论广播电视台高压10kV缺相的检测与报警

论广播电视台高压10kV缺相的检测与报警

赵少校

河南广播电视台104台河南郑州450000

摘要：随着广播电视技术的发展，对电能的可靠性、稳定性提出了更高的要求。然而，在配电系统的实际运行维护过程中，发现了一些经常出现却又较为棘手的问题，例如10kV配电线路缺相，造成停播事故，造成党的喉舌中断，同时也会给全台职工生活带来极大不便。本文结合我台实际情况，在我台主变低压侧取采样信号来实现对高压侧缺相的显示和报警，减少了缺相故障的判断时间，加快了故障的处理速度，减少了停播时间，更好的完成我台的安全播出工作。

目前，我台高压采用两路完全独立的10kV电源供电，工作中互为备份。有效的保证了我台发射机的安全稳定运行。但是，由于我台高压控制系统对缺相现象不能处理，为我台安全播出带来了一定的影响。我在值班过程中，曾经遇到两路供电线路中的其中一条连续三天出现高压10kV缺相现象，造成了我台发射机连续三天出现停播事故，究其原因就是供电变电站设备陈旧、老化造成的。为了保证我台的安全播出，我们无力改变上级变电站的设备现状，但我可以立足我台现有设备想问题，找办法，为了攻克这个难题，我查阅了大量的国内、外的技术资料，做了好多测试，终于在2014年研制出了10kV高压缺相的检测与处理电路，电路的电源部分采用我台现有设备UPS电源供电，不受外电的影响。本电路具有三大特点

1、该电路从变压器低压侧取采样信号、制作简单、安装方便、价格低廉，工作稳定。

2、本电路能及时检测到缺相、停电现象并能快速显示和报警。

3、本电路不对高压操控系统进行改动，因此，不影响原高压操控系统的自动控制

此项功能目前在国内、外其它同类产品上还尚未发现。本文就对该电路做一些简要介绍。

一、10kV高压缺相的检测与处理电路方框图（图一）

就缺相来讲，造成缺相的原因一般有两种，一是10kV输电线路较长，路径相对复杂，故障率较高，线路易发生意外事故造成缺相现象。二是因为上级变电站设备陈旧、老化等原因造成缺相现象。不论是什么原因造成的缺相现象，对我们电台来讲，都和停电一样造成停播事故的发生。目前我台对高压缺相的判断是根据高压进线柜下柜户内三相电磁感应指示灯来判断的，正常工作时，三个指示灯都亮，若那个指示灯熄灭，就表示相对应的那一相缺相。但是上级变电站由于其它供电线路的原因也能造成我台高压进线柜下柜户内三相电磁感应指示灯其中一相指示灯熄灭。这种现象在值班过程中多次遇到，给我们造成了很大的苦恼，遇到这种情况，我们会采取两个步骤，一是观察发射机有无停播，二是到低压室测量低压母线电压是否正常。

我台使用的是两条10kV供电线路1#线和2#线，它们在工作中互为备份，因此也需要两套10kV高压缺相的检测与报警电路来分别对1#线和2#线进行检测与报警。此电路包括四部分，1、采样处理电路，2、缺相显示电路，3、报警电路，4、电源电路。方框图见图一。

二、采样处理电路

1、电路组成（电路图见图三）

它由采样电路、比较电路、两个三输入与非门组成。以A相母线为例来说明

（1）、采样电路是由R1、R2、R3、R6、D3、C1组成，将从低压A相母线取出的230V电压经分压、整流、滤波、限流后得到直流模拟量4.5V，送入比较器U1A的同相输入端。当母线电压变化时，直流电压也随着变化。

（2）、比较电路采用的是LM339，它有两个输入端即同相输入端（+端）和反相输入端（-端），其中反相输入端接入基准电压3V，当同相输入端电平高于反相输入端电平时，电压比较器输出高电平，反之输出低电平。基准电压是如何设定的呢？我们都知道10kV降压变压器高压端是△接法，低压端是Y型接法，以满足用户所需要的380V和220V电压，缺相分两种情况，一是高压端缺相，二是低压端缺相。当高压端缺相时，例如A相缺相，反映到低压端，ｂ相电压不变，ａ相和ｃ相电压是ｂ相电压的一半，即ｂ相电压为２３０Ｖ时，ａ相和ｃ相电压为115V。若B相缺相，反映到低压端，c相电压不变，ａ相和b相电压是c相电压的一半，若C相缺相，反映到低压端，a相电压不变，b相和c相电压是a相电压的一半。115V电压经过采样电路送到电压比较器同相输入端的模拟量为2.2V，为了保证电路的可靠工作，将电压比较器的反相输入端的基准电压设定为3V。

当低压端缺相时（变压器低压侧发生断线），此时缺相的那一相靠近变压器低压端一侧有电压无电流，另一端无电压。非断线两相因相线和中性线仍能构成回路，所以能正常供电不受断线相影响。

（3）、三输入与非门采用的是74LS10，它有三个输入端A、B、C，一个输出端Y，图二是它的真值表，从真值表中可以看出，它的三个输入端有一个为低电平时他都输出高电平，只有三个输入端都为高电平时，它才输出低电平。

2、采样处理电路作用

检测A、B、C三相低压母线是否工作在正常状态，三相电压正常的情况下采样处理电路输出高电平，缺相或者停电时输出低电平。

3、工作原理

以低压A相母线为例来说明，当电压正常时，从A母线取出的电压经采样电路得到直流模拟量送至比较器U1A同相输入端，电压为4.5V，与U1A反相输入端电压即基准电压为3V进行比较，此时电压比较器U1A同相输入端电压高于反相输入端电压，电压比较器U1A输出高电平。当A相母线缺相时，U1A反相输入端基准电压3V高于同相输入端电压2.2V，比较器U1A输出低电平。

当A、B、C三相母线电压正常时，三个比较器U1A、U1B、U1C都输出高电平，与非门U2A输出低电平，U2B输出高电平。

当A、B、C三相母线电压缺相时，如缺A相，比较器U1A输出低电平，U1B、U1C输出高电平，与非门U2A输出高电平，U2B输出低电平。

当A、B、C三相母线电压都失电即停电时，比较器U1A、U1B、U1C都输出低电平，与非门U2A输出高电平，U2B输出低电平。

4、采样点的设置

A、B、C三相采样电路的采样点选取在低压进线开关的上端，不受低压进线断路器的控制。

三、缺相显示电路

1、电路组成（见图四）

它由三个BCD-七段译码器（74LS248）U1、U2、U3和三个数码管U4、U5、U6组成。

译码器74LS248的功能在延时电路中已有详细介绍，在这里不做重复叙述。译码器U1、数码管U4，译码器U2、数码管U5，译码器U3、数码管U6，分别对应低压母线A、B、C三相，即数码管显示的1对应A相、2对应B相、3对应C相。

译码器U1的四个输入端中B、C、D端与地之间分别接R1、R2、R3电阻，输入端A接A相采样处理电路输出信号。三个控制端LT、RBI、BI/RBO同时与输入端A相接，当A相电压正常时，四个输入端DCBA=0001，数码管U4显示1，若A相电压缺相时，四个输入端DCBA=0000，数码管U4无显示。

译码器U2的四个输入端中A，C，D端与地之间分别接R6、R5、R4电阻，输入端B接B相采样处理电路输出信号，三个控制端LT、RBI、BI/RBO同时与输入端B相接，当B相电压正常时，四个输入端DCBA=0010，数码管U5显示2，若B相电压缺相时，四个输入端DCBA=0000，数码管U5无显示。

译码器U3的四个输入端中C、D端与地之间分别接R8、R7电阻，输入端B、A连在一起接C相采样处理电路输出信号，三个控制端LT、RBI、BI/RBO同时与输入端B、C相接，当C相电压正常时，四个输入端DCBA=0011，数码管U6显示3，若C相电压缺相时，四个输入端DCBA=0000，数码管U6无显示。

2、工作原理

当A、B、C三相低压母线电压正常时，显示电路按A、B、C三相顺序分别显示1、2、3，当有缺相发生时，如B相缺相，则数码管U5无显示，此时数码管只显示1、3，很直观的将缺相的母线表现出来。电阻R9是调节数码管的亮度。

四、报警电路

1、电路组成（图五）

它由两个555电路U1、U2及其外部元件R1、R2、R3、R4、R5、C1、C2、C3和反相器U3、双向模拟开关U4、耦合电容C4、扬声器组成。

两个555电路U1、U2都构成多谐振荡器，U1组成的第一个振荡器的振荡频率f=1/0.7*(R1+2R2)*C约16HZ，U2组成的第二个振荡器的振荡频率受到CON脚电压的调制，因为CON脚所加的是U1振荡器输出端矩形波信号，所以U2振荡器输出的频率是变化的。U1振荡器输出为高电平时，通过电阻R4使U2的CON脚电压抬高，使得C3充电时间变长，振荡周期也相应变长，频率降低。U1输出为低电平时，使U2的CON脚电压降低，C3充电时间变短，其振荡周期也相应变短，频率升高。因此，U2输出的波形是高低频率相间的（见图五）。

反相器U3的作用是当出现缺相时将送来的低电平信号变为高电平信号，去控制U4的控制端。

双向模拟开关U4的作用是控制振荡器U2输出信号的导通和断开。

C4是耦合电容，它有隔直流作用，将音频信号送入扬声器。

扬声器的作用是发出高低音相间的音响，提醒值班人员有故障发生。它的输入波形见图六。

2、工作原理

当A、B、C三相低压母线电压正常时，采样处理电路送来一个高平，经U3反相后输出低电平，双向模拟开关U4处于高阻态，即断开状态，

扬声器没有声音。当线路缺相或停电时，采样电路送来一个低电平，经U3反相后输出高电平，双向模拟开关U4导通，经C4电容耦合扬声器得到一个高低音相间的信号，发出声音报警。

五、电源电路

它有两组电源分别是5V、12V。（见图七）

我台UPS电源总共有18块12V蓄电池串联构成，为了保证电路稳定工作，所有电路电源都采用UPS电源供电。5V电源由R1、R3分压供给，选取元件时，R1、R2、应选功率较大的电阻。K为电源开关,C1为滤波电容。

参考文献:

冯惠明,10kV配电变压器缺相运行分析《华东科技：学术版》2013年第8期