基于姿態傳感系統的智能變電站一鍵順控技術研究與應用

徐康 李浩澤

摘要：目前變電站電氣設備的倒閘操作復雜，傳統倒閘操作模式已無法滿足電網發展需求。智能變電站一鍵順控技術的應用，既能有效解決智能變電站傳統操作方式中存在的問題與不足，又可以自動核對站內當前運行設備的實際狀態，大大提高了電氣設備運行的有效性和準確性。本文介紹了一鍵順控系統的基本架構、姿態感知系統的核心技術，并通過實際案例，闡述了基于姿態感知系統的一鍵順控技術具體應用案例。

關鍵詞：一鍵順控;雙確認;姿態傳感器;接收裝置

引言：近十年來，電網建設經歷了高速發展，一線生產任務日益繁重，傳統倒閘操作需要依靠人工完成，操作風險大，導致操作票填寫錯誤或走錯間隔而引起誤操作。一種基于姿態傳感系統的變電站一鍵順控技術徹底解決了此問題，真正實現了倒閘操作由傳統的人工操作向計算機遠程操作的重大轉變，有效減少了運維人員的工作強度，提高了變電站倒閘操作工作效率。

1一鍵順控系統架構

一鍵順控是智能變電站倒閘操作的一種操作模式，具有操作項目軟件預制、操作任務模塊式搭建、設備狀態自動判別、防誤聯鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動、操作過程自動順序執行功能[1]。

在變電站部署監控主機、獨立智能防誤主機和Ⅰ區數據通信網關機，獨立智能防誤主機與監控系統內置防誤邏輯實現雙套防誤校核，Ⅰ區數據通信網關機為調控機構遠方一鍵順控提供通道。監控主機負責站內數據的采集、處理，應具備站內設備的一鍵順控、防誤閉鎖、運行監視、操作與控制等功能，通過站控層網絡采集變電站實時數據，下發控制信息。監控主機與Ⅰ區數據通信網關機通信，傳輸一鍵順控數據。Ⅰ區數據通信網關機具備數據采集、處理、遠傳等基本功能，還具備單點遙控和一鍵順控指令轉發、執行結果上送等功能。

2姿態感知系統

姿態傳感系統由姿態傳感器和接收裝置組成，通過姿態傳感器監測傳感器本體所處部件的位置角度情況，運用一定的解算算法，計算出隔離開關本體的旋轉角度和變化情況，從而判斷隔離開關分合位置狀態，輸出判別結論至上層網絡，輔助完成一鍵順控操作。姿態傳感系統在隔離開關動作時應準確判別分合閘狀態，并給出分閘到位、合閘到位、分閘異常或合閘異常之一的遙信信號。

2.1隔離開關“雙確認”技術

設備操作后的位置檢查應以設備各相實際位置為準，無法看到實際位置時，應采用間接方法，且至少有兩個非同樣原理或非同源的指示同時發生對應變化、所有已確定指示均同時發生對應變化才能判定分合閘是否到位[2]。本文通過加裝姿態傳感器，實現對隔離開關設備分合閘位置監測，與傳統輔助開關接點實現隔離開關設備分合閘位置判斷的方式形成非同源的分合閘位置指示，構成隔離開關分合閘位置的“雙確認”判據，采用有線通訊方式將隔離開關位置檢測信息傳輸至接收裝置，為實現變電站隔離開關“一鍵順控”操作提供安全保障。

2.2姿態傳感器

姿態傳感系統采用陀螺儀原理，從三個方位軸解算出隔離開關轉動的實時姿態角度，三個方位軸測出來的角度分別為俯仰角（Pitch）、航向角（Yaw）和翻滾角（Roll）[3]。姿態傳感器在隔離開關上安裝后應進行標定，標定分閘到位為0°，操作隔離開關n次（n≥3），測量分閘到位與合閘到位之間的角度值θi，求平均取得分合閘之間角度值，稱為額定值θ，θ=1/nΣθi，設置分閘到位判別閾值α，合閘到位判別閾值β，標定后，姿態傳感器應進入正常工作狀態。

2.3接收裝置

接收裝置是基于姿態傳感器的隔離開關狀態監測系統的中轉站，用于采集姿態傳感器的檢測數據，進行初步的分析判斷后將相關數據按照約定的通訊規約上傳至上層網絡系統，其主要功能是數據轉發。本文選擇了平高電氣SM-916型姿態傳感器信號接收裝置，每個接收裝置最多可接入12臺姿態傳感器，該套裝置可將每相刀閘輸出分合狀態信號、刀閘機構角度和機構分合時間通過光纜以IEC61850通信方式上傳至站控層交換機。接收裝置裝置輸出20個硬接點，具有硬接點輸出及網絡接口輸出能力。

3.1000kV橫山開關站應用實例

1000kV橫山開關站于2017年投入運行，1000kV部分采用一個半接線方式，目前建設規模為2個完整串和一個半串，共8臺斷路器，四條出線。

姿態傳感器接收裝置將數據進行信號處理后通過光纜送至1000kV 1號繼電器室新安裝的光交換機，光交換機通過網線接至站控層交換機，將隔離刀閘分合數據送至站控層網絡，順控主機從站控層網絡接入相關信號進行位置雙確認。第二串T0211、T0212、T0221、T0222、T0231、T0232刀閘采用在刀閘機構箱內加裝姿態傳感器的方式獲取刀閘位置的“第二判據”。6相隔離開關機構，每相機構內配置一只姿態傳感器，共6只姿態傳感器。同時配置一臺姿態傳感器接收裝置，此裝置安裝于就地智能控制柜內，落地安裝于電纜溝。本體機構箱至就地匯控柜電纜敷設，GIS就地控制柜至后臺光纜敷設。通過一鍵順控操作，由一鍵順控主機按順序自動完成設備的控制操作，一次性完成多項變電站設備操作任務，實現1000kV各間隔“運行、熱備用、冷備用”三種狀態間的轉換操作以及1000kV母線電壓互感器二次空開的順控操作。

4.結論

一鍵順控技術在國網系統首次實現交流特高壓一鍵順控送電操作，隔離開關“雙確認”應用了姿態傳感器模式，提高了人身安全性和倒閘操作正確性，同時，相較于傳統倒閘操作節省了50%的時間，極大地提高了操作效率。

參考文獻：

[1]劉慧，黃凱，王宇飛.變電站一鍵順控改造技術的試點研究[J].河南科技，2020（14）：122-124.

[2]《Q/GDW1799.1-2013國家電網公司電力電力安全工作規程變電部分》.

[3]田成鳳.智能變電站相關技術研究及應用[D].天津：天津大學，2010.