2]。不同于断路器具备完善的断路器控制回路断线监视回路，目前很多刀闸控制回路没有监视回路。由于刀闸机构箱大多在户外高压场地，刀闸控制回路较为复杂，精确定位故障点难度大，要求消缺人员有较高的专业技术水平[3]。目前基于人工判断为主的控制回路故障定位、消缺方法，效率低下，对消缺人员技术要求较高，不具备普适性。

针对上述情况，提出基于可编程式刀闸控制回路的实时监测方法，依次采集控制回路各节点电压，通过对个采集电压点的实测值与标准电气值进行对比，得出各采集点电压的状态值，并综合各采集点状态值快速判断刀闸控制回路状态、故障位置。

1 刀闸控制回路介绍

1.1 刀闸控制回路

刀闸控制回路主要包括控制电源、内部闭锁元件、外部闭锁回路3 个部分（图1）。

图1 刀闸控制回路

1.2 刀闸控制回路状态分类

根据回路各部分投入情况，将回路状态分为4 种：

（1）运行状态：指在控制电源正常、内部闭锁元件正常、外部闭锁条件未满足的状态。

（2）预操作状态：指在控制电源正常、内部闭锁元件正常、外部闭锁条件满足的状态。此状态下，远控接点一经闭合即可使分/合闸接触器动作。

（3）操作状态：指在控制电源正常、内部闭锁元件正常、外部闭锁条件满足的状态下，刀闸控制回路接收到远方操作命令后进入该状态，直至刀闸操作结束。

（4）故障状态：指在控制电源异常或内部闭锁元件异常的状态。

2 刀闸控制回路分析方法

对刀闸控制回路分析采用以下方法：

（1）标准化定义：对刀闸控制回路进行分类、归纳，将刀闸控制回路进行标准化定义，包括刀闸控制回路组成及分类、状态分类、监视点定义及分类等。

（2）电压分类采集：按照标准化的定义，装置采用在线监测方法，对监视点电压进行分类采集，得到各监视点的电压实测值。

（3）监视点电压分析：通过对各监视点的实测值与标准电气值进行对比分析，得出各监视点的状态值。

（4）回路节点分析：通过综合分析各监视点的状态值，得出刀闸控制回路各节点状态。

（5）内部信号定义及分析：定义内部信号，并通过综合分析回路状态情况，赋值各内部信号。

（6）信号输出及存储：定义输出信号，并根据内部信号动作情况触发信号输出，从而实现刀闸控制回路实时监视。

3 刀闸控制回路监测装置及实现

3.1 装置采集模块

3.1.1 刀闸控制回路监视点定义及分类

监视点定义：回路上采集电压的节点，并可利用采集到的电压进行分析以监视回路状态。为清晰说明监视点所处位置，结合图1 进行说明，包括5 类共14 个监视点。

（1）第1 类为电源监视接点，包括电机电源、操作电源。

（3）第3 类为内部闭锁接点监视，包括分闸接触器辅助接点、合闸接触器辅助接点（KM1-1）、分位行程开关（SL1-1）、合位行程开关（SL2-1）、手动连锁辅助接点（SL3-2）、电机保护继电器辅助接点（GDH-2）、急停按钮辅助接点（SB2-2），共7 个。

（4）第4 类为远控命令监视点，包括远控合接点（10）、远控分接点（11）。

（5）第5 类为动作过程监视点，即分、合闸回路自保持接点，包括分闸接触器辅助接点（KM2-14）、合闸接触器辅助接点（KM1-14）。

3.1.2 电压采集技术实施

采用小PT、在线监测的方式，每路监视点独立采集。监视点按第4 类、第5 类、第1 类、第2 类、第3 类的顺序依次接入采集模块。

3.2 综合分析流程（图2）

图2 综合分析流程

3.2.1 监视点电压分析

The charge stored in the space charge region was given as follows:

变电站刀闸控制回路控制电源为AC 220 V，在控制回路投入运行的情况下，各监视点的测量电压大小（对N 端）应为AC 220 V（标准电气值）。如控制回路某些节点出现断线，其对应监视点测量电压则会出现异常，一般异常现象为每次测量电压波动较大，大小在0～220 V。因此通过采集各监视点电压的连续3 次采集电压的大小，并与标准电气值进行对比分析，可以判断监视点状态值。

3.2.2 节点状态分析

定义包括远方分闸命令、远方合闸命令、分闸接触器工作状态、合闸接触器工作状态、电机电源状态、控制电源状态、外部闭锁回路状态、接触器接点状态断路器行程开关状态、手动连锁状态、电机保护状态、急停按钮状态、内部闭锁回路状态等14 个节点。通过综合分析监视点是否满足判断依据，可以得出刀闸控制回路各节点的状态。

3.2.3 内部信号定义及分析

（1）定义及初步分析。定义包括电机电源故障、控制电源故障、外部闭锁、内部闭锁、分闸操作启动、合闸操作启动、接触器故障、接触器接点故障、断路器行程开关故障、手动连锁故障、电机保护继电器故障、急停按钮辅助故障、刀闸可控、控制回路断线等共14 个内部信号。通过综合分析各节点状态，可以得到前面12 个信号的状态值。而“刀闸可控”、“控制回路断线”两个信号需具体结合刀闸运行状态做进一步判断。

（2）进阶分析。在进行初步信号赋值后，装置根据各节点分析结果，对刀闸控制回路状态进行判断，并在不同状态下进行内部信号进阶分析，并进行信号输出及存储。

运行状态、预操作状态：①如电机电源状态正常，则“刀闸可控”信号为动作态，否则为复归态。②“控制回路断线”为复归态。

操作状态：①如电机电源状态正常，则“刀闸可控”信号为动作态，否则为复归态。②“控制回路断线”为复归态。③如远方分闸命令动作，则“分闸操作启动”信号为动作态，“合闸操作启动”信号为复归态；如收到远方合闸命令，则“合闸操作启动”信号为动作态，“合闸操作启动”信号为复归态；以上信号状态更新完成后，进行该状态下的第一次信号输出及存储。完成信息输出及存储，延时1 s 后，对分、合闸接触器辅助接点监视点进行3 轮电压采集，并进行分析判断，得出分闸接触器工作状态、合闸接触器工作状态。最后通过分闸继电器或合闸继电器是否仍处于动作状态，分析继电器自保持情况是否正常，对信号状态进行以下更新；④如分闸接触器与合闸接触器动作均未动作，则“接触器故障”信号为动作态；否则“接触器故障”信号为复归态。

以上信号状态更新完成后，进行该状态下的第二次信号输出及存储。

故障状态：①“刀闸可控”信号为复归态。②控制电源状态异常或内部闭锁回路状态异常时，“控制回路断线”为动作态，否则为复归态。

3.3 信号输出

定义6 个输出信号，包括倒刀闸可控、操作启动、电机/控制电源故障、闭锁回路断线、控制回路断线、接触器故障，并根据内部信号动作情况，对输出信号赋值。输出信号动作条件见表1。

表1 输出信号动作条件

4 现场实施效果

2022 年9 月，将监测装置安装应用在1 座110 kV 变电站的2 个线路隔离开关上，并进行监视点故障模拟试验20 次，该装置均能监测出刀闸控制回路故障，并定位故障点为隔离开关故障。

5 结束语

根据二次回路故障定位原理、装置模块设计测试，以及现场实施效果。得出如下结论：

（1）设备正常运行状态下，对刀闸控制回路进行监视，对控制回路断线发出告警，提前发现问题。

（2）在刀闸操作过程中，利用监视节点数据，准确定位控制回路故障位置，提高故障查找效率。

（3）在刀闸操作过程中，实时监视刀闸控制回路的远控接点是否有效动作，为刀闸遥控失败排除外部原因，精准定位故障范围，降低排查难度，提高故障查找效率。

（4）在刀闸操作过程中，监视刀闸动作过程，跟踪分/合闸继电器是否存在异常现象，准确定位故障点。

（5）装置在设备运行及操作状态下，均能监视、判断控制回路状态，当故障消除时，能够通过自检功能判断故障消除是否准确、完全，不需要通过操作验证。

实际应用结果表明，采用该装置能够快速定位隔离开关二次回路的故障位置，为作业人员现场处理故障提供帮助，保障电网供电可靠性。