一種基于無線控制方式的斷路器緊急分閘裝置

洪國鵬，張毅勇，洪文斌，龔文劍，鐘少斌

一種基于無線控制方式的斷路器緊急分閘裝置

洪國鵬，張毅勇，洪文斌，龔文劍，鐘少斌

（國網福建省電力有限公司漳州供電公司，福建 漳州 363000）

鑒于目前電網工作人員都是通過手動的方式實現開關柜中斷路器各種開關的操作，導致操作效率低或易造成誤操作，存在耗費人力、物力的情況，提出一種基于無線控制方式的斷路器緊急分閘裝置。該裝置通過遠距離的無線操作，實現裝置的自動操作，有效降低因斷路器無法分閘故障而產生的經濟成本，同時，通過人機操作界面實現多種操作功能，能降低現場的安全風險，提高智能電網的操作水平。

無線控制；斷路器；分閘裝置；電網

目前，在電網系統中無論是在變電站還是在輸變電網中，電網設備中都設置了多個開關，用于調節輸電線路中的電壓大小，高壓開關柜是電網中常見的一種裝置，在電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等中起著作用。而高壓斷路器作為重要的組成部分，能用于分配電能，通過不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護。當發生嚴重過載或短路及欠壓故障時，斷路器能自動切斷電路，而且在分段故障電流后一般不需要變更零部件，因此，在電力系統中得到了廣泛應用。

1 研發思路

目前斷路器的操作需要涉及倒閘操作，而操作人員在倒閘時由于存在一定的安全隱患，因此均要兩人或多人進行發令及監護操作，不但耗費人力、物力，同時安全隱患無法有效消除。

項目組調研了漳州地區變電站，通過多番研究最終根據以下5點內容進行項目的研發：PLC無線控制系統的實現、裝置記憶功能的實現、斷路器旋轉器轉接頭的設計、產品結構的穩定性及合理性、人機操作界面的實現。

2 研制要求

本項目的研究方向聚焦于一種基于無線控制方式的斷路器緊急分閘裝置的開發，研制時需要達到以下技術指標：①提出了利用PLC實現無線控制緊急分閘的方案并設計了控制策略。整體上縮短了主變試驗的時間，提高了工作效率，進一步提高了供電可靠性，保障了電網的安全、穩定運行。②完成了裝置電氣系統硬件的設計。主要包括PLC選型及擴展模塊的確定、伺服電機的選型設計、人機操作LED控制面板的選型及界面設計、電氣原理圖及總控電路板的設計、裝置的外觀及結構的設計等。③完成了自動調檔裝置軟件流程的設計及軟件的編制。主要包括無線控制PLC系統的算法的設計、程序的結構流程設計、人機操作界面程序的設計、系統的運行主程序的設計及程序編制。

3 具體實施

3.1 實施方案

本項目利用了現代先進的自動控制技術及計算機控制技術，對電力部門的斷路器進行緊急分閘裝置研制。該裝置可實現無線遙控分閘功能，簡單易用，能夠提高電網設備使用的效率和安全性，具有良好的經濟效益及推廣前景。

項目實施中主要完成了以下技術工作：①采用PLC控制器、人機交互部件以及伺服電機組成的控制裝置，從而可以利用軟件編程實現控制策略的調整，接收用戶參數設置后對斷路器進行控制；②設置無線遙控控制斷路器分閘的操作，使操作精確，安全便利，提高了操作的便利性，同時，能夠記憶上一次的操作，從而在有相同需求時，只需啟動按鈕，就可實現相同功能的旋鈕操作；③人機交互界面的可視化操作，用戶通過該界面能夠根據不同的需求設置不同的參數；④裝置有能夠脫機3 h供電的電池組，該電池組為可充電電池組。

3.2 技術參數

3.2.1 PLC選擇及接線設計

PLC為可編程的控制器，是一種采用計算機技術的控制器件，能夠運行軟件程序，完成與繼電器組成硬件邏輯控制相同的控制功能。由于其具有控制靈活、工作可靠、可實現遠程控制等優點，在現代工業控制系統中得到廣泛的應用。隨著電子技術及計算機技術的發展，PLC產品在結構、功能、使用性能等各方面不斷被改進和提高。目前，PLC種類很多，配套產品也較為成熟。

PLC廠商按照國別可以分為日系和歐美系，主要包括三菱、西門子、歐姆龍、松下、安川等。其中，歐美公司在大、中型PLC領域占有絕對優勢，日本公司在小型PLC領域占據十分重要的位置。由于本項目中的裝置是一種小型的控制系統，所以，采用小型的PLC即可滿足要求。

3.2.2 伺服電機

選用的伺服電機可以是步進電機，PLC控制器將人機交互界面用戶的輸入參數，通過人機交互部件中的處理器將參數輸出至PLC控制器中，PLC控制器對數據處理后輸出控制信號，實現自動分閘操作。伺服電機各種參數均可以通過控制器進行控制。

3.2.3 觸摸式操作面板

為了提升操作體驗及設備的便攜性，本裝置的操作面板擬采用松下公司的智能觸摸屏，型號為GT02。該觸摸屏具有體積小、便于識別、操作簡單等特點。采用了3.8寸LED面板，與傳統產品相比，顯示區域約加寬了20%。分辨率為240×96點、解像度約為傳統產品的2.8倍。同時采用高對比度的黑色液晶，采用LED背光燈，無需維護。可以對背光燈進行ON/OFF控制，比較節能。具有圖表顯示功能，進一步提高了識別性。具有標準RS232接口，可以連接多臺PLC，同時也可以與無線發射單元通信。可利用安全功能，保護主機數據，并管理操作權限。可利用顯示語言切換功能，簡單制作多國語言畫面。同時具有miniUSB通信口。

該操作面板可以直接利用Terminal GTWIN 軟件制作畫面，該軟件運行在Windows操作系統中，可直接在電腦上工作。該軟件具有友好的工作界面，支持9種菜單語言，具有部件庫，可拖動使用部件。利用該軟件，可簡單地制作畫面，不必要進行復雜的編程，大大減少了觸摸屏顯示的編程工作量。

此外，該觸摸屏與可以與松下公司的PLC完美通信，兼容性非常好，可以很好地滿足項目的需要。

3.2.4 電氣原理及電路設計

根據系統的工作原理分析，系統由供電3 h伺服電源組、電路開關、系統電源電路器、PLC信號處理器及人機交互部件、伺服電機和緊急分閘部件組成。

根據系統的原理及選定的硬件型號，系統的工作過程為：供電伺服電源能夠為裝置提供脫機工作的續航，電路開關控制電源組的開啟和關閉。電源電路器將伺服地電源組的電源調整為系統需要的24 V供電電壓，電源電路器為裝置中的部件提供供電電源，裝置系統中的控制器為PLC信號處理器，信號處理器對裝置中的用戶輸入信號進行處理，并根據處理的信號輸出控制信號，人機交互部件接收用戶輸入的參數，并對參數進行處理，同時該部件能夠顯示裝置中的設置信號及設置信息，并保存當前設置的設置參數。設置參數通過交互部件中的PLC處理器處理后輸出至PLC信號處理器，信號處理器的輸出實現了緊急分閘操作。

3.2.5 人機操作界面設計

本項目采用了全觸摸式操作面板，操作界面的菜單分為多個級別。

4 技術關鍵及創新

本項目研發的成果設計技術關鍵技術包括：①采用PLC控制器、人機交互部件以及伺服電機組成的控制裝置，從而可以利用軟件編程實現控制策略的調整，接收用戶參數設置后對電機進行控制；②設置實現無線控制分閘操作，使操作精確，安全便利，提高了操作的便利性，同時，能夠記憶上一次操作，從而在有相同需求時，只需啟動按鈕，就可實現相同功能的旋鈕操作；③人機交互界面的可視化操作方面，用戶能夠根據不同的需求設置不同的參數；④裝置有能夠脫機3 h供電的電池組，該電池組為可充電電池組。而項目的創新點在于：①利用PLC控制器及電機實現無線控制方式，PLC具有控制靈活、工作可靠的優點；②采用LED全觸摸屏人機操作界面，可以根據斷路器型號設置參數，實現分閘操作。

5 產品效果及前景

5.1 經濟效益高

本裝置的應用有效節省了因斷路器無法分閘故障的 出工成本，縮短了因轉負荷導致的設備停電時間（縮短80%），減少了負荷及電量損失，保證了系統供電的可靠性和安全性。

5.2 社會效益好

無線控制方式消除了因人為操作埋下的安全隱患，提高了配網供電可靠性，保證了操作人員的人身安全，同時解放了人手，提升了經濟效益。

5.3 推廣性強

本項目成果的應用，提高了管理效率，規范了操作流程，研發的產品可廣泛應用于各種電氣設備中。

6 結束語

本項目研發了一種基于無線控制方式的斷路器緊急分閘裝置，該裝置通過遠距離的無線操作，實現裝置自動操作，有效減少了因斷路器分閘故障造成的損失，同時通過人機操作界面實現多種操作功能，能降低現場的安全風險，提高智能電網的操作水平。該項目雖然取得了很大的進展，存在明顯的優勢，但在技術方面仍然存在一些有待完善的地方。例如，人機操作界面存在菜單畫面過多、參數過多等缺點，電機控制的精確性仍需要進一步提高。這些問題將在后續研究中逐步得到解決。

［1］卡普塔諾維克.高壓斷路器理論、設計與試驗方法［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［2］張全元.電氣設備及運行維護系列高壓斷路器分冊［M］.北京：中國電力出版社，2016.

［3］特倫斯·布萊文思.無線控制基礎：過程工業的連續和離散控制［M］.北京：清華大學出版社，2018.

TM561

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.032

2095－6835（2020）01－0090－02

〔編輯：張思楠〕