接地線在線式智能管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

雷　強(qiáng)，楊忠亮，王媛媛，黃建林

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)深圳供電局有限公司，廣東　深圳　518001；2.長(zhǎng)園共創(chuàng)電力安全技術(shù)公司，廣東　珠海　519000）

0　引言

接地線是保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人身安全的安保線，裝拆接地線操作存在較大危險(xiǎn)性，若出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤，可能對(duì)電網(wǎng)設(shè)備及人身安全造成嚴(yán)重危害。在停電檢修作業(yè)過程中，使用的臨時(shí)接地線有時(shí)數(shù)量較多，且所裝接地點(diǎn)分散，極不便于管理，高強(qiáng)度工作很容易使操作人員在拆除接地線時(shí)發(fā)生漏拆的情況，導(dǎo)致發(fā)生帶接地線合斷路器、隔離開關(guān)等惡性誤操作事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，60%以上的電氣誤操作與漏拆、誤裝臨時(shí)接地線有關(guān)[1-3]。

現(xiàn)有微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)，通常沒有對(duì)接地線存儲(chǔ)與操作進(jìn)行有效管理。接地線裝拆操作時(shí)，微機(jī)防誤系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)上傳接地線選擇是否正確、接地是否可靠和接地位置是否正確等信息，給接地線操作帶來諸多安全隱患。

在線式智能接地線管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)集控中心及各子站接地線（常用接地線、備用接地線）統(tǒng)一編號(hào)，統(tǒng)一管理，準(zhǔn)確記錄接地線的屬性；與微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)結(jié)合，按票取用，確保取用正確的接地線；對(duì)外來的接地線實(shí)現(xiàn)登記注冊(cè)、進(jìn)行有效管理。此外，對(duì)于集控站，可通過站間的局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有接地線的在位狀態(tài)、使用情況跟蹤管理[4-5]。可改變目前變電站接地線儲(chǔ)存及操作過程中過分依賴于制度防誤的現(xiàn)狀，減少變電站因人為疏忽而造成的惡性事故，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)接地線的“全程閉環(huán)”控制。可降低各變電站運(yùn)行、檢修和維護(hù)作業(yè)的綜合成本，切實(shí)有效提高各變電站現(xiàn)代化管理水平[6-7]。

1　關(guān)鍵技術(shù)及原理

1.1　Zigbee通信技術(shù)應(yīng)用

選用合適的通信方式，實(shí)時(shí)采集接地線的裝拆狀態(tài)及在庫(kù)情況，實(shí)現(xiàn)接地線信息數(shù)據(jù)的交互共享，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。當(dāng)前變電站通信網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用的如RS232與RS485串行傳輸以及CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線等工業(yè)總線都采用有線通信方式[8]。有線通信在解決數(shù)據(jù)傳輸問題的同時(shí)，也帶來了新線路擴(kuò)建敷設(shè)的困難。

Zigbee（短距離微功率無線通信）技術(shù)是一種支持自組網(wǎng)、多點(diǎn)中繼，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀拓?fù)涞膹?fù)雜組網(wǎng)協(xié)議，組網(wǎng)拓?fù)湟妶D1。相比于WiFi、藍(lán)牙、433M/315M等無線通信方式，有著更加安全、可靠，低成本、低功耗、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)[9]，使整個(gè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活、簡(jiǎn)潔，且無需額外鋪設(shè)通信電纜線，可減少工作量和人力成本。Zigbee技術(shù)非常適合在線接地線管理系統(tǒng)使用，并方便拓展合并到現(xiàn)有的微機(jī)防誤系統(tǒng)。

無線網(wǎng)絡(luò)通過ZigBee技術(shù)來接收接地線狀態(tài)信息的主要優(yōu)點(diǎn)[10-11]：

（1）提高了系統(tǒng)的安全性。MAC（媒體訪問控制）層的加密方法不僅是選用AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）的算法，且基于該算法形成一系列的安全機(jī)制，以確保MAC層幀的安全性、統(tǒng)一性和有效性。安全性雖在MAC層直接進(jìn)行處理，然而網(wǎng)絡(luò)層作為上一層仍然控制著整個(gè)過程的安全性，例如生成的密鑰和安全的級(jí)別。

圖1　Zigbee通信組網(wǎng)拓?fù)?/p>

（2）增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。主從工作模式下的“需求時(shí)喚醒”，有效削弱終端節(jié)點(diǎn)的功耗，降低碰撞機(jī)會(huì)，以保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性。

（3）降低了研制及安裝費(fèi)用。信息通信較慢、通信標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)潔，從而能夠減少成本，專利費(fèi)還可以不用繳納；它工作頻段靈活：使用頻段為2.4 GHz，868 MHz及915 MHz，均為免執(zhí)照頻段。研制及安裝費(fèi)用隨著無線傳感器通信系統(tǒng)的搭建得以減少。

（4）系統(tǒng)后續(xù)維護(hù)簡(jiǎn)單方便。變電站防誤操作主機(jī)監(jiān)控終端設(shè)備在自動(dòng)路由、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)以及直序擴(kuò)頻的運(yùn)行模式下，不僅能夠保證無線信息的有效通信，還能夠快速地升級(jí)變電站系統(tǒng)布局。

1.2　系統(tǒng)原理架構(gòu)

系統(tǒng)由后臺(tái)管理軟件、無線基站、接地線狀態(tài)采集器、地樁身份組件和庫(kù)位識(shí)別附件等組成。接地線在庫(kù)或離庫(kù)時(shí)，通過接地線狀態(tài)采集器與庫(kù)位識(shí)別附件接觸和讀碼，自動(dòng)將接地線狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)上送后臺(tái)管理系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)裝拆接地線時(shí)，通過接地線狀態(tài)采集器與地樁身份組件接觸和讀碼，自動(dòng)將裝拆狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)上送后臺(tái)顯示[12]。

接地線管理系統(tǒng)可單獨(dú)運(yùn)行，同時(shí)也支持接入站內(nèi)現(xiàn)有的微機(jī)防誤系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)無縫接入，需要升級(jí)原有的防誤系統(tǒng)，為智能接地線管控系統(tǒng)提供臨時(shí)接地線和接地閘刀的掛接狀態(tài)、掛接點(diǎn)和合閘狀態(tài)。與防誤系統(tǒng)的通信接口采用TCP（傳輸控制協(xié)議）/IP（網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議）通信方式，防誤系統(tǒng)作為TCP通信客戶端，根據(jù)配置的服務(wù)端IP地址及端口號(hào)進(jìn)行TCP連接至服務(wù)端，接地線管理系統(tǒng)作為服務(wù)端，系統(tǒng)啟動(dòng)后監(jiān)聽某個(gè)約定的端口，接收客戶端發(fā)送過來的接地線掛接或拆除狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)已接收的接地線狀態(tài)信息實(shí)時(shí)刷新顯示，具體系統(tǒng)外部通信接口方法見表1。

通過數(shù)字化工藝控制技術(shù)，對(duì)叉車門架型鋼的開發(fā)進(jìn)行研究。選用160Ja型鋼進(jìn)行3 T以內(nèi)的叉車門架制作，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱的復(fù)雜斷面。高精度型鋼設(shè)計(jì)人員在加工中，需要對(duì)孔型填充過滿、軋制翹頭等現(xiàn)象進(jìn)行控制。同時(shí)軋件在多次軋制過程中，還會(huì)出現(xiàn)軋制不均勻的變形情況，這需要技術(shù)人員對(duì)軋件成品的規(guī)格尺寸進(jìn)行控制。通過數(shù)字化數(shù)值模擬系統(tǒng)，能夠完成160Ja型鋼的孔型設(shè)計(jì)和軋制流程模擬，并能夠?qū)Χ啻诬堉瞥霈F(xiàn)的缺陷進(jìn)行控制。同時(shí)利用虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，能夠在節(jié)約開發(fā)的前提下，完成不同軋制流程的試錯(cuò)，從而生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高精度型鋼產(chǎn)品。

表1　系統(tǒng)外部通信接口方法列表

單站及集控模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2、圖3所示，軟件系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

圖2　單站模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖3　集控模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.3　系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)施

在線式智能接地線管理系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)施的要點(diǎn)有[13-16]：

（1）變電站主控室的電腦主機(jī)上裝設(shè)接地線管理軟件，主機(jī)可與五防主機(jī)共用。該軟件集中顯示臨時(shí)接地線使用和在位情況，并且顯示其裝設(shè)的詳細(xì)位置信息。

圖4　在線接地線管理軟件架構(gòu)

（2）為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信功能，在高壓場(chǎng)地、高壓室等位置安裝無線基站，保證無線網(wǎng)絡(luò)需能夠覆蓋所有設(shè)備區(qū)域。基站采用就地取電方式。

（3）站內(nèi)接地線柜內(nèi)加裝庫(kù)位識(shí)別附件，數(shù)量與實(shí)際接地線存放數(shù)量一致；在站內(nèi)地樁上安裝地樁身份組件，用于采集器識(shí)別接地線裝設(shè)點(diǎn)位置。

（4）對(duì)所有納入管理的臨時(shí)接地線上安裝狀態(tài)采集器，替代接地極作用。同時(shí)用于檢測(cè)臨時(shí)接地線在庫(kù)信息和裝拆信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息反饋給主機(jī)。

2　系統(tǒng)核心應(yīng)用成效

2.1　接地線信息實(shí)時(shí)匯報(bào)

通過接地線上加裝狀態(tài)采集器，與智能接地樁配合。若位于臨時(shí)接地線上的狀態(tài)采集器能夠檢測(cè)到接地線樁上的身份識(shí)別碼，即視為臨時(shí)接地線已經(jīng)掛接在該接地線樁上；若檢測(cè)不到，則視為該接地線處于未接地狀態(tài)。接地線狀態(tài)采集器能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地將當(dāng)前接地線掛接位置匯報(bào)至防誤主機(jī)，參與實(shí)時(shí)防誤邏輯判斷。其主要實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

2.2　接地線防誤管理

圖5　接地線實(shí)時(shí)匯報(bào)流程

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢修完畢后，運(yùn)行人員根據(jù)操作任務(wù)拆除接地線，接地線狀態(tài)采集器可對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)反饋接地線的拆除狀態(tài)，確保指定的接地線從指定的接地點(diǎn)拆除。接地線管理軟件上可以監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)接地線被取走，只有防誤系統(tǒng)接收到所有接地線已拆除信息后，方可允許電腦鑰匙進(jìn)行后續(xù)操作。當(dāng)運(yùn)行人員將臨時(shí)接地線正確放回接地線存儲(chǔ)位置時(shí)，庫(kù)位識(shí)別附件檢測(cè)到臨時(shí)接地線后將信息實(shí)時(shí)匯報(bào)給接地線管理軟件，后臺(tái)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)的接地線已經(jīng)正確歸位，從而實(shí)現(xiàn)杜絕接地線錯(cuò)裝、漏拆現(xiàn)象發(fā)生。其主要具體實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

2.3　接地線顯示

接地線綜合管理系統(tǒng)主要用于管理層及集控中心管理和查詢接地線狀態(tài)，查看方式支持網(wǎng)頁瀏覽或移動(dòng)端APP，隨時(shí)隨地可監(jiān)控或查看整個(gè)管轄范圍內(nèi)的接地線接地閘刀的在庫(kù)狀態(tài)、裝拆等情況，實(shí)時(shí)了解和跟蹤接地線接地閘刀的操作運(yùn)行情況。

圖6　接地線防誤掛拆閉環(huán)流程

3　技術(shù)應(yīng)用

該系統(tǒng)已在湖北、天津、山東、浙江等地成功接入站內(nèi)防誤系統(tǒng)，并穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)接地線防誤操作與存儲(chǔ)統(tǒng)一管理，解決了接地線長(zhǎng)期存在的管理問題，有效地提高了供電公司對(duì)接地線的管控能力和人員工作效率，減少了誤操作、誤調(diào)度事故的發(fā)生。現(xiàn)場(chǎng)主控室、接地線庫(kù)、接地線樁的實(shí)際應(yīng)用布置分別參見圖7—圖9。

圖7　大屏幕液晶或主機(jī)布置效果

圖8　接地線庫(kù)位布置效果

圖9　現(xiàn)場(chǎng)接地線狀態(tài)采集布置效果

4　結(jié)語

接地線在線式智能管理系統(tǒng)，有效地將接地線的身份、位置、狀態(tài)和操作步驟等信息與變電站現(xiàn)有微機(jī)防誤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無間隙連接，將接地線的裝拆操作和存取并入變電站現(xiàn)有微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站倒閘操作全過程實(shí)時(shí)的防誤邏輯判斷和管理，為實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行、集控化管理、智能化操作提供了有力的技術(shù)保障，具備廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。