變電站接地線在線監測系統的研究與開發

王海歐，林凌

（1.浙江省電力公司檢修分公司，杭州311232；2.臺州學院，浙江臺州318000）

變電站接地線在線監測系統的研究與開發

王海歐1，林凌2

（1.浙江省電力公司檢修分公司，杭州311232；2.臺州學院，浙江臺州318000）

接地線在設備檢修過程中承擔著保護作業人員人身安全的重任，接地線管理不規范造成的后果非常嚴重。因此，提高接地線使用的可靠性是一個需要重視的問題。為了實現對接地線的實時監測，設計了1套基于GSM（全球無線通信系統）的接地線管理系統。該系統可以將接地線的借出、歸還情況以及掛接位置等相關信息通過GSM發送到遠端監測后臺和相關人員的手機，從而加強對接地線的管理，有效減少現場接地線漏掛、漏拆等行為，避免了由此而產生的嚴重后果，提高了現場作業的安全性。

接地線；在線監測；GSM；單片機

0 引言

在變電站檢修工作中，除了使用接地閘刀外，有時要求掛接地線。接地線是線路或電氣設備停電檢修工作中的一種安全用具，便于攜帶，可在現場靈活使用。接地線的作用是將大地零點電位與電氣設備相連接，使所檢修的電氣設備始終處于安全電位，防止線路或設備誤操作等導致的突然送電對工作人員和設備造成傷害。掛接地線是保護檢修人員安全的屏障，在實際工作中，由于需要頻繁掛接地線，而掛接地線的操作又看似簡單，很容易使人產生麻痹思想，經常發生誤掛、誤摘、漏掛、漏摘等誤操作，致使本應起到保護作用的接地線反而成為了重大誤操作隱患。

為了防止帶接地刀閘或接地線送電的惡性誤操作事故的發生，在變電站一般裝設“五防”系統，通過事先設定的閉鎖條件和機械及電氣聯鎖來防止誤操作的發生，但是就目前來說只對接地刀閘有比較好的效果，而對臨時加掛的接地線則起不到作用[1]。由于目前接地線的掛接狀態以及掛接位置都要靠值班員現場觀察得到，其主觀性較大，主要依靠人員的責任心，易發生誤操作，存在較大安全隱患。因此需要一種在線監測接地線的系統，使值班員能準確得知接地線的狀態和位置，并能查看每條接地線是否被借出、借出的時間以及掛接的地點等，從而輔助運行人員加強接地線管理，減小誤操作的幾率。

1 系統總體結構

隨著越來越多的變電站開始實行無人化值班，主站的工作人員想要掌握各子站現場的接地線情況，就需要采用一種長距離的信息通信系統，讓遠離變電站的運行人員或相關專業人員能夠監視現場接地線的借還和掛拆情況。本文設計一套基于GSM（全球無線通信系統）網絡的接地線在線監測系統，系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構

接地線在線監測系統主要由3部分組成：由單片機和GSM組成的接地線監測裝置（負責信號采集以及數據傳輸）、用于采集現場接地線位置和狀態的連接樁頭以及位于遠端主控室內的后臺監控系統。

接地線監測裝置一方面采集接地線在安全工器具室內的在位情況，另一方面采集借出的接地線在現場的位置和狀態情況。采集來的數據可以通過GSM發送至遠端監測后臺，還可以設置發送至相關人員的手機，使工作人員遠程掌握接地線的相關情況。現場接地線連接樁頭由系統統一編碼，每個樁頭的編碼對應現場的1個位置，同時給每個接地線配置1個電子身份牌。當電子身份牌和接地樁頭連接時，系統讀取相關數據獲得接地線的編號及掛接位置。遠端監測后臺則通過和接地線監測裝置通信來獲取接地線的相關情況，并以可視化的方式顯示在后臺系統上，為值班人員提供現場接地線的相關信息。接地線在線監測系統結構如圖2所示。

圖2 接地線在線監測系統結構

2 接地線監測裝置的硬件設計

接地線在線監測裝置主要涉及開關量的采集和GSM數據傳輸，計算簡單并且計算量少，用普通的8位單片機足以勝任。因此本系統采用STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器STC89C52，其具有8K可編程Flash存儲器、512字節RAM、內置4K EEPROM、4個外部中斷、1個7向量4級中斷結構以及全雙工串行口。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能，為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活、高效的解決方案，裝置結構如圖3所示。

圖3 接地線在線監測裝置結構

2.1 信號采集系統

信號采集系統主要是采集接地線柜中接地線的在位情況以及現場接地樁頭接地線連接情況。

首先，采集位于接地線柜底部的位控開關信號，判斷接地線是在位還是離位。為避免因放置位置偏差造成位控開關有效壓力低，造成接地線在線監測裝置誤判，本設計中采用套筒來固定接地線，把壓控開關放置在套筒底部，套筒固定在接地線柜內，再把接地線放入其中，這樣既美觀又不會因為接地線沒放好而誤顯示接地線離位[2]。接地線在位布置如圖4所示。正常在位時，位控開關處于受壓狀態，裝置通過查詢相應控制字來判斷接地線的狀態。當接地系統從接地線柜中取出時即觸發位控開關，改變相關控制字，同時接地線監測裝置給出聲光報警，并向后臺監控系統發信，顯示相應接地線的離位狀態[3]。

圖4 接地線在位布置

由于電壓等級高的變電站一般場地較大，而且其中的電磁環境較為復雜，因此在使用無線傳輸時，電氣設備的電磁場易對信號傳輸造成干擾，導致對現場接地線狀態的誤判。采用有線傳輸能較好地屏蔽現場的電磁干擾，提高數據傳輸的準確性。

由于單片機接口有限，而現場接地樁頭數量又較多，因此采用串口通信較為方便。典型的串行通信標準有RS232和RS485。相對于RS232來說，RS485接口采用平衡驅動器和差分接收器，抗共模干擾能力強，即抗噪聲干擾性能好；最大傳輸距離可達3 000 m，在總線上允許連接多達128個收發器，具有多站連接能力，方便用戶利用單一的RS485接口建立設備網絡。因此現場接地樁頭采用RS485有線傳輸至單片機。現場每個接地樁頭配1個簡單的位控開關，而每根接地線配1個電子身份牌，每當接地線掛接時，電子身份牌接入接地樁頭的開關回路，觸發給單片機1個信號，再由單片機判斷該信號的提供端口以及連接接地線的電子身份牌，查出相對應的現場位置和接地線編號，從而得出相應接地線掛接位置。

2.2 通信系統

GSM是目前基于時分多址技術的移動通信體制中比較成熟且應用最廣泛的一種通信系統[4-5]。目前已建成的覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動通信網，是我國公眾移動通信網的主要方式。SMS（短消息服務）是GSM技術應用中的一項重要內容，具有如下優點：一次可傳輸140Byte的數據；數據的內容可以是字符或數字，在短消息傳送過程中，不進行呼叫連接建立和釋放；在終端設備關機時，可以保持消息在一定時間內有效；可方便地實現小數據量的信號采集和遠程控制。

因此本文采用GSM短消息方式將采集到的信息和預先設定好的內容一起通過GSM網絡發送至監控后臺以及相關工作人員的手機里。由于GSM網絡具有重發、延時重發機制，可以最大程度避免幀發送錯誤、幀丟失的現象，保證通信數據的可靠性。本裝置使用西門子公司的GSM模塊TC35i，通過AT命令集指令實現SMS的接收和發送。

后臺監測系統采用LT8010模塊和遠端的接地線監測裝置通信。LT8010是利事達公司生產的一款集成GSM模塊，內置SIM卡口。每個LT8010對應1個SIM卡號，用相應的AT命令參數，可以靈活實現點對點、點對多或信息廣播等數據傳輸功能。

3 系統軟件設計

接地線在線監測裝置正常工作狀態下，程序通過不斷查詢相關控制字獲得接地線在位情況，并通過中斷方式獲取接地線掛接位置的相關信號，通過單片機來控制GSM模塊和遠端后臺監測系統的通信，將各個狀態及其時間發送至后臺監控系統以及相關工作人員的手機，從而為運行人員提供接地線狀態管理依據。系統主程序流程如圖5所示。

此外，由于目前短信息的廣泛使用，各種垃圾信息日益增多。為了避免此類信息對系統造成的影響，裝置在接收到SMS信息后，首先判斷信息的來源，由于從GSM通信模塊讀出的內容包括了發送信息的通信模塊的卡號，只要判斷該號碼與原先在線監測裝置通信模塊的卡號是否一致即可，若不一致則直接作刪除處理[6]。同時也要考慮到在進行短消息發送時GSM網絡可能會出現網絡繁忙、發送失敗的情況，為此，在短消息發送失敗后會自動重發，確保相關信息能被傳送至后臺。

4 結語

圖5 接地線在線監測裝置主程序流程

通過采集現場接地線狀態的相關數據來實現對接地線在位情況以及現場掛接情況的管理，可有效避免接地線因人為操作不當或者現場多種工作同時開工帶來的安全隱患，有效保證人身及設備的安全。同時利用遠距離GSM傳輸方式，可實現遠程在線監測目的，有利于無人值班變電站的接地線管理。

[1]王理金，李金雄.接地線使用注意事項[J].電力安全技術，2005，4（7）∶43.

[2]徐建源，竇文君，王愛弘.接地線狀態在線監測系統設計[J].電力自動化設備，2008，28（7）∶111-113.

[3]劉家軍，繆俊.新型電力檢修作業接地線裝置的研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（23）∶119-121.

[4]李從榮.利用GSM短消息實現遠程監控[J].電子工程師，2005，31（4）∶34-35.

[5]戴暢，官伯然.GSM無線測控系統的硬件設計[J].杭州電子工業學院學報，2002，23（4）∶25-28.

[6]李鴻.用單片機控制手機收發短信息[J].計算機技術，2004，（11）∶23-24.

（本文編輯：趙曉明）

Research and Development of Online Monitoring System of Substation Grounding Wire

WANG Haiou1，LIN Ling2
（1.State Grid Zhejiang Maintenance Company，Hangzhou 311232，China；2.Taizhou University，Taizhou Zhejiang 318000，China）

The Grounding wire in the process of equipment maintenance bears the important task of protecting personal safety of workers.Meanwhile，the consequence caused by nonstandard management of the grounding wire is very serious.Therefore，improving the reliability of the grounding wire using needs to stressed.For real-time monitoring of the grounding wire，a grounding wire management system has been designed based on GSM（global system for mobile communication）.This system can send information including the records of borrowing and returning and active connection location of grounding wire to the remote monitoring background and cell phones of related personnel via GSM，by which the management of the grounding wire is strengthened and oversight of wire grounding and removing on the site is reduced，and the consequent result is prevented and security of the site work is improved.

grounding wire；online monitoring；GSM；single-chip microcomputer

TM862+.3

B

1007-1881（2015）06-0024-04

2014-12-11

王海歐（1982），男，工程師，從事變電運行工作。