配網自動化開關遠程重啟及壓板投退裝置

李正強 程志秋 彭永健

摘要：為優化配網自動化開關實用化水平，提升其在線恢復效率，文章針對人工重啟終端耗時、耗力的弊端性，提出了一種新型的遠程重啟方案，結合所在電網公司配網自動化終端在線率現狀及影響因素，著眼于重點，通過技術改造與主站建構無線網絡鏈路通道，此實現全程無線操作，讓主站基于手機設備，通過網絡或短信方式便可實現對開關的遠程重啟操控;同時，利用聯網遠程遙控投退及“雙確認”方法，來建構壓板投退的智能化遠程操控裝置，以簡化壓板投退的操作流程、提升效率，由此，通過遠程遙控器重啟、保護壓板投退為配網自動化開關的安全運行提供有效支撐。

關鍵詞：配網自動化開關;遠程重啟;壓板投退;校驗裝置

中圖分類號：TM76;TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0167-04

Remote Restart of Distribution Automation Switch and PressingPlate on / off Device

LI Zheng-qiang，CHENC Zhi-qiu，PENG Yong-jian

（Foshan Sanshui Power Supply Bureau of GJuangdong Power Grid Co..Ltd..Foshan GJuangdong 528100，China）

Abstract ： In order to optimize the practical level of distribution automation switch and improve its on-line recoveryefficiency，this paper proposes a new remote restart scheme for the disadvantages of manual restart terminal.which istime-consuming and labor-consuming.Combined with the status quo and influencing factors of distrihution automationterminal on-line rate of the power grid company，focusing on the key point.the wireless network link channel is con-structed through technical transformation and main station.this realizes the whole wireless operation，and enables themaster station to realize the remote restart control of the switch through the network or SMS mode hased on the mobiledevice;at the same time.the use of networked remote control for remote retre.at and - double confirmation "method to buildan intelligent remote control device for pressure plate retreat，to simplify the operation and efficiency of the pressing anddropping of the platen，and to improve the efficiency.Thus.the remote controller can restart and protect pressing plateon / off to provide effective support for the safe operation of the distribution network automation switch.

Key words ： distribution network automatic switch;remote restart;pressing plate on / off;calibration device

0引言

配網自動化開關設備在配電網中發揮著可視、可測、可控的效能，為配網故障的高效定位、隔離及復電控制提供多元支撐，可降低故障停電發生率，確保用電持續、穩定性。而用電需求和質量的高標準要求下，對配網自動化開關的運維管理提出了更高的要求，據數據統計，多數地區的配網自動化開關終端在線率尚未達到95%的標準要求，實用水平不高，雖然通過終端重啟可恢復大部分的在線率，但是，人工重啟方式需要專業運維人員親自前往開關站進行重啟操作，耗時長、效率低，且環境因素影響下，可能無法及時退出聯絡點保護壓板，一旦操作失誤易于將瞬時故障轉變為永久故障，故而，“如何保證自動化開關終端在線率，有效提高供電可靠性”是目前亟待解決的問題。

1配網自動化開關終端在線率的現狀分析

配網自動化開關是用于遠方監控的饋線、站所、配電變壓器等終端的總稱，依其功能可分為不同類別，隨著智能電網建設的深化，其應用日漸增多，但因為選型、投放、運維等因素的限制，使其實用化水平不高。而通過數據分析，2019年7-12月配網白動化開關終端的實用化得分如圖1所示。

由圖1可知，調研地佛山三水供電局配網白動化開關終端在2019年下半年的實用化得分為89.28%，與100分的目標值存在一定差異[1]，據統計分析，而實用化得分低的原因與配網白動化開關終端的在線率、投運率、故障定位準確率等因素密切相關。而為實測配網自動化開關終端的在線率，以一個周期內開關終端與主站正常通信時間所占比值進行計算，公式如下[2]：

（1）

式（1）中，TMt為配網白動化開關終端與主站正常通信的時間，Rt為主站問詢自動化開關終端無響應的時間。根據該式可得佛山三水供電局配網自動化開關終端2019年7-12月之間的在線率均值僅為89%，與95%的標準值存在—定差距[3]，通過分析發現，75%可通過重啟終端實現在線率的恢復，但是現階段每次重啟開關終端均需工作人員親臨開關站進行操作，耗時耗力，影響開關終端在線率。

2配網自動化開關遠程重啟的設計方案

2.1遠程重啟的方案構思

目前配網運行故障跳閘率較高，但80%-90%的線路跳閘均為瞬時故障[4]，需要運維人員通過自動化開關終端的重啟試送，便可恢復，但是人工方式往返開關站需要耗費過多時間、且對運維人員技術經驗要求較高，而遠程操控重啟，可規避這些問題。

配網自動化開關遠程重啟作為恢復在線率的便捷方式，設計的關鍵在于通信問題，而以往采用單一物聯網卡方式建構開關終端與主站之間的無限網絡鏈路通道[5]，而本文在此基礎上，基于移動、便攜式的應用需求，將智能手機設備作為遠程操控終端，增設短信收發單元，采用Wifi、短信雙向通信方式建構遠程重啟的通信模塊，如圖2所示。

由圖2可知，配網自動化開關遠程重啟需要依靠以下6個模塊才能實現，具體如下。

1）短信收發單元：該模塊的主要功能是接收、發送配網自動化開關遠程重啟的信息，其配設SIM卡，該SIM卡可獨立、也可與物聯卡共用[6]，如此，在無網絡或網絡狀態不佳的情況下，仍然能夠保證遠程重啟操作指令的正常傳輸。

2）網絡數據單元：該模塊為無線物聯網絡，可基于無線網絡讓配網自動化開關終端與主站進行遠程重啟操控指令的傳輸及結果反饋，并可通過SIM卡與短信收發單元進行遠程重啟指令的交互。

3）數字加解密單元：該模塊通過數字加密方法對短信及無線網絡數據進行加密操作，若遠程重啟指令能夠正確解密，則執行重啟指令，相反，則需進一步確定后再決定是否執行，如此，便可規避開關終端與主站之間遠程重啟指令的泄密、非法篡改問題，進而確保終端遠程重啟的正確執行。

4）數據處理單元：該模塊負責對接收的短信數據、無線網絡數據進行過濾、效驗處理，壓縮數據維、提升數據傳輸效率及準確性。

5）執行單元：該模塊根據加解密及處理后的指令數據，進行遠程重啟操作即可完成配網自動化開關在線率的恢復，由此保證配網供電的持續性。因開關終端遠程重啟數據的采集、處理及傳輸耗費一定時間，為此，執行單元的智能控制器執行判斷算法不可采用全波算法，需要在重啟需求出現的首半波即可快速計算出重啟需求，并采用IGBT方式輸出重啟指令，保證從采樣到執行遠程重啟的效率性。

6）數據采集單元：該模塊是配網自動化開關運行數據采集的終端，其配置了電磁式電流、電壓互感器，可高精準的實時采集所需數據，并規律高頻諧波分量，剔除了智能控制算法程序對其產生的干擾;且數據交互時將采用短信、無線網絡2種加密信息通道，以N-1的通信方式與主站的數據交互。

2.2遠程重啟的實現流程

為保證配網自動化開關終端遠程重啟的高效、安全性，設計中僅讓主站進行短信重啟，且為規避垃圾短信的干擾，需對短信進行安全驗證。具體而言，遠程重啟短信是在主站采用端對端方式進行數字加密，以固定秘鑰方式，將每個開關終端視為一個用戶，為其分配好生成好的秘鑰，由主站保存所有開關終端的秘鑰列表并在秘鑰失效、泄露后手動自動更新、銷毀秘鑰[7]，主站與終端以預先協商好的秘鑰讓遠程重啟指令在信道中以密文方式傳輸，而自動化終端在接收短信后，通過驗證程序來分析短信來源的安全可靠性，而后才進行解密，并讀取、執行遠程重啟指令，據此，遠程重啟的實現流程如圖3所示。

3配網自動化開關壓板投退裝置設計

配網自動化開關運行實踐表明，其故障90%左有均為瞬時性，而永久性故障尚不足10%，而在繼電保護動作將短路故障切除后，電弧將瞬動熄滅，所以，多數狀況下短路處的絕緣能自動恢復，為此，自動重啟斷路器，可確保配網的暫態運行穩定性，控制停電損失，在跳閘回路上需設計能夠自動重合閘。而依照電氣操作規則，退出重合閘，應投入“閉鎖重合閘”壓板、退出“重合閘出口”壓板，但線路重合閘投退時，需運維員親臨現場操作裝置的壓板，耗時耗力，影響重合閘投退操作時效性。針對此，本文擬以新型智能電動壓板，以遠程遙控投退方式替代傳統壓板的人工操控，具體設計如下。

3.1壓板投退裝置的基本構成

壓板投退遠程控制裝置，與傳統壓板存在明顯差別，其增裝了電動傳動機械機構，引用霍爾元件非電量測量原理，來在線實時監控壓板運行狀態及位置，并通過遠程通信將數據上報給后臺監控系統，由其根據壓板現場的實時監測數據，采用壓板控制器的CPUI/O口控制步進電機驅動IC，進而帶動電動傳動機械機構，以此實現壓板投退的遠程操控。智能電動壓板將選用24V高壓網絡方式與中繼器連接，而中繼器與上位機的互聯將采用RS485，上位機的每條RS485總線可連接中繼器共計127個，且各個中繼器能連接127個電動壓板，所以能夠滿足各類配網白動化開關的需求。上位機的壓板投退操控指令傳輸至中繼器后，將經過2個回合的指令效驗、返校，待驗證正確后，下發壓板投退指令脈沖至壓板，壓板上的驅動芯片接收到該遙控指令后則自動執行，此時，中繼器將壓板投退實施狀態傳輸給上位機，在上位機中可以進度條方式可視化顯示壓板投退狀態。

3.2壓板投退裝置的運行原理

結合上述分析，壓板投退裝置利用遠程操控完成投退狀態監測及控制，根據電網公司要求，遠程遙控設備應擁有雙確認位置反饋，為此，該遠程操控的壓板投退裝置需達到“雙確認”要求。壓板的雙位置反饋選用霍爾元件、微動開關予以確認，其中雙霍爾元件位置確認1中，壓板投入時，軸套帶動磁鋼向左移動，磁力線切割霍爾元件1、遠離霍爾元件2，此時，霍爾元件1輸出低電平，指示磁鋼達到其所在位置，而霍爾元件2因遠離磁力線切割，輸出高電平指示磁鋼不在其位置。相反，壓板退出時，軸套帶動磁鋼向有移動，磁力線切割霍爾元件2、遠離霍爾元件1，此時，前者輸出高電平指示磁力剛不在其位置，而后者輸出低電平，指示磁鋼到達其位置。雙霍爾元件位置確認2中與上述原理相同。

同時，為簡化設計，此處不再獨立設置專線通道，而是利用已有的EMS系統，以其中的Open-3000系統的備用遠動機通道，連接至壓板主控中繼器上，各個中繼器是RS485通信接口，將所有接口并接匯合為1個RS485總線接入遠動機，EMS工作站上位機根據ICE-60870-104通信規約，以中繼器的各地址進行尋址，下發壓板投退的遠程遙控指令。該壓板投退裝置的創新性在于所有壓板硬件均相同時，無需配置地址，中繼器僅需預設該裝置的壓板綜述、RS485子節點地址;以高壓數據網絡為支撐，簡化了接線方式，無論壓板數量多少，壓板之間僅需4根線連接就行;投退運行操作過程中，無論哪1個壓板損壞，以新壓板更替原位置后，即可完成自動配置，無需人工介入;壓板投退由步進電機控制，存在多個壓板投退遠程操控指令時，則依順序進行投退操作，以防止同步執行投退遠程操控指令引致電源或線路過載問題。

4結語

為提升配網自動化開關終端的在線率，優化其實用化水平，文章針對人工重啟終端耗時、耗力的弊端，在以往單一物聯網無線網絡鏈路的基礎上，增設短信通信模塊，以短信與無線的雙通信模式進行遠程操控指令的傳輸，以此基于手機設備便可實現對配網白動化開關的遠程控制;且融合了自動化、網絡通訊技術，利用霍爾元件非電量測量原理設計了智能壓板投退裝置，以遠程方式監控和操控壓板，如此，不僅簡化了運維流程和成本，而且有助于提升配網運維管理效率。

參考文獻

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[7]邢海青，顧越，方彥霖，等.變電站遠動機遠程重啟裝置[J].農村電氣化，2017（08）：57-58.

收稿日期：2020-04-06

作者簡介：李正強（1985-），男，漢族，河北高邑人，高級工程師，主要從事配電線路及設備安全可靠運行技術與研究工作。