一种运维改造使用的消弧线圈控制装置及其操作方法

摘要

本发明涉及一种运维改造使用的消弧线圈控制装置及其操作方法，本发明的消弧线圈控制装置对已有的调匝式消弧线圈的控制方案做到全支持。可实现停电‑控制器更换‑投运简单操作过程，免除前期实地勘察的过程。本发明节约成本，对于任何厂家的调匝式消弧线圈，实现只更换控制器就可以达到运维改造的目的。本发明消弧线圈控制装置在通讯方式方面选择了市场常用的几种种类的通讯协议，基本实现和所有的后台厂家的交互沟通。尤其是对IEC61850协议的良好支持，这基本解决了大部分变电站的通讯问题。本发明的消弧线圈控制装置具有安装简单、停电时间短、施工方便、工作稳定的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及线圈技术领域，尤其涉及一种运维改造使用的消弧线圈控制装置及其操作方法。

背景技术

随着国民经济的发展，国内6-66kV配网系统大量使用消弧线圈。从电网系统统计情况看，消弧线圈的运行情况并不乐观。大量的消弧线圈带故障运行，或者就干脆停运。为提高消弧线圈运行比例，减少接地事故的造成的损失，各个用户都在推行消弧线圈运维改造项目。

从消弧线圈的问题分布看，消弧线圈控制器故障占比最高。因此检修更换控制器是提高消弧线圈运行率的最有效手段。

现在国内消弧线圈种类比较多，其中调匝式消弧线圈占到绝大多数。但调匝式消弧线圈情况也比较复杂；其中有载分接开关分为真空有载分接开关、空气有载分接开关、普通油浸式有载分接开关以及微型开关；阻尼电阻部分分为一次串阻和二次并阻；选线部分分为一次并联电阻选线和二次并联电阻选线；通讯接口分为RS485口和以太网口，通讯协议分为MODBUS、CDT、103、104、IEC61850等。这些不同的部件，其控制方式也各不相同。各个消弧线圈厂家都根据自己情况选择自己熟悉的控制方法，甚至同一个厂家早年间的设备和现在的设备控制方法也不同。这就给用户控制器改造更换带来很大困难。

目前还没有专门为消弧线圈运维改造而开发的消弧线圈控制器，现有的方案是各个厂家根据自己的消弧线圈控制器做改造，如果阻尼电阻无法控制，就连同阻尼电阻柜一起更换。有载分接开关无法控制就在消弧线圈控制器和有载分接开关之间加一个转换装置。后台IEC61850通讯无法通讯,就加一台通讯转换装置。虽然实现了功能，但是无法实现直接控制。既耗费财力，又增加了系统的故障率。

发明内容

为满足用户消弧线圈控制器改造更换要求，本发明提供一种运维改造使用的消弧线圈控制装置及其操作方法，实现控制所有的类型的调匝式消弧线圈，本发明更换消弧线圈控制器不需前期勘察，不需增加转换装置，一次完成。具有安装简单、停电时间短、施工方便、工作稳定的优点。

为达到上述目的，本发明提供了一种运维改造使用的消弧线圈控制装置，包括接线模块、电源模块、信号采集模块、通讯模块以及控制模块；

所述接线模块提供电源接入接口、报警输出接口、485通讯接口、以太网通讯接口、PT信号接入接口、CT信号接入接口、选线输出接口、零序电流检测接口、二次阻尼电阻投切接口、一次阻尼电阻投切接口、有载开关档位接口以及有载开关控制接口；

所述电源模块通过电源接入接口接入电源，进行电压转换后，输出电源用于为消弧线圈控制装置供电；

所述信号采集模块通过PT信号接入接口、CT信号接入接口以及零序电流检测接口将电压电流信号模拟量采集并输入控制模块；

消弧线圈的PT信号、CT信号分别经PT信号接入接口、CT信号接入接口接入；零序电流信号经零序电流检测接口接入；有载开关档位信号通过有载开关档位接口接入；二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关分别通过二次阻尼电阻投切接口或一次阻尼电阻投切接口接入；通过报警输出接口连接站内综合报警平台；通过选线输出接口连接选线用并联电阻；通过有载开关控制接口连接有载开关换挡电机；

所述控制模块采集PT信号和CT信号，如果超过对应阈值，则通过报警输出接口输出接地报警信号，同时阻尼电阻投切接口投入阻尼电阻，在确定是永久性接地故障后投入选线用并联电阻，使得故障线路零序电流增大，从而使零序电流接入口采集的零序电流信号变化，以此作为故障线路选线依据。由控制装置根据系统情况发出换挡指令，通过有载开关控制接口控制换挡电机动作；

所述通讯模块通过485通讯接口或以太网通讯接口连接上位机，将消弧线圈的状态以及各种遥信遥测信号实时上报给上位机。

进一步地，所述控制模块更换档位后根据有载开关档位信号判断更换档位是否成功，如果不成功则输出有载分接开关故障报警信号。

进一步地，所述通讯模块如果通讯异常，则输出通讯异常报警信号。

进一步地，有载开关控制接口包括升档连接端、降档连接端、升降公共连接端、电源火线连接端、电源零线连接端；如果有载开关的换挡电机具有电源，则电源火线连接端、电源零线连接端短接且不连接所述电源模块；如果有载开关的换挡电机不具备电源，则电源火线连接端、电源零线连接端连接所述电源模块。

进一步地，所述通讯模块包括485通讯接口和以太网通讯接口，其中485通讯接口选择按照modbus、cdt、103通讯协议通讯，以太网通讯接口按照IEC61850通讯协议通讯。

进一步地，有载开关档位接口具有两种接入方式，一种是按照一一对应的接口方式接入，另一种是按照编码方式为8421编码的接口方式接入。

进一步地，选线输出接口连接选线用并联电阻，如果没有并联电阻，则可通过设置取消选线输出；如果存在并联电阻则控制装置根据实际情况设置为一次并联电阻或者二次并联电阻，控制装置可根据设置的参数投切并联电阻。

进一步地，所述接线模块包括7块操作板；第一操作板设置电源接入接口和电源模块控制开关；第二操作板设置报警输出接口及485通讯接口；第三操作板设置PT信号接入接口、CT信号接入接口以及选线输出接口；第四操作板设置以太网通讯接口；第五操作板设置多组零序电流检测接口；第六操作板设置二次阻尼电阻投切接口、一次阻尼电阻投切接口；第七操作板设置有载开关档位接口以及有载开关控制接口。

进一步地，所述控制模块进行自检，如果自检故障则输出装置故障报警。

本发明另一方面提供一种所述的运维改造使用的消弧线圈控制装置操作方法，包括以下步骤：

(1)消弧线圈的PT信号、CT信号分别经PT信号接入接口、CT信号接入接口接入；零序电流信号经零序电流检测接口接入；有载开关档位信号通过有载开关档位接口接入；二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关分别通过二次阻尼电阻投切接口或一次阻尼电阻投切接口接入；通过报警输出接口连接站内综合报警平台；通过选线输出接口连接选线用并联电阻；通过有载开关控制接口连接有载开关换挡电机；

(2)所述控制模块采集PT信号和CT信号，如果超过对应阈值，则通过报警输出接口输出接地报警信号；采集零序电流信号，如果零序电流或零序电流变化率最大，则将该零序电流信号所在线路作为故障线路；投入选线用并联电阻，使得故障线路故障电流增大，进而使故障线路与非故障线路零序电流差别更加明显，能够准确的选出故障线路；如果主控模块发出投切阻尼电阻指令，则为连接的二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关供电或断电实现阻尼电阻投切。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明的消弧线圈控制装置实现对已有的调匝式消弧线圈的控制方案做到全支持。可实现停电-控制器更换-投运简单操作过程，免除前期实地勘察的过程。

(2)本发明节约成本，对于任何厂家的调匝式消弧线圈，实现只更换控制器就可以达到运维改造的目的。

(3)现在的用户要更换消弧线圈控制装置，首先前期需要厂家派人去现场查看原设备都需要更换那些部件，以及确定通讯协议等，然后才能开始改造。而本发明则不用前期勘察，可以直接启动控制器更换程序。

(4)本发明消弧线圈控制装置在通讯方式方面选择了市场常用的几种种类的通讯协议，基本实现和所有的后台厂家的交互沟通。尤其是对IEC61850协议的良好支持，这基本解决了大部分变电站的通讯问题。

(5)本发明的消弧线圈控制装置具有安装简单、停电时间短、施工方便、工作稳定的优点。

附图说明

图1是消弧线圈控制装置后面板示意图；

图2为现有第一种消弧线圈；

图3为现有第二种消弧线圈；

图4为现有第三种消弧线圈；

图5为现有第四种消弧线圈；

图6为现有第五种消弧线圈；

图7为现有第六种消弧线圈；

图8为电机自供电有载开关换挡示意图；

图9为电机外部供电有载开关换挡示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

根据消弧线圈的工作原理，消弧线圈控制器需要输入的数据有零序电压(PT)、零序电流(CT)、有载开关档位信息。输出的数据有有载开关升降档位输出、报警信息、数据通讯、选线输出(可选)。控制器后面板如图1。

其中PT、CT、报警、选线输出和各个出线零序电流输入各个厂家都是相同的。而不同的部分如下：阻尼电阻投切分为一次阻尼电阻投切和二次阻尼电阻投切；有载开关档位信息分为一一对应方式和档位编码方式；有载开关升降档位输出分为有源输出和无源输出方式；通讯接口分为485接口和以太网接口；选线方式分为一次并联电阻选线和二次并联电阻选线方式。

总结国内已有的调匝式消弧线圈的种类，共分为以下6种如图2～图7。这其中1是消弧线圈、2是零序电压互感器、3是避雷器、4是阻尼电阻箱、5是消弧线圈控制器、6是零序电流互感器(安装在阻尼电阻箱4内)、7是有载分接开关、8是连接控制器和一次设备的控制电缆、9是系统中性点、10是消弧线圈的二次线圈、11是阻尼电阻箱4内的二次阻尼电阻(接到消弧线圈二次侧)、12是阻尼电阻箱4内二次阻尼电阻的投切开关、13是阻尼电阻箱4内的一次阻尼电阻(接到消弧线圈末端)、14是阻尼电阻箱4内一次阻尼电阻的投切开关、15是阻尼电阻箱4内的二次并联电阻(选线用，接到消弧线圈二次侧)、16是阻尼电阻箱4内二次并联电阻的投切开关、17是一次并联电阻箱(选线用)、18是一次并联电阻箱内的一次并联电阻(选线用，接到消弧线圈一次侧)、19是一次并联电阻箱内一次并联电阻的投切开关。

在所有的6种类型的控制方式中，零序电压、零序电流、报警接点、选线输出以及选线用的各个出线零序电流接法相同。其中零序电压互感器接入到控制器的C板01和02上，零序电流接入到控制器的C板04和05上、报警接点接入到控制器的B板01～08上、选线输出接入到控制器的C板11和12上、选线用的各个出线零序电流接入到控制器的E板上。

而在这6种类型的控制方式中阻尼电阻的接法上、有载分接开关的接法上、选线电阻的接法上以及通讯接口的选择上各有不同。

阻尼电阻的接法有两种，其中图2、图3、图4为二次阻尼电阻11，接到消弧线圈1的二次线圈10上，而二次阻尼电阻的投切开关12接到控制器的F板01和02上。投切方式是正常工作时投切开关12闭合，发生接地事故时投切开关12断开。图5、图6、图7为一次阻尼电阻13，接到消弧线圈1的末端上，而一次阻尼电阻的投切开关14接到控制器的F板04和05上。投切方式是正常工作时投切开关14断开，发生接地事故时投切开关14闭合。

消弧线圈控制装置，包括接线模块、电源模块、信号采集模块、通讯模块以及控制模块。如图1所示，接线模块包括7块操作板；第一操作板A设置电源接入接口和电源模块控制开关；第二操作板B设置报警输出接口及485通讯接口；第三操作板C设置PT信号接入接口、CT信号接入接口以及选线输出接口；第四操作板D设置以太网通讯接口；第五操作板E设置多组零序电流检测接口；第六操作板F设置二次阻尼电阻投切接口、一次阻尼电阻投切接口；第七操作板G设置有载开关档位接口以及有载开关控制接口。

所述信号采集模块通过PT信号接入接口、CT信号接入接口以及零序电流检测接口将电压电流信号模拟量采集并输入控制装置内部处理器。

所述通讯模块通过485通讯接口或以太网通讯接口连接上位机，实现485通讯或以太网通讯；所述通讯模块包括485通讯接口和以太网通讯接口，根据现场需要的通讯方式保留二者之一。485接口在控制器B板的10、11、12上，而以太网接口在控制器D板上。由于以太网接口所用的模块比较昂贵，所以以太网接口所在控制器D板可根据现场情况选择是否拆掉，用空白盖板代替，以降低成本。

消弧线圈的PT信号、CT信号分别经PT信号接入接口、CT信号接入接口接入；零序电流信号经零序电流检测接口接入；有载开关档位信号通过有载开关档位接口接入；二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关分别通过二次阻尼电阻投切接口或一次阻尼电阻投切接口接入；通过报警输出接口连接站内综合报警平台；通过选线输出接口连接选线用并联电阻；通过有载开关控制接口连接有载开关换挡电机；

所述控制模块采集PT信号和CT信号，如果超过对应阈值，则通过报警输出接口输出接地报警信号；采集零序电流信号，如果零序电流或零序电流变化率最大，则将该零序电流信号所在线路作为故障线路；投入选线用并联电阻，使得故障线路故障电流增大，进而使故障线路与非故障线路零序电流差别更加明显，有利于更加准确的选出故障线路；由控制装置根据系统情况发出换挡指令，通过有载开关控制接口控制换挡电机动作；如果控制装置发出投切阻尼电阻指令，则为连接的二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关供电或断电实现阻尼电阻投切。

所述控制模块更换档位后根据有载开关档位信号判断更换档位是否成功，如果不成功则输出报警信号。所述控制模块如果通讯异常，则输出通讯异常报警信号。所述控制模块进行自检，如果自检故障则输出装置故障报警。

对有载分接开关接线有控制档位升降和读取档位信息。其中对升降档的控制输出分为有源输出和无源输出。控制输出信号都接入到控制器的G板28、29、30、31、32上。其内部接线原理如图8、图9，其中图8为有源输出、图9为无源输出。有载开关控制接口包括升档连接端、降档连接端、升降公共连接端、电源火线连接端、电源零线连接端；如果有载开关的换挡电机具有电源，则电源火线连接端、电源零线连接端短接且不连接所述电源模块；如果有载开关的换挡电机不具备电源，则电源火线连接端、电源零线连接端连接所述电源模块。LN为交流电源220V，闭锁为常闭开关，开关闭合，电机作用于有载分接开关调档，断开开关则无法调档，当出现接地故障时断开该开关，不能进行调档。

有载开关档位信息分为一一对应方式和档位编码方式。一一对应方式是有和档位一样多的电缆，每一根电缆对应有载开关一个档位，但同时只能有一个档位开关电缆和档位公共端连通。档位信号接入到控制器的G板01～25之间按照档位数量依次接入。档位编码方式是有载开关的档位信息是通过档位编码方式输入给控制器的，编码方式是通过8421编码方式，同时可有多个档位开关电缆和档位公共端连通。档位信号接入到控制器的G板01～05上。控制器的G板内有选择按钮可选择一一对应方式或者档位编码方式。

选线电阻方式分为一次并联电阻选线方式和二次并联电阻选线方式。其中一次并联电阻选线方式是通过一次并联电阻箱17内的一次并联电阻18接在消弧线圈1的进线端。一次并联电阻箱17内的一次并联电阻18通过一次并联电阻的投切开关19投切。一次并联电阻的投切开关19的控制部分接入到控制器的C板11、12上。二次并联电阻选线方式是通过阻尼电阻箱4内的二次并联电阻15接入到消弧线圈1的二次线圈10上，通过二次并联电阻的投切开关16投切，二次并联电阻的投切开关16的控制部分接入到控制器的C板11、12上。一次并联电阻选线方式和二次并联电阻选线方式的设备差别很大。其中一次并联电阻选线方式设备为高压设备但是流过的电流较小，而二次并联电阻选线方式设备为低压设备但是流过的电流较大。因此在控制选线输出方式有不同，控制器的C板内有选择按钮可选择一次并联电阻选线方式或者二次并联电阻选线方式。

本发明另一方面提供所述的运维改造使用的消弧线圈控制装置操作方法，包括以下步骤：

(1)消弧线圈的PT信号、CT信号分别经PT信号接入接口、CT信号接入接口接入；零序电流信号经零序电流检测接口接入；有载开关档位信号通过有载开关档位接口接入；二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关分别通过二次阻尼电阻投切接口或一次阻尼电阻投切接口接入；通过报警输出接口连接站内综合报警平台；通过选线输出接口连接选线用并联电阻；通过有载开关控制接口连接有载开关换挡电机；

(2)所述控制模块采集PT信号和CT信号，如果超过对应阈值，则通过报警输出接口输出接地报警信号；采集零序电流信号，如果零序电流或零序电流变化率最大，则将该零序电流信号所在线路作为故障线路，投入选线用并联电阻，使得故障线路故障电流增大，进而使故障线路与非故障线路零序电流差别更加明显，有利于更加准确的选出故障线路。由主控模块根据系统情况发出换挡指令，通过有载开关控制接口控制换挡电机动作；如果控制装置发出投切阻尼电阻指令，则为连接的二次阻尼电阻或一次阻尼电阻投切开关供电或断电实现阻尼电阻投切。

综上所述，本发明涉及一种运维改造使用的消弧线圈控制装置及其操作方法，本发明的消弧线圈控制装置对已有的调匝式消弧线圈的控制方案做到全支持。可实现停电-控制器更换-投运简单操作过程，免除前期实地勘察的过程。本发明节约成本，对于任何厂家的调匝式消弧线圈，实现只更换控制器就可以达到运维改造的目的。本发明消弧线圈控制装置在通讯方式方面选择了市场常用的几种种类的通讯协议，基本实现和所有的后台厂家的交互沟通。尤其是对IEC61850协议的良好支持，这基本解决了大部分变电站的通讯问题。本发明的消弧线圈控制装置具有安装简单、停电时间短、施工方便、工作稳定的优点。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。