自动化机房电源空开跳闸报警系统的设计

摘 要

文章介绍了在自动化机房各屏柜的电源空开旁加装一声光报警系统，当电源空开发生脱落时，会同时带动辅助接点动作。该辅助接点与自行设计的声光报警系统相连，从而触发声光报警系统发出报警信号，提醒自动化维护人员及时、快速地进行问题排查，保障调度自动化系统可靠、稳定运行。文中还阐述了声光报警系统的结构、原理。

【关键词】空开跳闸 辅助接点 声光报警器 复位回路

1 前言

随着电力需求的日益增加，电网规模不断扩大，不同电压等级的变电站相继投入运行。为了保证电力系统的安全与可靠运行，除了要求一次系统的坚实、科学与合理外，对操控一次系统的二次系统也提出了很高的要求。作为二次系统的主要部分，自动化系统主要用于电气量的采集、分析与传输和对电气设备（如断路器、隔离开关等）的状态监视、控制、调节。然而，自动化系统中多为用电设备，近年来由于二次回路故障造成的自动化设备失电事故不断发生，因此，当务之急是提高交、直流供电电源的可靠性。

为此，我公司对地调自动化机房进行电源改造，所有设备屏柜均配备来自两不同UPS配电柜的电源，以空气开关作为电源和用电设备的物理节点，用以保证持续不断地为各自动化设备提供电源。但是，在实际应用中发现，当其中一路电源空开跳闸时，虽不影响自动化设备的正常运行，但却在无形中降低了设备运行的可靠性。因此，经过长期的摸索实践，需设计一电源空开跳闸报警系统。当机房电源空开发生脱落时，报警系统能够发出警示，提醒自动化维护人员及时进行问题排查，保障调度自动化系统可靠、稳定运行。

2 电源空开跳闸报警系统

2.1 电源空开跳闸报警系统的设计思路

目前，我公司地调自动化机房共有屏柜23面，各屏柜中均安装有来自两不同UPS配电柜的电源空开。一般情况下，机房屏柜的电源是双路供电，能够持续不断地为自动化设备供电。长期以来，失电故障报送信息是通过当值人员的巡视、用户上报、计算机实时监控等途径获得，当其中一路电源空开跳闸时，当值人员无法在第一时间获得设备失电信息，检修人员很难迅速到达故障现场进行检修，降低了设备运行的可靠性。同时，由于故障信息上报不及时很有可能延误设备的最佳检修时间，造成电力安全生产事故。

基于这个想法，对于无人值班的设备机房，借助有效的安全技术手段来控制和杜绝设备失电的发生，是一项长期而重要的工作。因此，设计了电源空开跳闸声光报警系统，即在空开旁加装声光报警器。

2.2 电源空开跳闸报警系统的结构

如图1所示，空开跳闸声光报警系统结构图。报警系统由常开辅助接点nKS、声光报警回路、复位回路三部分组成。

2.3 电源空开跳闸报警系统的工作原理

这里，我们采用的是一种多路声光报警器，可把多种控制信号，诸如电源空开跳闸、控制回路故障、主变分接头故障等场所相对分散的重要信号，通过电缆汇集到一起，实现对信号的集中监视和统一管理。

如图2所示，模块A与R1构成直流稳压电路，作为整个报警回路的电压源；定时器555（1）与R2、R3、C1构成低频振荡器，作为各分路报警灯的公共信号源；定时器555（2）与R4、R5、C2构成高频振荡器，作为报警电路的信号源；1ks～nks为各电源空开的辅助接点，当电源空开KZ发生跳闸时带动辅助接点闭合；LED1～LEDn为相应分路报警信号指示灯；V1～Vn为光电耦合器，用来控制各路信号的闪光指示；光电耦合器V、三极管T、扬声器P组成公用响铃报警电路。

当合上开关S，报警电路所需的工作电源即通过电压转换模块A将交流220V转化为直流稳压电源，调整电阻R1使模块A的4、5管脚间输出12V稳定的直流电压。

若电源空开不发生跳闸，则辅助接点均处于断开状态，无声光报警信号，设备运行正常；若短路或是过流导致空开KZ跳闸，那么将带动与之对应的常开辅助接点nKS闭合，12V稳压电源通过nKS加至光电耦合器Vn，Vn中发光二极管点亮使得光电三级光因受到光照而导通，这样555（1）定时器输出的低频信号通过光电三极管加到LEDn，使之随着振荡频率不停的闪烁。555（2）定时器输出的高频信号通过光电耦合器V加至三极管T的集电极，驱动扬声器发出报警声。

当发生多路空开跳闸时，与之相对应的辅助接点闭合，触发报警指示灯闪烁，并且启动公共响铃报警，运行维护人员可根据报警指示灯快速定位故障发生点，及时消除缺陷。

2.4 主要元器件参数

555定时器：采用NE555定时器。

扬声器P：采用额定阻抗Z=8Ω，额定功率是0.25W的电动扬声器。

三极管T：选择NPN型，其放大倍数β>80。

为确保报警器能够正常工作，报警回路中选用了同一型号的发光二极管和光电耦合器，以保证管压降基本相同。

2.5 复位回路的工作原理

在试验阶段还发现，当空开跳闸时，声光报警系统确实能够提供实时正确的故障信息。但是，当空开闭合恢复送电时，报警系统依然还在动作，这就需要再设计一复位电路，如图3所示。

闭合电源空开，恢复送电，此时复位电路中ZJ继电器的3、4接点闭合，而电源空开来电后的前2s时间内，继电器YS的接点1和9连通，闭合电路见图3。这就相当于将无线控制器“布防”按键内的A、B金属条向下按压，发出“布防”信息。来电2s后，YS继电器的延时时间到，接点倒向5，断开复位电路中的通路，相当于按下的A、B金属压条键弹起，这样即解除了电源空开跳闸恢复后报警系统持续报警的问题，并将报警器预置在“布防”状态，从而达到自动复位的目的。

3 电源空开跳闸报警系统的应用

为了验证电源空开跳闸报警系统的实时有效性，分别在新源集控自动化机房和地调自动化机房的部分设备屏柜上进行了试点安装。试用期内两次准确报送空开跳闸故障，检修及时，收效明显。

在电源空开跳闸报警系统设计的启发下，针对于不同的用途，设计了机房温度报警系统、交换机故障报警系统，并分别在配网自动化机房、地调自动化机房进行试验，均收到良好的效果。

4 结束语

电源空开跳闸报警系统的使用，真正做到了实时监测，当机房电源空开发生脱落时，报警系统能够发出声响，在第一时间给当值人员以警示，提醒自动化维护人员及时进行问题排查，有效地降低了因电源空开跳闸造成设备失电的可能性，防止事故发生，保障了调度自动化系统可靠、稳定运行。

参考文献

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作者简介

倪倩倩（1990-），女，河北省廊坊市人，学士，现为冀北电力有限公司廊坊供电公司助理工程师。研究方向：电气工程及其自动化。

薛恒宇（1992-），男，河北省廊坊市人。研究方向：电气工程及其自动化。

作者单位

1.冀北电力有限公司廊坊供电公司 河北省廊坊市 065000

2.上海同济大学 上海市 200092

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