數碼分段開關原理與檢修:
一種廣東產KD-211型數碼分段開關適用于居家客廳裝飾燈的轉換和調整照明亮度與色彩,以獲得舒適的光感受效果。其特點是只操作一只普通墻壁開關的通斷,就能控制組合燈的三種不同的亮滅狀態。
根據實物測繪出電氣原理圖如附圖所示。該電路核心元件是一只十進制計數器(時序譯碼器)IC HEF4017BP(其16腳為供電端,⑧腳為接地端,14腳為脈沖信號輸入端,15腳為復位端)、兩只12V繼電器和兩只NPN型三極管C945等,構成了兩單元組合電子開關。電路電源通過兩只穩壓二極管VD1和VD2(1N4741A)既作穩壓管又當整流管,巧妙組成了全波整流電路。
一、工作原理分析
1.整流濾波部分
當閉合總開關ZK時,市電的正半周電壓經電容C1降壓限流,穩壓管VD1則當整流管整流,VD2起穩壓作用,D2與VD2同向串聯,提高了VD2的穩壓值約0.7V,D2既提供了市電正半周回路,又對市電負半周起了隔離作用;當市電負半周來臨時,穩壓管VD2則當整流管整流,VD1則起穩壓作用,D1與VD1串聯,使VD1的穩壓值也提高了約0.7V,同樣D1也提供了市電負半周回路,并對正半周起隔離作用;這樣VD1與VD2即形成了全波整流,在VD1與VD2的負端獲得約12V直流電壓,此電壓經C2和C4濾波后,一路為電子開關的兩只繼電器供電,另一路經電阻R5限流為IC 14腳提供過零脈沖信號;同時此電壓又經D8二次整流,C3濾波,為IC HEF4017BP的電源端16腳提供工作電壓。
2.電子開關部分工作原理
當第一次閉合總開關ZK時,由電阻R5提供的脈沖信號,從IC的脈沖信號輸入端14腳輸入,經IC時序譯碼器識別處理,從③腳輸出高電平,使由三極管Q1與Q2和兩只12V繼電器DJ1與DJ2等元件構成的組電子開關都動作,兩只繼電器的常開觸點JK1和JK2都閉合,白色和黃色兩組燈得電全點亮,獲得光線柔和,色彩與色溫都舒適的光感受。
當第二、三次分別閉合總開關ZK時,IC②、④腳分別輸出高電平,使DJ1和DJ2分別動作,相應的繼電器常開觸點JK1和JK2分別閉合,白燈和黃燈就分別各自點亮了。用戶可按需要選擇。
附圖中D3至D6為隔離二極管,分別對Ic②、③、④腳的高電平起隔離作用,使之不會相互干擾電子開關的動作。
二、故障分析與檢修
故障現象:反復接通總開關ZK,很難點亮裝飾燈,有時偶爾能點亮也只有一組白色目光燈亮著。
分析檢修:根據現象認為是ZK接觸不良,或數碼分段開關中有一組電子開關的繼電器觸點燒壞所致。斷開電網輸入的空氣開關,檢查墻壁上的控制開關ZK,通斷都正常,說明故障在于數碼分段開關。拆下數碼分段開關,打開外殼沒有異味,直觀上也沒有損壞的痕跡,遂臨時接一一根電源線,加電測量檢查。當依次通斷市電時,ICHEF4017BP的③、②、④腳分別都有電壓輸出,測量Q1和Q2的發射結有約0.7V電壓,說明Q1和Q2能相應工作在導通狀態,正常。當IC②、④腳分別有電壓輸出時,能聽到繼電器內極輕微的顫抖聲,測得兩只繼電器線圈兩端電壓卻僅為6.5V左右,而當IC③腳有電壓輸出時,連顫抖音也沒有了,繼電器線圈兩端電壓則更低(約為3.6V左右),這不正常。該電壓值與繼電器的標稱值12V相差太遠,根本無法工作。根據此檢測情況,排除了繼電器觸點燒壞之嫌,明顯說明供電部分有故障 。
經檢測,整流濾波部分的VD1、VD2和D1、D2都正常,加電時測量濾波電容C2兩端電壓只有6.5V左右,懷疑C2、C4或C3可能有漏電,拆下這三只電容測量未見異常,于是懷疑降壓限流電容C1(1uF)失效,焊脫C1測量,其容量只有0.23uF,確實已失效。經更換后通電,繼電器發出清脆的吸合聲,測得C2兩端電壓約為9.65V(市電為228v時),經使用,器件工作恢復正常。
從C2兩端實際電壓(9.65V)分析,該機正常工作時,該電壓不足以使穩壓管(穩壓值為11V)擊穿起穩壓作用,設計時實際上多留了余量,使其只在市電超壓時才擊穿穩壓,從而起保護電路工作的穩定性。
1整流濾波部分
當閉合總開關zK時,市電的正半周電壓經電容C1降壓限流,穩壓管VD|則當整流管整流,VD2起穩壓作用,D2與VD2同向串聯,提高了VD2的穩壓值約0.7V.D2既提供了市電正半周回路。
又對市電負半周起了隔離作用;當市電負半周來臨時。穩壓管VD2則當整流管整流,VDl則起穩壓作用。D1與VD1串聯,使VDl的穩壓值也提高了約0.7V。同樣Dl也提供了市電負半周回路,井對正半周起隔離作用;這樣VDI與VD2即形成了全波整流。在VDl與VD2的負端獲得約12V直流電壓,此電壓經C2和c4濾波后,一路為電子開關的兩只繼電器供電,另一路經電阻R5限流為Ic⑩腳提供過零脈沖信號;同時此電壓又經D8二次整流。C3濾波,為lCHEF401'IBP的電源端16腳提供工作電壓。
電子開關部分工作原理
當第一次閉合總開關ZK時,由電阻R5提供的脈沖信號。從lC的脈沖信號輸入端14腳輸入,經Ic時序譯碼器識別處理,從③腳輸出高電平,使由三極管Q1與Q2和兩只12v繼電器DJl與DJ2等元件構成的組電子開關都動作,兩只繼電器的常開觸點JKl和JK2都閉合,白色和$兩組燈得電全點亮。獲得光線柔和,色彩與色溫都舒適的光感受。
當第二、三次分別閉合總開關ZK時,Ic(②、④腳分別輸出高電平,使DJl和DJ2分別動作。相應的繼電器常開觸點JKl和JK2分別閉合。白燈和黃燈就分別各自點亮了。用戶可按需要選擇。
附圖中D3至D6為隔離二極管,分別對Ic②、③、④腳的高電平起隔離作用。使之不會相互干擾電子開關的動作。
把紅線和一根黑線接220V電源(紅線接相線,俗稱火線,黑線接零線),黃線接負載1燈(并聯燈組)的一個頭,白線接負載2燈(并聯燈組)的一個頭,負載1和負載2的另一個頭接另一根黑線(兩根黑線相通,不分)。...
數碼分段開關是通過開關控制,就會產生不同的燈光效果。廣泛應用于白熾燈、熒光燈和節能燈照明中,是一個節能電子產品。 功能:三路四控。 特點:使用一個開關控...
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用單刀單控雙聯開關與二極管連接成雙聯分段開關,雙聯開關可在一條交流電照明開關線路上任意選擇接通雙光源一體式多功率節能燈。一般室內照明電燈開關都是采用一對暗敷開關導線直接控制照明燈,如果一對開關導線要分別控制兩組或組合的一體照明燈通常需使用遙控開關或數字分段開關。用遙控開關控制照明燈成本較高;數字分段開關控制時須反復扳動一個開關操作較麻煩。
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用單刀單控雙聯開關與二極管連接成雙聯分段開關,雙聯開關可在一條交流電照明開關線路上任意選擇接通雙光源一體式多功率節能燈。一般室內照明電燈開關都是采用一對暗敷開關導線直接控制照明燈,如果一對開關導線要分別控制兩組或組合的一體照明燈通常需使用遙控開關或數字分段開關。用遙控開關控制照明燈成本較高;數字
中國南方電網超高壓輸電公司貴陽局的研究人員車曉駿、楊波、徐軍、袁仁彪、劉長發,在2017年第6期《電氣技術》雜志上撰文,介紹了青巖變電站220kV雙母線雙分段接線方式下母差保護的配置方式,對母聯和分段開關在失靈和死區故障情況下母差保護的動作邏輯進行了分析,闡明了母差保護中母聯及分段開關的失靈保護和死區保護的動作原理和動作過程,為運行人員實際處理此類事故時提供了參考。
隨著青巖變電站220kV間隔出線的不斷增多,考慮到地區電網的安全穩定運行越來越重要,青巖變電站進行了220kV雙母雙分段工程改造,把原來220kV的雙母線接線方式改造成為雙母線雙分段接線方式。
雙母雙分段母線運行方式擁有諸多的優點:運行調度靈活,對于母線上的任一線路,可以選擇由該條母線上的電源供電,也可以通過母聯單元或分段單元由其它母線單元電源供電。當雙母雙分段中一段母線停電檢修時,可將檢修母線上的線路單元切換至另一條母線運行,雙母雙分段接線方式需要切換的線路單元減少約一半,可以降低了運行人員的工作量和誤操作風險,運行更加可靠。
當母線發生故障時,母差保護動作跳開其中一條母線,故障影響的回路也減少了約一半,大大增強了電網的可靠性和穩定性。文中對改造后的母線保護配置、母聯及分段開關的失靈和死區保護等相關問題進行分析探討。
1 母線保護配置
圖1中230開關是連接I母和III母的分段開關,240開關是連接II母和IV母的分段開關,210開關是連接I母和II母的母聯開關,220開關是連接III母和IV母的母聯開關。所有間隔包括母聯和分段開關間隔均采用單電流互感器的配置方式。
其中230分段開關的CT在III母側,240分段開關的CT在IV側,210母聯開關的CT在I母側,220母聯開關的CT在III母側。母差保護采用雙重化配置,具體配置如下:I母和II母配置兩套不同廠家的母線保護,分別為第一套微機母線保護(南瑞PCS-915NB)和第二套微機母線保護(深瑞BP-2C);III母和IV母也配置兩套不同廠家的母線保護,分別為第一套微機母線保護(南瑞PCS-915NB)和第二套微機母線保護(深瑞BP-2C)。
I/II母兩套保護和III/IV母兩套保護的保護范圍在兩個分段開關處交疊。以下將分別詳細討論母聯開關和分段開關發生失靈拒動以及死區故障后保護的一系列動作邏輯和動作過程。
圖1 青巖站改造后220kV雙母雙分段一次接線簡圖
2 母聯失靈保護
現以I母上發生短路故障,210母聯開關失靈拒動為例分析母聯失靈保護的動作邏輯。I母上發生短路故障后,I/II母母線保護大差元件動作,判別為母線區內故障,I母小差元件動作,判別I母為故障母線,同時I母復合電壓閉鎖開放,保護出口跳I母上各出線開關、230分段開關和210母聯開關。
由于210母聯開關失靈拒動使得II母上的電源線路經210母聯開關流經210開關電流互感器的短路電流仍然存在,這時保護經母聯失靈延時,封210開關電流互感器電流,即210開關電流不再計入II母小差差流的計算中。
封210開關電流后,由于II母小差只有流入電流而沒有流出電流使得II母小差元件動作,且故障期間母線復合電壓閉鎖元件一直保持開放,保護出口跳II母上各出線開關和240分段開關,整個母線短路故障就此全部切除。上述動作過程的保護邏輯框圖如圖2所示。
總結起來母聯失靈保護的關鍵點在于保護跳開故障段母線的出線和分段開關后封掉失靈拒動的母聯開關電流使得相鄰段母線的小差元件動作來徹底切除故障點。母聯失靈保護的動作后果即為一段母線故障造成兩段母線同時失電。
圖2 母聯失靈保護動作邏輯框圖
3 母聯死區保護
通常把發生在母聯開關和母聯電流互感器之間的故障稱為母聯死區故障?,F以210母聯開關和電流互感器之間發生故障為例說明母聯死區保護的動作過程。值得注意的是,死區故障發生時母聯開關在合位或分位時保護的動作情況不一樣?,F就這兩種情況分別加以討論。
當母聯開關在合位時,由于電流互感器在I母側,I/II母母線保護大差元件和II母小差元件都動作,同時經II母復合電壓閉鎖開放后,保護出口跳II母上各出線開關、240分段開關和210母聯開關。II母上所有開關都跳開后,I母上的電源線路仍然向故障點送短路電流。
這時雖然大差元件動作,但是對I母小差,流入電流等于流出電流,小差元件不動作,故障無法切除。在這種情況下,保護于210母聯開關跳開后經150ms延時使母聯電流退出小差差流計算。封母聯電流后,I母小差元件動作,保護出口跳I母上各出線開關和230分段開關,致此,210開關母聯死區故障全部切除。保護封母聯電流邏輯框圖如圖3所示。
當母聯開關在分位,I母和II母分裂運行時,死區故障發生后,I/II母母線保護大差元件動作,同時母線復合電壓閉鎖被解除,而I母和II母的小差元件均不動作。在這種情況下保護經400ms延時封母聯開關電流。當母聯開關電流不計入小差差流計算后,I母小差元件動作,跳I母上各出線開關和230分段開關,死區故障就此切除。保護封母聯電流邏輯框圖如圖4所示。
圖3 母聯死區保護(母聯開關在合位)動作邏輯框圖
圖4 母聯死區保護(母聯開關在分位)動作邏輯框圖
由以上分析可知,母聯開關在合位時發生死區故障要同時切除兩段母線,造成兩段母線同時失電,故障范圍很大;而母聯開關在分位時發生死區故障只需切除電流互感器側母線,母聯開關側母線則可以繼續正常運行,減小了停電范圍。
4 分段失靈保護
現以I母發生短路故障,230分段開關失靈拒動為例說明分段失靈保護的動作過程。當I母發生短路故障后,I/II母母線保護大差元件動作,I母小差元件動作,同時解除I母復合電壓閉鎖,保護出口跳I母上各出線開關,230分段開關和210母聯開關。
由于230分段開關失靈拒動,保護在跳開其他開關以后故障沒有被切除,這種情況下I/II母母線保護的出口繼電器觸點將一直動作不返回,同時I/II母母線保護經本屏的啟動分段失靈壓板,再經III/IV母母線保護屏的啟動分段失靈壓板向III/IV母母線保護提供啟動分段失靈開入。
這時,III/IV母母線保護在滿足230開關電流大于分段失靈電流整定值以及III母復合電壓閉鎖開放的條件后經分段失靈延時跳III母上各出線開關和220母聯開關,至此故障被徹底切除。分段開關的失靈啟動和動作邏輯回路框圖如圖5—圖6所示。
圖5 I/II母母線保護啟動分段開關失靈保護動作邏輯框圖
圖6 III/IV母母線保護啟動分段開關失靈保護動作邏輯框圖
由以上分析可知,分段失靈保護的動作行為與母聯失靈保護相比有很大的不同。母聯開關失靈后,是在一套母差保護中完成母聯電流封鎖,啟動另外一段母線的小差動作來切除無故障母線上的所有開關。但是分段開關失靈后,需要兩套母差保護的配合,由故障母線的母差保護向非故障母線的母差保護啟動外部失靈回路來切除故障。
5 分段死區保護
與母聯開關的死區故障相比,分段開關死區故障的保護動作行為要復雜一些。同樣,我們以230分段開關在合位和分位兩種情況來討論。首先假設分段開關在合閘位置。當死區故障發生后,由于230分段開關電流互感器位于III母側,所以對I母來說故障屬于區內故障,而對III母來說則屬于區外故障。這時I/II母母線保護的大差元件動作,I母的小差元件動作,同時開放I母復合電壓閉鎖,保護出口跳I母上各出線開關,230分段開關和210母聯開關。在I母所有開關都跳開后,電源線路仍然通過III母向故障點送短路電流。
在這種情況下,III/IV母母線保護裝置檢測分段開關處于分位后延時150ms確認母線分裂狀態,封230分段開關電流,即230開關電流不再計入III母小差差流計算中。此后,III/IV母母線保護大差元件動作,III母小差原件動作,同時III母復合電壓閉鎖開放,保護出口跳III母上各出線開關和220母聯開關,故障被完全切除。保護的動作邏輯框圖如圖7所示。
圖7 分段死區保護(分段開關在合位)動作邏輯框圖
如果230分段開關在分閘位置。當死區故障發生時,兩套母線保護檢測分段開關處于分位并延時400ms確認I母和III母確是分裂運行狀態后封230分段開關電流。封鎖分段開關電流后,I/II母母線保護的大差和小差元件均不動作,而III/IV母母線保護大差元件動作,III母小差元件動作,同時III母復合電壓閉鎖開放,保護出口跳III母上各出線開關和220母聯開關,故障被切除。保護的動作邏輯框圖如圖8所示。
圖8 分段死區保護(分段開關在分位)動作邏輯框圖
由以上分析可知,分段死區故障的切除同樣需要兩套母線保護的配合來完成,而母聯死區故障的切除在一套母線保護裝置中就可完成。保護動作的后果,在兩種情況下也各不相同:分段開關在合位時,保護動作需切除分段開關連接的兩段母線,引起的停電范圍很大;而分段開關在分位時,保護動作只需切除電流互感器側母線,分段開關側母線則可以繼續正常運行,減小了故障引起的停電范圍。
但理論上來說,母線并列運行時發生分段死區故障,只需切除230分段開關和III上所有連接開關,不需要切除I母。而實際結果確是I母先被切除了,保護在230分段開關跳開后經150ms延時才切除了III母,不但擴大了停電范圍也沒能在第一時間瞬時切除故障。
這樣的情況在母聯死區故障(母聯開關在合位)時也是一樣。這是母聯開關和分段開關只有單側電流互感器死區故障保護的一個顯著缺點,優點是只用一組電流互感器,節約了成本且保護的二次接線簡單。
6 結論
1)雙母雙分段接線方式下,母聯失靈保護和母聯死區保護都只在一套母線保護里完成,而另一套母線保護不動作。
2)分段失靈保護和分段死區保護需要兩套母線保護的配合才能完全切除故障。分段失靈保護是一套母線保護動作不返回,啟動外部分段失靈回路給另一套母線保護提供分段失靈開入來最終切除故障;分段死區保護在封鎖分段開關電流后,也需要另一套母線保護的配合來切除故障。
3)母聯失靈故障、母聯死區故障(聯絡開關在合位)、分段失靈故障和分段死區故障(聯絡開關在合位)都需要切除兩段母線才能將故障點徹底隔離,停電范圍很大;母聯死區故障(聯絡開關在分位)和分段死區故障(聯絡開關在分位)只需要切除電流互感器側的母線就能將故障點隔離,減小了停電范圍。
4)對于聯絡開關在合位時,母聯死區故障和分段死區故障母線保護無選擇性且不能第一時間瞬時切除故障擴大停電范圍的問題還需要進一步研究探討,相信隨著繼電保護技術理論的不斷發展創新,這個問題定能得到完美解決。
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直流混線的查找方法:
1、斷開二母線絕緣監察裝置接地點,合上分段開關,將二母線上負荷倒至一母線,拉開分段開關。
2、測量一母線對地電壓,正極對地為+110V,負極對地為-110V,二母線對地電壓為正極對地為0V,負極對地為0V。
3、將直流負荷依次倒至二母(倒前合分段開關,倒后拉分段開關),并檢測二母對地電壓,當正對地或負對地電壓有電壓指示時,表明該負荷與一母之間有直流混線。
4、確定出混線的直流負荷后,可采用瞬斷負荷電源的方法,進一步查找,直至查出混線原因。
1、對帶有母聯開關和分段開關的母線要求開關失靈保護應首先動作于斷開母聯開關或分段開關,然后動作于斷開與拒動開關連接在同一母線上的所有電源支路的開關,同時還應考慮運行方式來選定跳閘方式。
2、開關失靈保護由故障元件的繼電保護啟動,手動拉開開關時不可啟動失靈保護。
3、在啟動失靈保護的回路中,除故障元件保護的觸點外還應包括開關失靈判別元件的觸點,利用失靈分相判別元件來檢測開關失靈故障的存在。
4、為從時間上判別開關失靈故障的存在,失靈保護的動作時間應大于故障元件開關跳閘時間和繼電保護返回時間之和。
5、為防止失靈保護誤動作,失靈保護回路中任一對觸點閉合時,應使失靈保護不被誤啟動或引起誤跳閘。
6、開關失靈保護應有負序、零序和低電壓閉鎖元件。對于變壓器、發電機變壓器組采用分相操作的開關,允許只考慮單相拒動,應用零序電流代替相電流判別元件和電壓閉鎖元件。
7、變壓器發生故障或不采用母線重合閘時,失靈保護動作后應閉鎖各連接元件的重合閘回路,以防止對故障元件進行重合。
8、以旁路開關代替某一連接元件的開關時,失靈保護的啟動回路可作相應的切換。
9、某一連接元件退出運行時,它的啟動失靈保護的回路應同時退出工作,以防止試驗時引起失靈保護的誤動作。
10、失靈保護動作應有專用信號表示。