高速开关装置（共7篇）
高速开关装置 篇1
野战输油管线是我军油料大型骨干装备, 是实现战略、战役油料投送的重要力量, 也是战术油料保障的重要手段。在汶川抗震救灾、云贵抗旱救灾中发挥了重要作用。然而, 在实装训练及使用中, 管线管理、调度和操作人员处理突发事故的能力亟待提高。为此, 可设计研制一套训练辅助装置, 模拟产生瞬间泄漏等事故工况。该装置突发泄漏工况的模拟关键在于高速开关装置的研制。高速开关装置的工作压力为3.5MPa控制流量可达45/h, 主阀瞬间开启, 关阀时间可调。
1. 相关技术的国内外发展现状
目前, 国内外高速开关阀的技术发展比较成熟, 但多局限于提高响应时间, 而控制流量较小, 自力式差压控制技术在国内外得到广泛应用, 下面做简单介绍。
1.1 高速开关阀研究现状
比较典型的有以下几种:
(1) 高速开关电磁阀
高速开关电磁阀的控制方式是PWM脉宽调制方式。当脉冲信号为低电平时, 电磁铁断电, 实现控制动作;当脉冲信号为高电平时, 电磁铁通电, 实现控制动作。
(2) 压电晶体型高速开关阀
近年来, 国外利用某些晶体材料的压电效应来研制高响应电液阀, 取得了一些进展。压电驱动式电液阀就是利用了压电材料的电致伸缩效应特性。
(3) 稀土超磁致伸缩材料高速开关阀
针对电磁铁吸合式电磁阀在频响和输出功率方面存在的局限性, 提出采用稀土超磁致伸缩材料做高速开关阀驱动器。其工作原理是:激励线圈内通入按一定规律变化的电流, 引起磁场强度的变化.进而稀土超磁致伸缩材料棒长度发生变化.推动变形梁使之发生变形;通过变形梁的放大作用, 再推动顶杆移动, 实现控制动作。与压电陶瓷材料PZT相比, 在低频段应变量较大, 且可以承受较大的压应力, 可以高速实现电磁能与机械能之间的转换, 但是需要消耗大量的驱动能量。
(4) 电流变液高速开关阀
电流变液高速开关阀是以电流变液体为驱动元件。由于电流变液具有独特的电场响应特性, 且响应速度很快 (一般为毫秒级) , 因而被人们称作“机敏材料”。
高速开关阀存在两方面缺点:一是控制流量较小;二是控制精度较差, 响应频率还不是很高。目前国内外学者们主要是从这两方面着手研究。对阀的控制大流量主要采用二级高速开关阀, 对阀的控制精度主要是从控制方式上下功夫, 对阀的响应频率主要是从驱动器的材料和结构上研究、改进。
国外一些科研机构致力于研究高速开关阀与逻辑锥阀配合进行大流量控制等课题。由于高速开关阀本身结构决定而允许通过最大流量较小, 但如果用来作为一先导阀控制一个逻辑锥阀, 则有可能进行较大流量的比例控制。日本已有定型产品, 控制流量可达20L/min。最近, 洛阳工学院的周福章等人也撰文介绍了他们所研制的新型二级高速开关阀。这种阀采用柱塞式液压增益放大机构, 以高速开关电磁阀作为先导级, 通过第二级锥阀的液压放大, 使阀所能控制的最大流量超过80L/min, 不仅保持了阀有较高的切换速度, 而且通过使用“降幅双压驱动”较好地解决了大流量与快速性之间的矛盾。此阀的主阀开启时间为0.8ms, 关闭时间为3ms。
1.2 差压自力式控制技术发展现状
国内差压自力式控制技术发展比较成熟。后勤工程学院曾研制成功油罐防溢自力式液位控制装置, 是应用流体传动与机械控制的基本原理 (包括小孔节流、小孔滤波、差动压力控制等) , 创新设计的差动自力式控制阀。装置的基本工作原理如图1所示:
如图1所示, 装置由差动控制阀、液位开关及控制管路等组成。差动控制阀由内外两个腔体组成, 主阀芯安装在内腔体内。在非工作状态, 腔体内没有建立输送介质压力, 内腔主阀芯在弹簧力作用下处于关闭状态。开始工作后, 进油管路来油首先经小孔滤波, 以稳定腔体内部的流体压力, 建立稳定的内部流场, 避免局部扰动影响。内腔进流小孔孔径φA小于出流小孔孔径φB, 利用φA的小孔节流效应, 在内腔体内不能建立流体压力, 此时主阀芯上部只受到弹簧力的作用。在主阀尚未开启的情况下, 外腔体即主阀芯下部的流体压力即为泵的出口压力, 该压力对阀芯形成的向上作用力大于弹簧的弹性力, 主阀开启, 开始正常的灌装作业。当罐内液位到达设定液位时, 浮筒上升堵塞控制油路通往油罐的出流小孔, 由于内腔处于充满状态, 在控制装置内腔很快建立起与外腔一致的流体压力, 主阀在弹簧力的作用下关闭, 完成液位控制过程。小孔节流效应限制了主阀芯下降速度, 使主阀缓慢关闭, 避免了因关阀速度过快引起水击升压, 造成管路震动或损坏。
2. 电磁先导控制自力式高速开关装置的研究思路
分析上述高速开关阀的发展现状, 目前国内外高速开关电磁阀控制流量较小, 单一依托电磁阀无法满足该项目控制需求, 本课题拟研制的高速开关装置采用电磁控制先导阀, 主阀利用差压控制原理, 既可有效提高控制流量, 其开启响应时间也能满足项目需求。装置的基本工作原理如图2所示
如图2所示, 装置由差动控制阀, 电磁开关阀及控制管路等组成, 差动控制阀由内外两个腔体组成, 主阀安装在内腔体内。在非工作状态, 电磁阀开启, 内腔进流小孔孔径φA小于出流小孔孔径φB, 利用φA的小孔节流效应, 在内腔体内不能建立流体压力, 此时主阀芯在大气压和内腔1弹簧的联合作用下处于关闭状态。当模拟突发泄露工况时, 电磁阀关闭, 由于内腔2处于充满状态, 在控制装置内腔2很快建立起流体压力, 此流体压力即为泵出口压力, 该压力远大于内腔1内压力, 主阀在进口流体压力和内腔2内压力联合作用下瞬间开启, 完成控制过程, 形成瞬间泄露。
3. 结语
电磁先导控制自力式高速开关装置可有效模拟管路瞬间泄露工况, 该装置应用小孔节流及差动控制原理, 创新设计的电磁先导差动控制阀。该阀可有效提高控制流量, 其开启响应时间也能满足工况要求。
自动转换开关装置的选用 篇2
1 ATSE介绍
1.1 ATSE的概念
自动转换开关装置英语全称为Automatic Transfer Switching Equipment, 有的制造商也称ATS, 施耐德业内也称为“双电源自动转换开关”或“双电源开关”。ATSE是由1个 (或几个) 转换开关电器和其它必需的电器组成, 用于监测电源电路状态, 并将1个或几个负载电路从某个电源自动转换至另一个电源的电器设备。ATSE主要用在有重要负荷 (如消防设备、应急照明、银行和通讯数据中心等) 的供电系统, 其主要作用是为紧急供电系统 (额定电压交流不超过1000V或直流不超过1500V) 转换电源向负载供电。
1.2 ATSE控制器
ATSE控制器与开关本体进线端相连 (见图1) , 主要用来检测被监测电源 (常用电源及备用电源2路) 工作状况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。
1.3 高可靠性ATSE产品简介
(1) PC级 (一体式) ATSE。ATSE产品率先是在军工领域得到使用, 如雷达、通讯、航天等领域。而美国在上述领域处于世界领先地位, 因此以美国为代表的ATSE技术代表着当今世界PC级ATSE的先进水平。美国将ATSE产品视为电源一部分, 为确保其可靠性, 采用了黄金作为触头选材之一。目前美国生产ATSE产品规模较大的企业如ONAN、ASCO、GE-ZENITH等, 其主要生产的都是PC级 (一体式) ATSE产品, 除基本型外还有瞬间并联型、旁路隔离型、延时转换型等多种型号。
(2) 电子式ATSE。为满足电源不停电要求, 国外一些公司推出以可控硅为主的电子式ATSE, 额定工作电流100~1200A, 检测、转换时间小于、等于5ms。其主要应用在电子商务网站、计算机数据中心、半导体芯片制造业及紧急救援中心等要害部门, 其可靠性在实际应用中得到了验证。
2 ATSE产品分类和对比
2.1 ATSE产品的分类
(1) 按照GB/T 14048.11-2008标准可将ATES分为PC级和CB级2类。PC级只完成双电源自动转换的功能, 不具备短路电流分断 (仅能接通、承载) 的功能;CB级既完成双电源自动转换的功能, 又具有短路电流保护 (能接通并分断) 的功能。分断能力根据其选用的断路器型号变化, 通常有微型断路器、塑壳断路器和框架式断路器3种。
(2) 按切换装置可将ATES分为以下4类:
(1) 由接触器方式组成的ATSE, 属于PC级。由接触器组成的ATSE产品, 其优点是价格低;缺点是线圈长时间通电耗能大且易烧毁, 产品接通、分断能力低, 触头易抖动、熔焊, 可靠性很低, 尤其是在带负荷转换时易出现爆炸性事故, 这类产品在国外已被淘汰并明令禁止使用。
(2) 由断路器 (如框架ACB、塑壳MCCB、微断MCB) 组成的ATSE, 属于CB级。是采用电动机操作2个断路器实现双电源切换的一种CB级ATSE。这种ATSE由于采用了电动机来操作断路器, 而电动机是一种适合于做连续的圆周运动的动力源, 并不适合于做短距离往复式直线运动来实现扳动断路器手柄的动作, 所以还要增加一套复杂的机械结构才能通过电动机操作断路器实现通、断动作, 经笔者对大量生产厂商售后调查发现, 这种ATSE的机械机构复杂, 运动部件多, 容易出现脱扣、卡阻等机械故障。
(3) 用电动负荷开关完成2路电源转换的ATSE, 属于PC级。这种ATSE的缺点也是由于采用电动机作为动力源, 机械结构复杂, 从而可能导致机械故障。
(4) 一体化电磁操作的PC级ATSE。这种ATSE的开关本体由模具专门制造, 主触点类似于断路器的动触头, 由励磁线圈通电后产生的电磁力带动杠杆机构动作, 从而使常用电源触点分断, 备用电源触点闭合, 完成从常用电源到备用电源的切换。由于励磁线圈通电后产生的运动是一种短距离直线型往复运动, 适合于实现主触点的闭合与分断动作, 所以这种ATSE机构简单, 运动部件少, 可靠性较高。
2.2 ATSE产品对比
CB级与PC级ATSE两者之间有以下几点区别:
(1) CB级ATSE是由断路器组成, 断路器可能存在滑扣、再扣不可靠等问题, 而PC级ATSE机构不存在该方面问题。
(2) CB级ATSE 2路电源在转换过程中存在电源叠加问题, PC级ATSE则充分考虑了这一因素, PC级ATSE的电气间隙、爬电距离一般是断路器的电气间隙、爬电距离的180%、150% (标准要求) , 避免了2路电源转换过程中出现电源叠加现象。
(3) PC级ATSE转换快, CB级ATSE转换动作较慢。
(4) ATSE的主要作用是可靠的切换电源, 短路保护并不是ATSE必备的功能, CB级ATSE增加了短路保护这种可有可无的功能, 反而会使ATSE的可靠性降低。普遍认为这种CB级ATSE的可靠性较低。现实应用中, 由于使用频率不高, 该问题没有充分暴露。
综上所述可以得出结论:PC级ATSE安全性更好, 可靠性高于CB级产品, 但实际使用时须注意考虑PC级ATSE的短路承载能力。
3 ATSE产品选用原则
(1) ATSE的额定电流应大于所在回路的工作电流, 还应承载异常情况下可能的过电流。
(2) 一级负荷中特别重要的负荷宜采用一体化结构PC级ATSE。
(3) 消防泵前端的转换开关应避免使用CB级的产品, 而且断路器要有过负荷保护, 火灾发生时消防泵就不会过负荷运行, 否则2个断路器都将可能跳脱, 从而限制了消防泵的使用。
(4) 根据实际工程需要选择合理的ATSE动作时间, 且ATSE应能躲过电源电压闪变、瞬变等干扰。ATSE总的动作时间可参考表1。
(5) ATSE选用原则。同一接地系统中有带漏电保护的2个电源回路下级ATSE, 或者有2种不同接地系统 (包括2个不同中性线接地点的TN-S系统) , 或者IT系统中引出中性线, 以上情形三相四线供电时应采用四极ATSE, 单相供电时应采用两极ATSE。TN-C系统严禁采用四极ATSE。
(6) 电气图纸中, ATSE应至少标注以下内容:额定电流、类型 (PC级或CB级) 、极数、总动作时间、使用类别、CB级ATSE还应标注脱扣器或熔体整定电流。
(7) PC级ATSE选用时应特别注意额定限制短路电流或额定短时耐受电流。
4 ATSE产品标准和认证
ATSE的产品标准已经颁布了近10年, 但在设计和使用中还是遇到很多问题, 也造成了一些事故和损失。国家产品标准的不完善是其中一个原因。例如没有规定ATSE的图例, 使得设计图纸中出现众多表示方式, 也造成各方解读不同, 容易造成ATSE的作用、职能混乱。我国从2002年5月1日起开始对低压电器产品实施CCC认证 (即中国强制性产品认证制度) , 截至2012年3月21日按照GB/T 14048.11-2008标准和要求经中国质量认证中心认证并颁发证书的ATSE产品达到1879种, 有52种已经注销或暂停, 在设计和使用时须注意甄选。
5 结束语
中压开关柜状态监测装置设计 篇3
电力系统推广变电站无人值班管理模式和综合自动化, 使得开关柜的安全运行变得非常重要。如果开关柜在运行时发生故障, 将带来极其严重的后果。首先, 开关柜故障将直接危害被保护的线路, 可能使各种电气设备损坏;其次, 可能引起大面积停电, 严重干扰正常的生产与生活秩序[1]。
现代电力系统对开关柜安全运行的可靠性提出了很高的要求, 而在线监测使运行维护人员能够了解到开关柜的历史运行状态和当前运行状态, 及时地发现故障甚至提前做出故障预测并进行检修, 尽量避免事故发生和减少停电时间[2]。因此, 在线监测对于保证开关柜正常运行, 提高电力系统的稳定性具有非常重要的意义。
1 硬件设计
1.1 硬件方案设计
本设计以ds PIC33F系列单片机为核心。分别由电压互感器和电流互感器采集开关柜的电压和电流信号, 由频率检测模块检测电流频率, 红外温度传感器采集开关柜的温度信号。
此外, 本设计还有电源模块, 给温度传感器、ds PIC、LCD和放大器供电, 有LCD显示和声光报警模块, 有键盘用于设置报警温度值, 系统硬件框图如图1 所示。
1.2 电压互感器和电流互感器
本设计选用SPT204A电流型电压互感器, 额定输入电流2 m A, 额定输出电流2 m A, 最大输入电流10 m A, 在0 ~ 10 m A内工作的线性度较好。电压互感器应用电路如图2 所示。
电流检测用HCT204A电流互感器, 额定输入电流5 m A, 额定输出电流2.5 m A, 测量精度为0.1%, 线性度为0.07%, 角差小于或等于9′。
1.3 绝对值放大电路
绝对值放大电路有两个功能:一是把互感器输出的交流信号转换成只有正极性的信号;二是把该信号的幅值增加一倍以方便后续单片机的处理。绝对值放大电路如图3 所示。
绝对值放大电路的输出电压VOUT与输入电压VIN的关系如公式 (1) 所示:
1.4 频率检测电路
频率检测电路是用比较器把正弦信号转换成脉冲信号的电路, 如图4 所示。该电路的输出脉冲信号接到单片机的ICx引脚, 使用单片机的输入捕捉功能, 可得到每16 个脉冲的时间T。
要检测的正弦信号频率计算如公式 (2) 所示:
1.5 温度传感器
对电力设备的测温可分为接触式测温和非接触式测温两种方式。接触式测温是指通过设置在设备上的温度传感器直接测量温度。非接触式测温依据热辐射原理, 不需要和被测物体进行接触, 这样就解决了与高压设备的安全隔离和与测温目标的热交换的问题。
非接触式测温还有热惯性小、测温速度快的优点[3]。非接触式测温有光纤温度传感器测温法和红外传感器测温法等[4]。
本设计使用的红外热电堆传感器测温范围是-50 ~ 350 ℃, 精度100 V/W。该传感器利用红外线的波长在热电堆探测器上产生相应的输出电压, 输出电压与目标温度的关系如公式 (3) 所示:
式中, ε为发射率;Tob为目标温度;Tsen为热电堆本体温度;C为与传感器结构有关的常数。
1.6 温度传感器的信号调理电路
温度传感器的信号调理电路框图如图5 所示。温度传感器在0 ~ 120℃时输出电压为-0.8 ~5 m V。该小电压信号经过放大11 倍和放大13 倍的两级差动放大电路, 输出电压为0.184 8 ~ 1.155 V。放大电路后端接一个电压跟随器, 电压跟随器的输入阻抗大, 输出阻抗小, 能提高电路的带载能力。再经过电压上移电路上移1 V电压, 最后从绝对值电路输出的电压为0.815 2 ~ 2.155 V。
2 软件设计
2.1 软件流程图
本设计的软件方案可以分成几个模块:电压和电流A/D采样模块、输入捕捉模块、温度A/D采样模块、LCD显示模块、键盘模块和数据处理模块, 软件流程图如图6 所示。
2.2 电压和电流A/D采样流程图
电压和电流A/D采样流程图如图7 所示。
电压有效值如公式 (4) 所示:
电流有效值如公式 (5) 所示:
式中, N为每周期的采样次数, 由香农采样定理确定;uk、ik分别为第k次的电压和电流采样值。
有功功率如公式 (6) 所示:
式中, uAk、uBk、uCk、iAk、iBk、iCk分别为A、B、C三相第k次的采样值。
视在功率如公式 (7) 所示:
式中, UA、UB、UC、IA、IB、IC分别为A、B、C三相的电压有效值和电流有效值。
功率因数为:cosφ=P /S。
2.3 温度A/D采样流程图
温度A/D采样程序由数据采集、软件滤波和温度换算三部分组成, 如图8 所示。
数据采集:定时器1 每10 ms中断一次, 启动A/D转换。
软件滤波:每10 次A/D转换后, 去掉10 个A/D值中的最大和最小值, 其余8 个值的平均值就是滤波结果。
温度换算:根据温度传感器的输出电压与目标温度的公式, 分段线性插值求出某A/D值对应的温度。
3 实例运行
利用该检测装置进行了一些测试, 其中, 电压电流检测使用了实验室的市电, 测得其线电压为393 V, 三相接入不对称电阻RA=87.7Ω, RB=88.5Ω, RC=95.9Ω。测量结果如表1 所示。
通过对同一目标物的相同位置的测温, 对比红外测温枪测得的温度数据与本设计所做温度监测器测得的数据, 结果如表2 所示。
由表1 和表2 可以知道, 本设计测得的三相电流误差约为1%, 三相电压误差约为0.2%, 有功功率误差为 (1 721-1 704) /1 704=0.997%, 频率为50.00 Hz。测得的温度数据与测温枪相比, 平均误差为0.6 ℃。
4 结语
本设计实现了对中压开关柜的重要状态量电压、电流、频率、功率和温度的在线监测, 其中温度检测是用红外测温方式, 解决了与高压电器的安全隔离以及与被测目标的热交换问题, 具有测温范围大、速度快的优点, 而且相对于接触式测温装置供电方案简单, 只需要电池, 且可随时更换。若把本设计与通信模块结合, 则能把每个测量点的数据汇总到主机或者上位机, 在开关柜在线检测应用中会有广阔的前景。
参考文献
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高压隔离开关带电注油装置 篇4
目前,常规变电站多设计为敞开式,导致隔离开关长期运行在自然环境下,其转动部分容易生锈,润滑油容易干涸,而在设备运行过程中又不能直接补充润滑油。因此,操作中经常会发生因分合卡涩、不到位[1,2,3]而导致触头发热、设备损坏的情况,给电力系统的安全可靠运行造成了很大的影响。隔离开关出现此类情况只能停电检修,而一般情况下,设备的维护、停电检修都有一定的周期,非计划停电会造成人力、物力、资源的极大浪费。
为给运行中的隔离开关转动部分注油,以降低分合卡涩、不到位缺陷发生的概率,本文设计了一种高压隔离开关带电注油装置,它能在隔离开关运行过程中对其转动部分补充润滑油。
1 带电注油装置的结构设计
1.1 设计原则
为实现带电注油功能,设计时重点考虑带电注油的安全性和操作的方便实用性。根据《国家电网公司电力安全工作规程》[4],在设备不停电进行操作时,工作人员与带电体应保持足够的安全距离(见表1)。为满足安全性的要求,本装置使用绝缘杆来保证工作人员安全,工作人员在地面通过遥控方式进行注油操作,绝缘杆的长度应大于相应电压等级要求的安全距离。由于绝缘杆太长会增加操作的难度,操作高度太高会造成工作人员视觉偏差,操作久了容易引起视觉疲劳,因此,在绝缘杆的长度大于相应电压等级安全距离的要求下,为保证操作的方便实用性,本文只针对220kV及以下电压等级来设计带电注油装置。
1.2 结构设计
本装置由注油器、绝缘杆和遥控发射器组成,如图1所示。绝缘杆和注油器采用固定工具连接,工作人员操作时应穿戴绝缘手套和绝缘靴,注油时由两人配合进行,一人举起绝缘杆靠近隔离开关转动部分,另一人按遥控发射器上的开/关按钮控制注油器出油。其中注油器由电池、电路板及遥控接收模块、油泵及电机、储油桶等组成,如图2所示。
2 带电注油装置的电路实现及关键问题解决
2.1 电路实现
带电注油装置电路如图3所示。该装置采用直流电源供电,使用充电锂电池;遥控接收模块接收发射模块发射的信号来控制电路通断,使电机带动油泵运转或停止,以实现带电注油功能。
为保证编码范围广并具有一定的保密性,遥控发射模块采用滚动码编码,载波信号在1、0的控制下实现通、断;而遥控接收模块根据载波信号的有无将数字信号还原成1、0,以实现电路的通、断。本装置采用无线射频传输,传输频率为315MHz,接收距离为50m。
在实际应用中,注油量过多会造成浪费,太少又起不到润滑的效果,因此为满足注油量的需求,本文采用延时继电器K来控制注油量。经过现场反复试验,设定延时断开时间为5s。当遥控接收模块接通电路后,电机带动油泵运转注油;5s后,延时继电器K的常闭接点断开,电机失电,注油结束。
2.2 关键问题解决
2.2.1 绝缘及屏蔽问题
现场给高压隔离开关进行带电注油操作时,注油器离带电部位较近,通常在10～15cm,而电路板长期工作在强电场下会产生很强的静电感应,容易击穿电子元件。此外,电力系统通常采用工频交流,由此产生的磁场会对电子元件产生一定的低频干扰。因此,需要对注油器进行绝缘与屏蔽处理。经过大量现场试验,本文对电路板进行了3层绝缘处理,并设计了屏蔽罩,如图2中的电路板及遥控接收模块。
第1层使用瓷瓶专用耐污闪PRTV涂料,对电路板上各金属引脚进行喷涂;第2层使用绝缘热缩管将电路板包裹;第3层使用高分子合成绝缘盒对整个注油模块进行了封盖。屏蔽罩是根据法拉第笼原理来设计的,即将金属笼制作成螺旋状,笼体是一个等电位体,感应的静电附着在屏蔽罩的外表面,罩体内部电位、电场均为零,从而起到屏蔽静电的作用。屏蔽罩采用高导磁率的铁质材料,可抑止低频干扰。
2.2.2 电机回流问题
直流电机在转动时会切割磁力线做功,产生的感应电动势回流到电路板,将造成电路板烧损。为解决此问题,在直流电机正负极之间串联2个电容(中间通过1块铁皮连接),以及时吸收并释放产生的感应电动势。
3 带电注油装置的主要技术参数指标
为保证人身安全和实现带电注油功能,通过参考《国家电网公司电力安全工作规程》、《高压输变电设备的绝缘配合》(GB311)、《带电作业绝缘杆通用技术条件》(GB13398)[5,6],并经过大量现场试验,制定了带电注油装置的主要技术参数指标,见表2。
4 带电注油装置的应用情况及经济效益分析
4.1 应用情况
带电注油装置自成型以来,在河北超高压输变电分公司多座500kV变电站的220kV、35kV隔离开关检修中试用,并连续带电注油30余次,完成了对112组220kV隔离开关的带电注油润滑处理,效果良好。带电注油装置试行如图4所示。目前,该装置已产品化,并在河北省电力公司南网推广使用,带电注油装置成品如图5所示。
4.2 经济效益分析
本文主要从停电经济损失,停电检修人力、物力来分析经济效益。
若发生一起隔离开关分合卡涩、不到位缺陷,需要停电处理,以负荷功率为P=1 000MW的线路为例,假设停电24h,以0.3元/(kW·h)计算,则停电造成的经济损失为72万元;以停电处理备件费、人工费、车辆使用费、耗材使用费8万元来计算,发生一起隔离开关停电检修产生的总经济损失为80万元。由此可见,使用高压隔离开关带电注油装置对设备进行维护,可以避免停电检修,能在很大程度上节约资源和成本,经济效益明显。
5 结束语
高压隔离开关带电注油装置是一种新型的带电维护装置,不仅安全可靠而且方便实用,具有一定的先进性,能在一定程度上减少高压隔离开关分合卡涩、分合不到位缺陷发生的概率,节约了检修成本,保证了电力系统的安全可靠运行,应用前景广阔。
参考文献
[1]李继光.户外高压隔离开关常见故障原因及处理措施[J].电工电气,2011(3):51～53
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[5]GB 2900.19—94中国国家标准汇编[S]
高速开关装置 篇5
光开关及矩阵光开关是在多个光信号通道之间实施信号交换的操作器件, 可以在任何输入端和输出端之间建立信号连接。本项目利用先进光波导技术研制与开发高速集成光开关与矩阵光开关。利用绝缘体硅 (SOI) 技术和硅材料的电光调制效应研制超高速光子开关, 开关速度为纳秒量级;进而利用超短网络结构研制高度集成大规模矩阵光子开关, 这也是本项目两个主要创新点。不仅如此, 这一新型高速光子开关还可以作为一个核心单元形成单芯片微型波长选择开关 (WSS) , 为微型可恢复光插分复用模块 (ROADM) 和微型光交叉连接模块 (OXC) 奠定基础。本项目产品可以用于光通信、光学仪器性能测试、计算机光互连、光传感及光信号控制等。
本项目在其新技术产品的研制中共获得2项中国发明专利, 已经申请正在审批的美国/加拿大专利3项。作为本项目的前期工作, 该项目已经具备了氧化硅波导技术的矩阵光开关的系列型初样 (2x2, 4x4和8x8) ;研制的基于SOI技术的超高速光子开关单元已经处在样品的实验室测试阶段。这一项目产品的成功将使项目的直接产品:小型开关阵列和大规模矩阵开关的性能有一个质的飞跃, 在高速光通信、仪器的自动化测试、计算机光互连和航空航天系统的光信号控制等应用范围将会迅速扩大, 并带来可观的市场效应。
外方提议合作方式:技术转让、技术入股、合作生产。
高速开关装置 篇6
近年来, 在电力系统中, 12~40.5 k V高压开关设备主回路常因接触不良、绝缘老化等原因, 导致触头等电气接点温度异常升高, 造成严重的电力事故和巨大的经济损失。据有关部门对电力安全事故统计, 我国每年发生的电力事故40%是由于主回路过热所致。
12~40.5 k V高压开关设备空间封闭狭小, 发热点不易检测, 目前比较常用的检测方法有变色片、点温仪、红外热成像仪等, 这些方法需要专门值班人员定期巡检, 无法实时在线检测, 更不能对温度异常情况进行及时处置与告警, 不能作为一种有效的预防措施来推广应用。为此, 本文研制了一种实时监测开关设备接触点温度、并能对异常情况及时报警处置的监测装置, 以提高电网运行的安全性。
1 技术原理与结构
高压开关设备触头无线温度监测装置采用无线通信技术进行高压隔离和信号传输, 实时监测高压开关设备触头的温度变化情况, 从根本上解决发热点温度不易监测的难题。
该装置主要由温度在线监测终端和现场汇总通信终端两部分组成, 如图1所示。若干个温度在线监测终端分别安装在高压开关设备各发热点附近, 该监测终端通过温度传感器将采集到的发热点温度数据传输给无线信号收发模块, 由无线收发模块调制后发送给安装在开关设备控制面板上的现场汇总通信终端。现场汇总通信终端通过无线方式接收开关设备各温度在线监测终端发送的温度数据, 最后将温度数据直接就地汇总显示, 并通过RS485串行接口将数据传输至变电站的监控后台, 实现对高压开关设备的智能在线监测和预警[1,2]。
2 硬件设计
2.1 温度在线监测终端
温度在线监测终端由温度传感器、信号转换及发射模块、电流互感器CT线圈三部分组成, 装设于断路器触臂上。如图2所示, 温度传感器贴附于靠近触头的触臂上, 将测得的触头温度通过高温导线传输给信号转换及发射模块;该模块将温度信号处理转换后, 以无线的方式发送给现场汇总通信终端;CT线圈通过电磁感应直接从一次回路取电, 为信号转换及发射模块提供工作电源。
温度在线监测终端各组成部分的设计实现:
(1) 温度传感器:考虑到触头接点处于恶劣的环境条件及温度在线监测终端的安装使用特点, 采用高精度、数字式温度计DS18B20, 其测量范围为-55~125℃, 精度±0.5℃, 具有简单、可靠、体积小等优点, 特别适合开关设备高温季节满负荷运行条件下的稳定运行。
(2) 信号转换及发射模块:主要由单片机MC9S08QG8、专用无线收发芯片MC13202、印制在电路板上的天线以及外围电路组成。MC9S08QG8将温度数据处理转换后, 通过SPI接口传输给MC13202, MC13202将待发送的数据连同温度在线监测终端的地址码等封装成数据包, 经过调制后, 由天线发射出去, 有效地实现高、低压隔离。
(3) CT线圈:供电电源是该类装置的关键技术之一, 必须具有绝热、绝缘及较好的稳定性。解决方案是由CT线圈感应供电。当通过触臂的一次电流达到5 A以上, CT线圈中感应电流通过电源转换器, 为该模块提供了足以正常工作的能量。在设计上, CT线圈采取了整流滤波和一系列保护措施, 使它满足一次电流从40~4 000 A范围变化的条件下可靠工作, 且能承受一次回路高达100 k A的短路冲击电流。
2.2 现场汇总通信终端
现场汇总通信终端由无线接收模块、信息处理模块、温度显示模块、输出接口模块 (含RS485接口和报警输出) 四部分组成, 装设于开关柜的控制面板上。如图3所示, 无线接收模块接收开关设备各温度在线监测终端发送的温度数据, 经信息处理模块解调、处理后, 由温度显示模块就地汇总显示, 并可通过RS485接口将数据远传至监控后台。当温度升至设定上限时, 现场汇总通信终端驱动外接蜂鸣器报警, 并可启动开关设备强迫风冷装置降温。
现场汇总通信终端各组成部分的设计实现:
(1) 无线接收模块:该部分与温度在线监测终端的信号转换及发射模块硬件结构相同, 功能上则接收相应温度在线监测终端发出的数据包, 获取温度数据和地址码, 两个模块的地址码是一一对应的, 用以区分不同的数据包。
(2) 信息处理模块:为确保无线测温装置实时监测和快速准确的性能, 该模块主要由专用、高速ARM微处理器芯片LPC2114及其外围电路组成。该模块除了快速处理并汇总接温度数据, 用于显示输出外;还可以接收用户的按键信息, 设置自身及与其通信的温度在线监测终端的地址、报警温度限值等;此外还可以驱动控制输出接口模块。
(3) 温度显示模块:主要由LCD液晶显示器及其外围电路组成, 在LPC2114的驱动下, 实时滚动显示开关设备各测温点的温度数据。由于高压断路器有A、B、C三相上、下六个触头, 共有六路温度数据循环显示, 方便工作人员就地查看。
(4) 输出接口模块:含R S485接口和报警输出接口等, 当监测数据需要远传时, 经LPC2114处理汇总后的数据, 将通过RS485接口以串行通信的方式传输到监控后台, 实现温度数据的远程在线监测、分析、存储及预警等;当温度数据超过设定的报警限值时, 信息处理模块将驱动报警输出常开接点闭合, 触发蜂鸣器报警, 并可启动开关设备强迫风冷装置。
3 软件设计
由于整个装置由两个终端构成, 所以软件程序的设计也分为一个汇总显示主程序和两个子程序:无线接收模块子程序和采集发射模块子程序。
3.1 汇总显示主程序
汇总显示主程序流程如图4所示。
该程序主要实现通信地址及报警温度的按键设置, 监测数据的汇总、处理、显示及报警输出与数据远传等功能。
其中, 主程序初始化包括:LPC2114系统、时钟、IO口、串口、液晶屏等的初始化;LPC2114与无线接收模块通信, 向其传递采集发射模块的地址, 并令其上传接收到的温度数据;当收到温度数据后, 数据处理并判断是否有超温, 及时进行超温报警, 在液晶屏上显示实时数据, 并根据用户需要进行数据远传。
3.2 无线接收模块子程序
无线接收模块子程序流程如图5所示, 主要接收采集发射模块通过无线发射的温度数据, 并将温度数据上传给汇总显示主程序。
其中, 子程序初始化包括:MC9S08QG8、MC13202、串口等的初始化;程序接收汇总显示主程序传递的采集发射模块地址 (可通过按键设置, 一般有6个, 分别对应断路器A、B、C三相上、下六个触头上的温度在线监测终端) , 然后向这些模块发送数据请求, 并依次接收应答的温度数据, 最终上传给汇总显示主程序。
3.3 采集发射模块子程序
采集发射模块子程序流程如图6所示, 主要完成温度采集、数据转换和无线发射等功能。
程序的许多环节与无线接收模块子程序相似:程序初始化后, 定时采集温度数据, 将数据转换为采集发射模块地址加温度数值的形式, 然后等待现场汇总通信终端的无线接收模块发射的数据请求, 将采集到的数据发射出去。
4 结语
高压开关设备触头无线温度监测装置已装设在35 k V娄塔变1#、2#主变12 k V开关柜上试运行, 装置循环监测开关A、B、C三相上下触头温度, 测量范围-55~125℃, 精度±0.5℃。运行结果表明:
(1) 该装置安装、维护方便, 不降低开关设备原有的绝缘性能;
(2) 采用CT自感应供电, 完全避免了电池工作寿命短、遇高温易爆炸等危险;
(3) 装置的无线发射功率小于10 m W, 能够突破开关柜的金属屏蔽, 且不会对其它设备产生干扰;
(4) 现场汇总通信终端能够实时有效地监测触头温度, 对温度异常情况及时报警, 并可进行数据远传。
整套装置有效地实现了高压开关柜主要发热点的在线监测和预警, 为电网的安全可靠运行提供有力保障。
参考文献
[1]张新荣.基于单片机的多路无线温度监控系统设计[J].工业控制计算机, 2010, 23 (7) :95-97.
高速开关装置 篇7
作为现有无功补偿装置的投/切开关, 不外乎是交流接触器、晶闸管或复合开关等。但使用交流接触器会造成电容器投入时出现很大的涌流现象, 从而使电容器容量下降, 发热严重以至膨胀损坏。使用晶闸管需能解决涌流问题, 但自身导通损耗大以及发热量也大, 需安装散热系统。复合开关是采用晶闸管与接触器接点并联连接方法来克服晶闸管长期工作的导通损耗和发热问题, 但其接线复杂且采用了晶闸管与接触器联接合成造成了投/切开关成本高, 加上晶闸管对电压波动及雷击比较敏感易损坏, 使其可靠性降低。因而, 使用现代电子技术控制机械式开关过零动作, 使机械式开关克服接点产生的预燃与重燃现象而避免产生触点的烧焊, 提高了补偿投/切元件的可靠性和降低损耗及成本。这就是同步开关在无功补偿装置中的应用。
1 交流接触器、晶闸管、复合开关和同步开关作投切元件比较
1.1 交流接触器作电容器投/切元件时会产生较大的合闸涌流现象, 主要是交流接触器三相触头做不到独立分合闸。接触器的响应速度也跟不上负荷的变化, 电容器需投入时而无及时投入, 需切除时而没有及时切除, 从而影响补偿的准确性。再有接触器不能使电容器分相补偿, 投/切时会造成某相过补偿而另一相欠补偿。电弧预燃与重燃现象会造成接触器触头烧焊, 使其不能分断, 然而降低了整个补偿装置的可靠性及使用寿命。
1.2 晶闸管采用“电压过零投入, 电流过零切除”, 需然能够解决交流接触器投切时所产生的合闸涌流现象以及投切的响应速度。但晶闸管导通时会产生很大的损耗, 使补偿装置的功耗增大。其次是工作发热量大, 需加装相应的散热片及散热系统。且晶闸管易受电压波动的影响而损坏。
1.3 复合开关是由晶闸管与接触器并联连接而成的, 在导通与断开瞬间由晶闸管来实现, 通过长期的工作电流则由接触器来接通, 这样就克服了晶闸管长期工作时所产生的导通损耗和发热问题, 也避免了电力电容器在接触器单独作为投/切元件时所产生的涌流。由于复合开关采用晶闸管和接触器并联连接, 使其成本变高且受加工精度及装配技术的影响而变得复杂。
1.4 同步开关技术是近年发展的新技术, 其是使用现代电子技术克服机械式开关的预燃与重燃现象。在无功补偿装置中用作投/切元件的同步开关, 是在电源电压为零的时候闭合 (图1) , 从而使电容器投入时不产生涌流;在电流为零 (电压峰值) 的时候断开 (图2) , 从而使开关接点不产生电弧 (或小电弧) 分断。其克服了现有产品:不能实现相控, 三相负载不平衡时补偿效果欠佳;电容器投/切时会产生过电流对电网的冲击;电容器不能频繁投切;功率损耗和发热量大, 结构复杂和成本较高的不足。
2 同步开关技术难点和解决方法
2.1 同步开关技术难点
机械接点的动作延时时间受环境以及电源等诸多因素影响, 因而控制电路必须具有一定的适应能力, 保证在各种环境条件下都能够实现同步动作。这是同步开关研发的关键技术所在。确定开关接点的动作延时时间不能使用弱电信号来进行测量, 这是由于机械开关在闭合过程中会产生电弧的预燃现象, 在断开的过程中会产生电弧的重燃现象;电弧预燃与重燃现象会引起机械开关触点闭合与断开的状态不一致。因此确定开关接点的动作延时时间必须在接有实际负荷的情况下进行测量。
2.2 同步开关技术难点的解决方法
2.2.1 解决接点的电弧预燃与重燃现象:
机械开关接点在闭合和断开过程可能会产生电弧的预燃和重燃现象。引起其原因是接点行程时间太长。在接点闭合的过程中, 绝缘强度随着动接点与静接点间距离不断的缩小而不断地减弱, 如果在这个过程中两个接点间的电压升高超过接点间隙的绝缘电压, 那么就会出现机械接点电弧预燃现象。同样, 在接点断开的过程中, 绝缘强度随着动接点与静接点间的距离逐渐增加而逐渐增加, 如果在这个过程中两个接点间的电压升高至超过接点间隙的绝缘电压, 那么就会出现机械接点电弧重燃现象。由于工频交流电源频率是50Hz, 相对应的周期是20毫秒。所以电源电压在一个工频周期里会出现两次峰值和两次过零点, 过零时刻与峰值时间的间隔只有5毫秒, 如果接点闭合或者断开的过程比较长时间, 那么在接点闭合或者断开的过程中, 接点间的电压就有若干次达到电源电压的峰值, 因此就有可能发生电弧预燃与重燃现象。接点的行程时间越长, 引起电弧预燃与重燃的现象就越大。
为了克服机械开关的电弧预燃与重燃现象, 最有效的办法就是缩短开关接点的行程时间。通过实验得知, 若机械开关接点在闭合或者断开的行程时间小于5毫秒, 就可以避免开关接点引起的电弧预燃与重燃现象。为了使开关接点在电源电压过零时刻闭合, 务必要提前发送驱动信号。如果开关接点的闭合过程为5毫秒, 那么就要在电压为峰值时发出驱动信号, 在接点动作的过程中, 接点距离和绝缘强度以及接点间的电压都在不断地减小, 直降至电源电压为零时先接合, 因此不会产生开关接点的电弧预燃现象。同样的道理, 为了使接点在电流过零的时刻断开, 也必需提前发送驱动信号。如果接点的断开动作过程为5毫秒, 那么在接点开始断开时, 由于电流为零, 因此没有电弧, 断开以后, 接点距离和绝缘强度以及接点间的电压都在不断地增加。由于接点的断开距离与接点间的电压升高速度一致, 当电压升高至峰值时, 接点已经完成断开动作到位, 有足够的绝缘强度, 因此不会出现开关接点的电弧重燃现象。为达到这一目的, 可以制造具有快速动作接点的机械开关, 但这是比较复杂的, 并且价格会很高。从实验得知, 提高机械开关的线圈驱动电压可以提高机械开关的接点动作速度。由于机械开关的线圈不是长期处于工作状态, 因此适当提高线圈的驱动电压不会对机械开关的安全运行造成影响, 却为克服开关接点产生的电弧预燃与重燃现象提供了有效手段。不仅如此, 由于每一个机械开关接点的行程时间是不一致的, 因此对正确实现同步开关功能增加了难度。提高了接点的运动速度, 也就减小了各个机械开关的动作时间的偏差, 使得同步开关功能比较容易实现。实际测试得知, 如果将机械开关的线圈驱动电压提高至额定电压的两倍不会造成开关损坏, 却可以使开关接点闭合与断开的动作时间减少到5毫秒以内。因此, 我们设计了升压电路来实现这一功能。
2.2.2 解决电源电压波动对接点动作时间的影响:
由于机械开关接点行程时间的快慢受线圈驱动电压的影响, 电源电压波动会影响到机械开关的动作时间, 以致影响了机械开关动作的一致性, 从而确保不了同步开关动作的准确性。为了克服电源电压波动对机械开关动作时间的影响, 我们使用电压反馈补偿技术, 由于单片微机检测机械开关的线圈驱动电压, 根据取样电压值与参考电压值作比较, 以其调整机械开关驱动控制信号的提前时间。若电源电压升高时, 就相应地减少机械开关的操作提前时间;如果电源电压降低时, 也相应地增加机械开关的操作提前时间, 以此来保证当电源电压产生波动的状态下都可以准确地实现同步开关动作的控制。由于实现同步开关的动作控制比较复杂, 我们使用单片微机来进行控制, 因为增加一个电压检测功能是很容易实现的。
2.2.3 解决电容器切除时的剩余电压:
在电容器无功补偿装置中, 电力电容器主要是采用三角形以及星形两种接线方式, 实现电容器共补与分补。但无论那种接线方式, 在电流过零切除电容时都存在异常过高的剩余电压, 其值为系统电压峰值的1.366倍。由于电容器内部放电电阻值很高, 将其电压值下降至50V以下需要较长的时间, 其影响补偿装置的投/切速度。因此, 为了使电力电容器在同步开关控制切除后能在极短的时间范围内将其剩余的异常高电压放掉, 保证电容器的寿命及电容补偿装置投/切时间跟上无功负荷的变化速度, 我们在同步开关控制电路中增加了放电电阻, 在几秒钟时间内就能够将异常的高电压释放掉。我们采用光电耦合器进行控制接入放电电阻。在此同时, 我们还设计电容器的投入为轮换工作制, 即当前已投入工作的电容器, 在下轮同相投入时换为另一组电容器, 这样也能提高电容器的寿命。
3 结束语