廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局 吳江雄 楊 鑫 程向輝

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力的需求也越來越高，變電站作為電力供應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正在逐步經(jīng)歷人工化、自動(dòng)化、智能化的發(fā)展過程。繼電保護(hù)作為變電站的一項(xiàng)重要組成功能，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很高的信息化、智能化水平，但在保護(hù)壓板的操作上還是主要通過人工操作的方式實(shí)現(xiàn)，這種方法極大消耗了人力資源成本，且非常容易出現(xiàn)漏投、錯(cuò)投現(xiàn)象，與電力運(yùn)維智能化的要求相背離。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的大規(guī)模推進(jìn)，變電站設(shè)備種類越來越多，保護(hù)裝置功能越來越全面。保護(hù)壓板的作用是連接繼電保護(hù)設(shè)備和外部接線，保護(hù)壓板的正確投入與否會(huì)直接影響到繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性。為了保證智能電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性，本文提出了一種基于短距離無(wú)線通信的智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)保護(hù)壓板狀態(tài)的監(jiān)控，避免出現(xiàn)由于保護(hù)壓板狀態(tài)異常導(dǎo)致的誤保護(hù)或不保護(hù)現(xiàn)象。該系統(tǒng)經(jīng)過試點(diǎn)應(yīng)用，較好實(shí)現(xiàn)了對(duì)保護(hù)壓板狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，大幅度提高了繼電保護(hù)運(yùn)行管理的自動(dòng)化程度和繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性，適宜進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

1 保護(hù)壓板

保護(hù)壓板又可以稱之為連接片，其作用是實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置與外部接線的連接。保護(hù)壓板狀態(tài)的正常與否直接關(guān)系到繼電保護(hù)裝置能否正常執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作邏輯。保護(hù)壓板可分為功能壓板和出口壓板兩種類型。進(jìn)行投入或退出功能壓板的操作時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置的功能也應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的投入和退出，例如差動(dòng)保護(hù)壓板、零序保護(hù)壓板都屬于功能壓板；進(jìn)行投入或退出出口壓板操作時(shí)，也會(huì)對(duì)應(yīng)投入或退出繼電保護(hù)裝置開關(guān)的跳閘出口，例如重合閘出口壓板、開關(guān)跳閘出口壓板等都屬于出口壓板[1]。

當(dāng)前我國(guó)的變電站中，保護(hù)壓板的投入和退出操作和維護(hù)，在通常情況下都是由變電人員在變電站現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)完成的，完全沒有達(dá)到自動(dòng)化的基本要求[2]。在智能電網(wǎng)中，相當(dāng)多的電氣設(shè)備都達(dá)到了很高的自動(dòng)化水平和智能化程度，但保護(hù)壓板由于其自身的特殊性，自動(dòng)化和智能化水平相對(duì)較低[3]。雖然很多地區(qū)都結(jié)合自身實(shí)際的電力運(yùn)營(yíng)狀況針對(duì)保護(hù)壓板的特殊性制定了一些操作措施，但受限于管理水平和技術(shù)能力，由于誤投入保護(hù)壓板和漏投入保護(hù)壓板造成的電力故障仍然頻繁發(fā)生，并沒有從根本上解決保護(hù)壓板投入和退出操作自動(dòng)化程度、智能化程度較低的問題[4]。

針對(duì)保護(hù)壓板操作自動(dòng)化、智能化程度較低的問題，結(jié)合保護(hù)壓板的工作特點(diǎn)，細(xì)致分析了智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)的功能需求：

保護(hù)壓板的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)壓板狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)保護(hù)壓板出現(xiàn)變位時(shí)，系統(tǒng)要能夠及時(shí)檢測(cè)到變位狀態(tài)并發(fā)出報(bào)警提示[5]；保護(hù)壓板的遙控操作。能夠基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及保護(hù)壓板上的執(zhí)行設(shè)備，在主控中心對(duì)保護(hù)壓板進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，進(jìn)行壓板的投入或退出操作；保護(hù)壓板的狀態(tài)巡檢操作。能夠基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一鍵式的保護(hù)壓板狀態(tài)巡檢，并自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，提高保護(hù)壓板的運(yùn)行維護(hù)效率。

保護(hù)壓板智能狀態(tài)對(duì)比。以一次設(shè)備的運(yùn)行方式為基礎(chǔ)，設(shè)定二次設(shè)備保護(hù)壓板的運(yùn)行方式作為狀態(tài)基準(zhǔn)。通過上位機(jī)軟件實(shí)施監(jiān)測(cè)保護(hù)壓板的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并于設(shè)定的狀態(tài)基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如果出現(xiàn)不一致的情況，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示；保護(hù)壓板誤操作防護(hù)。保護(hù)壓板的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與遙控功能，作為子功能嵌入到變電站的防誤操作系統(tǒng)中，制定保護(hù)壓板與對(duì)應(yīng)一次設(shè)備、保護(hù)壓板與保護(hù)壓板之間的誤操作防護(hù)邏輯，一旦保護(hù)壓板出現(xiàn)誤操作的情況，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警提示；壓板精益管理操作。能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)壓板投入或退出操作，保護(hù)壓板位置變動(dòng)等相關(guān)信息的自動(dòng)化記錄，以便進(jìn)行信息的查詢與追溯。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 系統(tǒng)基本組成

保護(hù)壓板智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)包括了智能遙控保護(hù)壓板、壓板采集裝置、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、通信控制單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、保護(hù)壓板管理主機(jī)等。具體的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)組成架構(gòu)

保護(hù)壓板管理主機(jī)和通信控制單元都接入到以太網(wǎng)交換機(jī)上，通信控制單元通過RS485接口連接到無(wú)線網(wǎng)關(guān)，智能遙控保護(hù)壓板通過RS485接口連接到無(wú)線網(wǎng)關(guān)，保護(hù)壓板采集裝置先接入到采集器上，采集器再通過RS485接口連接到無(wú)線網(wǎng)關(guān)。

保護(hù)壓板管理主機(jī)先通過以太網(wǎng)將遙控指令下發(fā)到通信控制單元，通信控制單元將遙控指令通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送出去，與智能遙控保護(hù)壓板相連的無(wú)線網(wǎng)關(guān)接收到遙控指令后，智能遙控保護(hù)壓板會(huì)根據(jù)遙控指令對(duì)保護(hù)壓板進(jìn)行投入或退出操作。同時(shí)，智能遙控保護(hù)壓板的狀態(tài)信號(hào)和保護(hù)壓板采集裝置采集到的保護(hù)壓板信號(hào)通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)返回到保護(hù)壓板管理主機(jī)，這樣就實(shí)現(xiàn)了保護(hù)壓板狀態(tài)及遙控的雙確認(rèn)。智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)可以通過專用的網(wǎng)絡(luò)通道，在主控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)壓板的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程遙控操作。

2.2 智能遙控壓板

智能遙控保護(hù)壓板通常情況下都會(huì)采用線簧式壓板的基本結(jié)構(gòu)，這樣能夠保證與傳統(tǒng)的保護(hù)壓板在外觀上和二次回路結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性。智能遙控保護(hù)壓板后部會(huì)配置有動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和狀態(tài)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括了精密電機(jī)、電機(jī)減速器、配合機(jī)構(gòu)等，狀態(tài)檢測(cè)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)保護(hù)壓板狀態(tài)的檢測(cè)，并通過網(wǎng)絡(luò)通信或硬線接線的方式向外部傳輸，網(wǎng)絡(luò)通信方式采用RS485通信。

智能遙控保護(hù)壓板功能特點(diǎn)：在兼容普通線簧式保護(hù)壓板功能的基礎(chǔ)之上還具備了智能化的屬性，能夠接收外部控制信號(hào)完成保護(hù)壓板的遙控操作；采用直流24V 電源供電，安全性、穩(wěn)定性、可靠性較高；智能遙控保護(hù)壓板支持RS485通信，通信穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高，基于接收到的外部數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)壓板的投入和退出操作；能夠支持直流220V 等級(jí)強(qiáng)電壓連接點(diǎn)的保護(hù)壓板投入和退出操作；執(zhí)行動(dòng)作時(shí)間短，在不超過2秒的時(shí)間內(nèi)就能夠完成保護(hù)壓板的投入或退出操作；能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)壓板狀態(tài)的自主檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)上傳到相關(guān)設(shè)備；支持遠(yuǎn)程遙控操作的前提下還支持本地化手動(dòng)操作。

2.3 壓板狀態(tài)采集裝置

對(duì)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作的保護(hù)壓板，十分有必要進(jìn)行保護(hù)壓板狀態(tài)的雙確認(rèn)機(jī)制。智能遙控保護(hù)壓板本身就具備狀態(tài)檢測(cè)功能，另外再配置保護(hù)壓板狀態(tài)檢測(cè)裝置作為另一個(gè)狀態(tài)信號(hào)源。保護(hù)壓板狀態(tài)采集裝置由傳感器和采集器兩部分構(gòu)成。傳感器基于非接觸式磁感應(yīng)原理對(duì)保護(hù)壓板的狀態(tài)進(jìn)行有效采集，傳感器包括了傳感模塊和磁感應(yīng)元件。磁感應(yīng)元件配置在智能遙控保護(hù)壓板的拉手上，傳感模塊需要與保護(hù)壓板的具體位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置，當(dāng)磁感應(yīng)元件在保護(hù)壓板投入時(shí)，靠近傳感模塊的磁感應(yīng)元件會(huì)對(duì)智能遙控保護(hù)壓板的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)（圖2）。傳感器將采集到的智能遙控保護(hù)壓板的狀態(tài)傳送到采集器，再由采集器將信息通過無(wú)線通信的方式進(jìn)行信息上傳。

圖2 智能遙控保護(hù)壓板狀態(tài)檢測(cè)原理

3 實(shí)例應(yīng)用方案

3.1 智能遙控保護(hù)壓板的配置

需要采用智能遙控保護(hù)壓板去替換常規(guī)的保護(hù)壓板，由于原保護(hù)壓板為線簧式保護(hù)壓板，故可以直接進(jìn)行替換，現(xiàn)場(chǎng)配置效果如圖3所示。

圖3 智能遙控保護(hù)壓板現(xiàn)場(chǎng)配置情況

3.2 智能遙控保護(hù)壓板狀態(tài)采集裝置的配置

由于保護(hù)壓板狀態(tài)采集裝置由傳感器和采集器兩部分構(gòu)成，傳感器包含導(dǎo)軌模塊和磁鋼支架，導(dǎo)軌模塊直接采用雙面膠粘貼的方式固定在壓板的下方，導(dǎo)軌模塊內(nèi)部傳感子模塊需要根據(jù)保護(hù)壓板的實(shí)際位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，以滿足不同保護(hù)壓板間距的具體要求。磁感應(yīng)元件直接卡裝在保護(hù)壓板拉手上，通過調(diào)整方向和位置來滿足不同保護(hù)壓板的具體要求。導(dǎo)軌模塊與采集器之間通過線槽進(jìn)行隱蔽布線。每一個(gè)保護(hù)屏上都需要配置保護(hù)壓板狀態(tài)采集器，將安裝底座直接貼裝在屏體表面，保護(hù)壓板狀態(tài)采集器的本體通過卡扣固定在安裝底座上，維護(hù)便捷。保護(hù)壓板狀態(tài)采集器連接到屏內(nèi)接線端子的連接線，再通過保護(hù)屏的面板螺絲孔或面板縫隙穿到保護(hù)屏后部，與保護(hù)壓板狀態(tài)傳感器進(jìn)行連接，通過線槽進(jìn)行隱蔽布線，具體的布置方式如圖4所示。

圖4 智能遙控保護(hù)壓板狀態(tài)采集裝置現(xiàn)場(chǎng)配置情況

3.3 無(wú)線網(wǎng)關(guān)、通信管理單元的配置

無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過RS485接口連接到保護(hù)壓板狀態(tài)采集器和通信控制單元，無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間通過Zigbee實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，無(wú)線網(wǎng)關(guān)采用導(dǎo)軌式安裝方式，具體方式如圖5所示。通信管理單元同樣采用導(dǎo)軌式安裝方式，布置在柜內(nèi)的導(dǎo)軌上即可，具體方式如圖6所示。

圖5 無(wú)線網(wǎng)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)配置情況

4 結(jié)語(yǔ)

本文所研究的保護(hù)壓板智能在線監(jiān)測(cè)及遙控系統(tǒng)，有效解決了保護(hù)壓板必須由人工進(jìn)行運(yùn)維的難題，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)壓板的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和操作，使得運(yùn)維人員能夠更高效的對(duì)保護(hù)壓板進(jìn)行維護(hù)，提高了保護(hù)壓板的智能化管理水平，提高了繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了有力的保障。