关于高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究 .doc

关于高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究 .doc 关于高速铁路接触网隔离开关远动控制技术的研究 引言 随着高速铁路的快速发展，供电远动技术逐步成熟，可靠性明显提高，但接触隔离开关远动控制依然不稳定，特别是供电运行中曾经出现误动、拒动、误显示等现象，成为供电远动系统中最为薄弱的环节。 1 接触隔离开关远动现状 目前高速铁路接触隔离开关远动控制主要是光纤控制形式光纤控制形式主要是借鉴数字化变电所理念发展而来，其主要特点:一是减少了穿越户内户外控制电缆的数量，降低了外部原因如雷、电等对所内设备的危害;二是控制信号采用了光缆传输，减少了电磁干扰。 但是，该控制形式同时也带来了一些新问题，主要体现在如下方面: (1)RTU 等电子元件置于户外控制箱内，运行环境差，元器件损坏率增高。 (2)控制回路、逻辑判断等变得复杂，环节增多，导致误显示信号等不确定因素增多。 (3)RTU、操作机构控制板等工作电源与操作电源同路，在电源电压不稳定时，造成各个环节不稳定因素增多。 据不完全统计，自高铁开通以来，出现误动10 多次，拒动30 余次，开关位置误显示100 余次，虽经过多次专项整治，但治标不治本，问题和隐患依然存在，没有从根本上得到解决。 2 原因分析 2.1 接触隔离开关误动分析 针对现场实际情况分析得出，接触隔离开关误动原因有以下几方面: (1)RTU 与操作机构信号连线受到干扰，从而误触发操作机构自保持回路，导致开关误动作。经运行发现，干扰信号确实存在，尤其在接触故障时，干扰信号最强烈。如:海南东环，发生接触隔离开关误动后，接触工区会同相关人员在现场进行测量，停掉外部220 V 电源后，依然在此连接线处测量到40,90 V 电压。 值得注意的是，隔离开关操作机构与 RTU 连线还存在另一隐患，如果220 V 电源火地线接反，RTU 出口继电器可能断的是零线，隐患更大，在恶劣天气下，如果连线绝缘降低或瞬间接地，将直接导致误发操作命令。在运行中，接触隔离开关操作机构箱内加热回路经常报非正常工作;京沪高铁德州、徐州、郑州变电所等多个处所，当接触故障时，隔离开关操作机构箱内空气开关发生跳闸。这从另一个侧面印证了确实有感应电压(电流)存在，只不过是干扰了不同的回路。 (2)操作机构出口控制继电器故障，当调度台发出命令后不能执行操作，但操作机构内部保持了这个操作命令，在随后运行中，出口继电器可能恢复，操作命令随即作用导致开关动作。 (3)RTU 的IP 地址冲突，导致操作开关时另一个开关误动。该现象多发生于新更换RTU 后，更换人员不精心所致。 (4)接触隔离开关控制屏操作按钮、PLC误发命令。该类故障 发生在京广高铁武广段，共发生过3 次，经过延时处理已得到解决。 2.2 接触隔离开关拒动分析 针对现场实际情况分析得出，接触隔离开关拒动原因有以下几方面:a.隔离开关操作机构箱内空气开关跳闸。A1、A2、B1、B2 四个空气开关中任意一个开关跳闸都会导致接触隔离开关拒动。运行中跳闸最多的是B1 开关。该现象多发生于接触故障时段，受到干扰所致。b.电子元器件损坏。c.传输通道中断。 2.3 接触隔离开关位置信号误显示分析接触隔离开关位置信号误显示原因有以下几方面: (1)运行中发现，牵引变电所综自交换机在主备通道切换时易误发遥信信号，造成调度台误显示。(FAN) (2)RTU 或操作机构线路板受干扰误显示。 (3)控制电路元器件损坏。误显示会造成调度人员不知所措，如:郑西高铁运行中接触分相处隔离开关显示合闸，调度人员马上进行分闸操作，但显示操作超时不能分闸，6 min 后，开关又自动分闸，至今不知是开关真的动作还是误显示。 3 解决措施 解决接触隔离开关误动、拒动、误显示问题的基本指导思想首先是要消除干扰，其次是要强化控制，即使干扰存在也不会误动。消除干扰除标准施工及认真做好接地外，目前尚无其他好办法，因此，应主要侧重于强化控制。 3.1 防止接触隔离开关误动措施 在现有高铁接触隔离开关的控制方式下，防止误动的措施主要有3 个:一是借鉴直接电缆控制方式的优点，不操作的情况下断开操作电源，实现电机控制回路的双重控制;二是控制命令双端口输出;三是操作电机回路自保持功能的延时释放。 (1)操作机构箱控制电机回路空气开关B1增加远程操作机构，并实现调度的远程操作，不操作时断开该开关。取消A2、B2 开关。由于该开关与控制命令出口接触器串联，起到了电机回路的双重控制作用，因此大大降低了干扰信号导致误动的概率。 (2)控制命令触发回路双断口。将RTU 出口继电器改为双节点，同时断开220 V 控制命令的火、地线，双端口输出比单端口输出降低了干扰带来的误动概率。 (3)将操作机构箱内自保持继电器的自保持功能定时释放，避免在操作时不动，而没有操作时误动。 3.2 防止接触隔离开关拒动措施 B1 开关增加操作机构远动后，不仅消除误动，且达到一举两得的作用，取消了A2、B2 开关，B1 开关正常处于分闸状态，不再会因浪涌动作引起跳闸。同时，低压空气开关应配置辅助接点，将开关位置信号通过远动系统上传供电调度台。 3.3 防止开关位置误显示措施 (1)接触隔离开关监控屏与SCADA 直接相连，不再经过综自交换机。 (2)RTU、操作机构控制模块自检报警，当模块不能正常工作时，向调度台报警，此时，所有开关动作遥信信息将被忽略。 (3)当非远动操作时，B1 开关处于分闸状态，操作电源不被接通，该过程中如调度台出现接 触隔离开关动作信号一般可以判断为误信息而忽略。 4 结语 (1)本文仅对光纤控制方式下接触隔离开关的误动、拒动、无显示的原因进行了分析，提出了改进措施，供者借鉴。 (2)接触隔离开关远动存在的问题同时说明，光纤控制、电缆直接控制两种形式各有利弊，应相互借鉴，取长补短，逐步完善。接触隔离开关远动需要系统的设计，而不能完全依靠不同厂家的产品简单搭接。 (3)对于今后高铁接触隔离开关远动发展方向有待进一步研究。作为水轮发电机组和压力钢管的重要保护设备，机组进水口快速门系统起着至关重要的作用，是快速切断压力钢管水流的安全屏障，其正确动作与否将直接关系到机组的安全稳定运行。2009年俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站发生水淹厂房重大事故，事故调查指出，水电站主控盘上缺少启闭压力引水管道事故检修闸门的备用电源和电源键是事故原因之一。事故发生后，三峡电厂运行维护人员认真吸取该事故的惨痛教训，积极组织对三峡电厂快速门电控系统进行升级改造，进一步提升了系统的安全稳定性。 本文介绍了三峡电厂快速门系统，分析了三峡电厂快速门电控系统远方快速闭门回路改造前控制方式和问题，在此基础上提出了一种三峡电厂快速门电控系统远方快速闭门回路改造技术，并分析了方案在提升系统安全稳定性方面所起的作用。实践明，该方案实施后，可以显著提高机组进水口快速门电气控制系统的可靠性。 三峡电厂快速门系统分为左岸电站、右岸电站、电源电站、地下电站4个部分，其中左、右岸各有14台和12台发电机组，电源电站有2台机组，地下电站共有6台机组，每台机组进水口对应1个快速门，每个快速门由1台液压启闭机进行启、闭操作和控制，1个快速门液压启闭机设一套泵房现地控制站。快速门液压启闭机油缸安装在坝顶厂房进水178.00m高程机房内，泵房现地控制站安装在182.00m高程的专用机房内，启闭机总体布置形式为单吊点，尾部球面或锥面法兰支撑，双作用油缸。 在正常运行状态下，闸门靠自重动水下落关闭，闭门时间约3.5min;在检修状态下进行的闭门操作，闭门时间约20min。 1远方快速闭门回路改造前的控制方式 三峡电厂快速门电控系统控制进水口快速工作门的启闭，对整个闸门控制设备进行动态监视、保护报警，并与电站计算机监控系统远程I/O设备接口，实现集中控制。 电控系统有现地检修、现地自动和远方集控三种控制方式。当处于远方工作状态时，泵房控制柜上除急停、报警确认、消音、加热、快速闭门、快闭解除确认按钮有效外，其他操作按钮无效，所有启闭机动作均由计算机监控系统控制。 当水轮机组发生飞逸事故或引水管发生事故时，闸门可以迅速关闭，快速闭门命令可以通过以下4种方式发出:?泵房控制柜上快速闭门自 锁按钮发出;?电站计算机监控系统远程I/O接点向现地PLC发出;?中控室手动应急回路发出;?机组单元控制室紧急落门按钮发出。 改造前，控制快速门快速动作的启动信号和控制电源均来自远方EL.82m高程的中控室和现地机组LCU控制单元的电站厂房区域，如果发电厂发生事故导致快速闭门回路控制电源异常，甚至消失，远方将不能启动快速闭门，扩大事故，还会引发水淹厂房的严重后果。 为了确保三峡电厂机组的安全运行，提高快速门远方控制的可靠性，对快速门快速闭门回路进行改造，提高其可靠性，使得远方在交直流电源消失的情况下，远方(中控室)仍能发出快速闭门信号，快速关闭机组进水口闸门。 2远方快速闭门回路改造的基本原理 改造前，中控室(远方)快速闭门回路的220VDC操作电源取自厂房机组直流系统、交流220VAC(400VAC)源自厂房内厂用电10kV系统。由于UPS装置比较脆弱(蓄电池容量小，装置损坏率高)，当机组直流系统消失时，远方不能快速闭门;或者，当机组直流系统及厂用电系统同时消失时，现地电控系统24VDC也消失，远方和现地均不能快速闭门。快速门不能及时快闭，将导致发电厂事故扩大，比如发电机飞逸、水淹厂房等重特大事故。(FAN) 改造后，将新增的直流电源同机组直流电源进行冗余;将新增的远方快闭回路同现有的远方快闭回路进行冗余;对CPU供电模块进行冗余。实施了这样3个冗余，在机组直流电源消失，厂用电消失，或二者同时消失时，由于有新增直流电源的支持，快速门24VDC操作电源和远方快速闭门回路220VDC操作电源有了保障，UPS单元亦可以取消改造后，CPU供电、快速闭门回路供电及接线示意图。 具体改造方案如下: 1)增加新的直流系统。在左厂、右厂EL.185m区域各增设一套直流220V电源系统，分别向左厂及电源电站快速门、右厂快速门提供直流操作电源。 2)增加新的快速闭门回路。在每个快速门至中控室新增设一路硬接线方式的快速闭门回路，回路的操作电源由新设的直流220VDC提供，快速闭门操作按钮安装在中控室返回屏。左岸和电源电站快速门的接至左岸中控室，右岸快速门的接至右岸中控室。 3)CPU增设冗余电源。每个快速门电控系统CPU由单一电源模块增设成双电源模块(冗余方式)，两电源模块分别输入220VAC及220VDC。 4)取消UPS电源装置。因UPS电源的功能已被现改造的设备所替代，故取消故障率高的UPS电源。 5)新增快闭控制回路从动控制继电器KA44。为防止快闭控制回路重要控制继电器KA41拒动，特增加从动控制继电器KA44，提高快速闭门控制回路的可靠性。 3远方快速闭门回路改造后系统的可靠性分析 1)每个快速门增设一套直流220V电源系统，分别各个快速门电控系统提供直流操作电源。即使发生水淹厂房或厂内直流系统 事故时，也可以保证机组进水口事故快速门电气控制系统可靠动作，确保快速门系统安全稳定运行。 2)每个快速门至中控室新增设一路硬接线方式的快速闭门回路，回路的操作电源由新设的直流220VDC提供，快速闭门操作按钮安装在中控室返回屏。即使发生事故时，也可以由中控室直接落下机组进水口快速门，可以防止事故进一步扩大，有效避免类似俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站水淹厂房重大事故。 3)每个快速门电控系统CPU由单一电源模块增设成双电源模块，两电源模块分别输入220VAC及220VDC。PLC系统采取冗余方式，一套系统故障时另一套系统可以保证机组进水口快速门控制系统可靠动作。 4)增加从动控制继电器。即使快闭控制回路控制继电器发生拒动，从动控制继电器可以可靠动作，保障了机组进水口快速门控制系统的安全稳定运行。 4结语 水电站机组进水口快速门控制系统的稳定性关系到整个水电站的安全状态，如果水电站机组进水口快速门系统电气设备设计、安装及运行方式等策略不当，在特定事故情况下，机组进水口快速门系统电气设备不能正常发挥作用，水电站将会出现灾难后果。实践表明，通过采用上述措施，可以显著提高机组进水口快速门电气控制系统可靠性。