节能信号灯和DX3型闪光继电器的配套改造.doc

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1、节能信号灯与DX-3型 闪光继电器的配套改造目 录 1、 目录12、 存在问题23、 故障原理分析24、 DX-3型继电器改造方案65、 改造方法96、 结束语97、 附录参考资料10第一章 存 在 问 题变电站中高压断路器控制、中央信号等电气屏柜上应用信号指示灯较多，用来反映电气设备的各种运行状况。传统 XD-5型信号灯，因其具有结构简单、经济等优点，在变电站直流系统中应用也较为广泛。但XD-5型信号灯在长期使用中我们发现存在故障率高、使用寿命短、功耗大缺点，增加维修工作量及成本，同时给电气设备安全可靠地运行带来一定影响。随着新型节能信号灯的出现，我们对10KV变电站内电气屏柜上信号灯全部进

2、行了更新换代，采用节能型XDJ-1型信号灯替换原XD-5型信号灯，它具有工作可靠、寿命长等优点。更换信号灯后在调试过程中发现，XDJ-1型发光二极管式信号灯正常指示时发光明亮，但在断路器预备分闸、预备合闸及事故跳闸状态时却不能按照要求产生闪光功能，检查闪光装置电路、闪光继电器都未发现异常。后经电路分析和相关试验，最终发现是新信号灯XDJ-1的工作电流与DX-3型闪光继电器的启动电流配合不良所至。由此产生信号灯的更换引起DX-3闪光继电器不能工作的问题。第二章 故 障 原 理 分 析一、 断路器控制工作原理我站10KV配电变压器采用典型保护，其保护原理图（即断路器控制原理图）如图1（见后页）所示

3、。当断路器分别在预备合闸、预备分闸及事故跳闸时，负电源通过“不对应”回路与闪光小母线（+）SM接通，使闪光继电器工作，对应断路器的信号灯（红色或绿色）产生闪光，以警示、提醒电气值班人员。断路器的“不对应”回路是构成闪光回路的主要组成部份，共有三种情况两种电路状态： A：预备合闸及事故跳闸状态时的“不对应”回路，其电路回路通路图如图2所示。图2：预备合闸、事故跳闸时接通的回路图图1：a 断路器控制原理图R电阻2G1150，1000只1装于屏后12GP光字牌XD10220，220V只21LD光字牌XD10220，220V绿色只11HD、2HD信号灯XD5220，220V红色只2KK转换开关LW2-

4、22la、4、6a、40、20/F8只1A交流电流表1BL1A，0100A只1安装在2KP控制屏上的设备VARH电度表DX8 10000/100V，100/5A只1WH电度表DS8 10000/100V，100/5A只1HC直流接触器CZ040C DC220V只11G辅助开关F12只156RD熔断器RL160/35只212RD熔断器RL110/6只2QP切换片YY1S只113LP连接片YY1D只32HD、2LD信号灯XD5 220V只2HA、TA按钮LA1822只2红、绿各12R电阻ZG1150，4000只11R电阻ZG1150，3000只1HWJ合闸位置继电器DZ1-31B 只223XJ信号

5、继电器 DX11，0.025A只11XJ信号继电器 DX11，1A只11SJ时间继电器DS21/C只1BCJ、TBJ中间继电器DZB15B，DC220V 1A只234LJ电流继电器DL21C/20只212LJ电流继电器DL21C/100个2安装在27G（18G）开关柜上的设备符号名称型号及规格单位数量备注设备表设计洪文惠江苏省治金设计院审核杨孚素南通治厂30T电炉炼钢车间设计阶段专 业35KV开关站工 程 号10/0.40.23KV 1000KVA图 号8632钢电变压器原理系统图215图1： b 元件名细表B：预备分闸时“不对应”回路，其电路回路通路图如图3所示，图3：预备分闸时接通的回路图

6、二、 DX-3闪光继电器的工作原理我变电站信号灯闪光装置采用的是由DX-3闪光继电器构成，其工作原理图如图4所示。图4：DX-3闪光继电器构成闪光回路原理图闪光回路工作原理：当断路器与KK控制开关的位置不对应时，即通过断路器“不对应”回路把闪光小母线（+）SM接通至负电源，其电路通路为+XM1RDJ（常闭点）线圈J和并联电容C充电电阻R（+）SM“不对应”回路-KM，使闪光继电器DX-3的线圈J回路接通，但由于充电电容C的作用，线圈J不立即动作，电容C经附加电阻R及“不对应”回路中的信号灯向线圈J充电，（+）SM上电压较低，回路上的信号灯发光较暗。当电容C两端电压上升至线圈J的启动电压时，线圈

7、J动作，J常闭接点打开，切断线圈J的供电回路；J的常开接点闭合，将正电源直接加至（+）SM上，使不对应回路中的信号灯发出明亮的光，其通路为+XM1RDJ的常开接点（+）SM不对应回路-KM。此后，电容C对线圈J放电，使线圈J维持在动作状态，当电压下降至小于线圈J的返回电压时，线圈J复位，常闭接点闭合，常开接点打开，直流正电源又开始经电阻R及不对应回路的信号灯向电容C充电，线圈J的电压不断上升，而（+）SM上电压随着降低，信号灯灯光变暗。当电容C的电压上升至线圈J的启动电压，DX-3型闪光继电器再次动作，重复上述过程，使接在闪光母线（+）SM上的信号灯发出连续的闪光，按钮YA的作用是模拟不对应回

8、路接通作试验动作，信号灯BD在平时作电源监视作用。三、信号灯改造后DX-3闪光继电器工作原理 由于更换节能型信号灯XDJ-1之前变电站各电路工作正常，更换信号灯后除闪光功能以外，断路器控制和中央信号等其它功能都正常，我们初步推断DX-3闪光继电器不工作与更换了XDJ-1型信号灯有关。解剖XDJ-1型信号灯，其结构为发光二极管串联电阻，万用表测量阻值为25K左右，而原XD-5型信号灯串联电阻为2.5K，两种信号灯串联电阻的阻值相差很大，根据闪光动作回路原理图作电路估算，则 XDJ-1型信号灯中串联电阻的电压降过大，造成DX-3闪光继电器线圈不能启动，闪光回路不工作。 为了证实分析推测，我们采用B

9、G-3继电保护综合测试仪进行实验测试，测得数据如下： XD-5信号灯：串联电阻2.5K，全压工作电流85mA XDJ-1信号灯：串联电阻25K，全压工作电流8.8mADX-3型闪光继电器: 启动电压78V, 返回电压43V 电容C = 220uF,电阻R = 1K 线圈电阻RJ = 2.7K 由此计算出线圈J的启动电流: I启=78V2.7K= 28.9mA， 原XD-5信号灯不对应回路工作时线圈J的电流I1： I1220V（2.7K+1K+2.5K）= 35mA,此处计算时为1只信号灯最大电阻工作时,合闸接触器HC线圈电阻较小忽略不计； XDJ-1信号灯不对应回路工作时线圈J的电流I2： I

10、2220V（2.7K+1K+12.5K）= 7.7mAI启, 此处计算时为1只信号灯最大电阻工作时； I2220V（2.7K+1K+25K）= 13.6mAI启,此处计算时为2只信号灯最小电阻工作时； 通过数据测试和理论计算分析，我们判断出DX-3型闪光继电器不能工作原因：采用XDJ-1节能信号灯时不对应回路中的工作电流小于DX-3型闪光继电器线圈J的启动电流，使继电器线圈J不能启动，闪光回路不能工作。第三章 DX-3型闪光继电器改造方案一、改造方案原理 根据DX-3型闪光继电器的动作原理和启动特性，为解决更换信号灯后DX-3型闪光继电器不工作的问题，我们采用电子元件设计了替代DX-3型闪光继

11、电器的新闪光电路，其工作原理图如图5所示。 图5： 新闪光电路原理图该电路用一片TLP631光电耦合元件和继电器J2的常开接点串接在电路791和790之间，代替DX-3闪光继电器，同时将强电与弱电回路进行隔离，提高弱电回路的抗干扰能力和安全可靠性能，工作原理图如图6所示。图6： 新闪光电路接线图新闪光电路工作原理：结合图5，当断路器在正常状态时（即未出现不对应状态时），光电耦合元件中的发光二极管未导通，则三极管V3处于截止状态继电器J1不工作J1常开接点打开三极管V4饱和导通继电器J2工作J2常开接点（继续）闭合，此时闪光小母线（+）SM上无闪信号，无信号灯闪光。当出现不对应回路工作时，不对应

12、回路导通，光电耦合元件TLP631中发光二极管导通发光使其三极管管脚4、5导通三极管V3饱和导通继电器J1吸合工作J1常开接点闭合电容C1被短路三极管V4基极电位下降导致V4截止继电器J2复位J2常开接点打开并切断闪光回路电源同时不对应回路中信号灯熄灭同时光耦合元件TPL631截止使三极管V3截止继电器J1复位J1常开接点打开12V电源通过R3向电容C1充电使三极管V4基极电位逐渐升高直至V4饱和导通继电器J2线圈工作J2常开接点导通不对应回路导通不对应回路信号灯点亮。以上过程是不对应回路中的信号灯点亮、熄灭闪烁的一个周期，重复上述动作过程，回路中信号灯明、暗交替连续闪烁。闪光信号的频率通过R

13、3来调整，时间常数=R3*C1，R3设置为可调电阻。新闪光电路所需12V直流电源就地取于直流屏内，DC220V控制电源经电阻分压，再经一片三端集成稳压器CW7812获取稳定直流电源，此电路比较典型，电路原理图如图6所示。图6： DC12V电源电路原理图三、 元器件选择 新闪光装置中的继电器J1、J2采用超小型封装OMRON-G6A-27/4P型继电器，其线圈动作电流为38 mA，接点最大允许电源为0.5A.三极管V3、V4工作在饱和导通和截止两种状态，选用硅管3DG12，其值大于40。根据继电器线圈的动作电流和三极管的值，按照三极管饱和导通的条件： IBIBSEC/* RC （式中IB为基极电

14、流，IBS为临界饱和时基极电流，EC为电源电压，RC为集电极电阻。），计算取值R1=10K，R2=5.1K，R3取可调20K，R4=1K，C1=220 uF。由于继电器线圈在三极管截止时具有反电势，在其线圈两端并1只1N4001阻尼二极管。光耦合元件根据工作电流IF、ICF值和电路中工作电流的大小选用TLP631型。电源中三端集成稳压器选用CW7812，其输出最大电流1.5A,稳压器输入电压要大于15V小于35V,故R1=1K/50W，R2=95/10，稳压器输出端并联1只电容C以抑制自激振荡，取C=220 uF，同时稳压器输出端装一只发光二极管作电源指示，取R3=1.3K。第四章 改 造 方

15、 法用1.5MM厚的敷铜板一块，按图7所示电路要求腐蚀好，把所有元件安装在上，利用DX-3型闪光继电器外壳及底座，把电路板和元件装入盒内，从屏后接线端子线号791、792处引入控制电源DC220V至新闪光继电器，同时把新继电器相关电路引出接好线，电源的两只分压电阻因功耗较大，装置屏后的空余地方以利于散热,安装接线无误后新闪光继电器即可投入运行。图7：新闪光电路印刷板图第五章 结 束 语变电所的XD-5信号灯和DX-3型闪光继电器经过配套改造后，经过运行使用，动作可靠、性能稳定，未发生任何故障，大大降低了维修工作量和费用，保证高压电气设备安全可靠地运行。通过本次设备的相关改造，也提高了自己的业务水平增长了自己的知识面,受益非浅。附录参考资料目录：1. 实用半导体器件手册编委会，实用半导体器件手册，机械工业出版社，1994.6；2. 清华大学电子教研室，模拟电子技术基础，高等教育出版社，1985.10；3. 清华大学电子教研室，数字电子技术基础，高等教育出版社，1985.10；4. 江苏省电力工业局，变电运行培训教材，水利电力出版社，1988.6修订版；5. 庄跃辉 舒建寅，国内晶体管参数与代换大全，人民邮电出版社，1995.3；6. 工厂常用电气设备手册编委会，工厂常用电气设备手册，中国电子出版社，1998.1二版。