可遙控式智能型試驗裝置在變電站二次回路試驗檢修中的應(yīng)用

陳俊杜，梁嘉偉，何偉杰，王 晴，劉德志

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引 言

隨著變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備智能水平的提高及IT技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)的采集信號數(shù)量急劇上升。現(xiàn)階段變電站現(xiàn)場調(diào)試手段仍依靠在現(xiàn)場調(diào)試環(huán)節(jié)投入大量的人力及工時進行現(xiàn)場對點及與調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)試對點，調(diào)試效率低下，調(diào)試質(zhì)量難以有效控制[1]。

除此以外，變電站綜合自動化系統(tǒng)的遙信部分驗收工作仍采用多人協(xié)作進行的工作方法。相比于傳統(tǒng)電磁保護的變電站，綜合自動化變電站產(chǎn)生的遙信狀態(tài)變化告警信息數(shù)量巨大，后臺數(shù)據(jù)庫將裝置組態(tài)文件中分組的動作元件、運行告警以及軟壓板等都轉(zhuǎn)化成遙信測點[2]。為驗收或檢驗遙信系統(tǒng)的完整性與對應(yīng)性，這就要求作業(yè)人員對各個信號逐一試驗，對單一信號需進行動作及復(fù)歸兩次發(fā)信調(diào)試才能保證該信號質(zhì)量良好。遙信核對作業(yè)復(fù)雜煩瑣，耗時費力，信號類型多且數(shù)量巨大。在當下的電力工程建設(shè)條件下，廣泛采用人工短接信號回路端子以進行信號操作，在長時間的核信工作中持續(xù)考驗著工作人員的精神集中度與發(fā)信操作的技能熟練度。

1 傳統(tǒng)人工短接試驗法的弊端分析

繼電保護裝置常見故障一般由錯誤接線造成，二次回路的接線錯誤會導(dǎo)致保護裝置出現(xiàn)拒動和誤動等異常工作狀態(tài)[3]。在安裝設(shè)備過程中，如果安裝人員自身的專業(yè)素質(zhì)較低，對施工圖紙的理解有誤，那么就可能會出現(xiàn)接線虛接和錯接等情況。這些都會使得繼電保護裝置不能夠安全、穩(wěn)定地運行[4]。因此在裝置及二次回路投運前的驗收工作中，如何實施管控避免發(fā)生接線錯誤顯得尤為重要。廣泛調(diào)研變電站二次回路試驗工作后發(fā)現(xiàn)，實際工作中習(xí)慣采用人工短接法來驗證二次回路設(shè)計的完整性以及功能的正確性。

由于設(shè)計上的差異，保護裝置操作箱和斷路器機構(gòu)箱均配置有開關(guān)防跳功能回路，兩者的使用選擇需根據(jù)設(shè)計單位出具的施工圖紙正確配線安裝。因此在驗收過程中，一定要結(jié)合變電站現(xiàn)場一次設(shè)備與二次裝置來統(tǒng)一設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場情況作出選擇[5]。在對斷路器的防跳回路進行試驗時，需要區(qū)分防跳功能是由保護裝置操作箱還是斷路器機構(gòu)箱的回路來實現(xiàn)。一般來說，開關(guān)防跳試驗要求試驗人員手擰固定開關(guān)合閘把手，全程保持指向合閘操作方向，保持開關(guān)合閘回路的導(dǎo)通。試驗時，試驗人員容易因手法疏忽或操作不當，沒有全程擰緊合閘操作把手，輕微松動就會導(dǎo)致開關(guān)的合閘回路在試驗全程沒有持續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)合閘脈沖不連續(xù)，結(jié)果體現(xiàn)為開關(guān)無法進行合閘操作。這種現(xiàn)象與防跳回路驗證正確的結(jié)果相一致，但此表象無法區(qū)分是人工手擰合閘操作把手松動導(dǎo)致的無法合閘，還是防跳回路起作用斷開開關(guān)合閘回路導(dǎo)致無法合閘。因此開關(guān)防跳回路試驗的結(jié)果解釋不唯一，無法驗證開關(guān)防跳回路的正確性。

此外，對于變電站綜合自動化系統(tǒng)的遙信功能調(diào)試與驗收，站端設(shè)備調(diào)試通常采用短接二次回路的方法，模擬發(fā)出告警信息，以此驗證告警回路接線以及告警信息的對應(yīng)性。此環(huán)節(jié)以廠站綜合自動化系統(tǒng)為核心，按照施工圖紙的告警信號設(shè)計，有序?qū)⒏婢畔鬟f至變電站后臺機及調(diào)度主站系統(tǒng)，試驗過程要求對告警信息的對應(yīng)性作出正誤判斷[6]。按目前的調(diào)試人員配置，一次遙信核對工作至少需要3人參與。一人在變電站主控臺后臺控制機前進行信號核對，一人在二次裝置處進行信號操作，另一人查閱圖紙設(shè)計確定信號類型與名稱，指揮發(fā)信員工作，同時還需與后臺機前的同事進行溝通。全過程人力投入多，多人協(xié)作效率低下。若發(fā)信員發(fā)信技能不熟練，則容易出現(xiàn)信號虛發(fā)、漏發(fā)以及錯發(fā)等誤操作，浪費工時，影響遙信工程系統(tǒng)的調(diào)試驗收。

二次回路接線錯誤或線芯走向錯誤會導(dǎo)致二次裝置模擬量采樣出錯，造成繼電保護拒動或誤動，進而使得電網(wǎng)系統(tǒng)部分地區(qū)大面積停電。因此必須正確核對二次回路每根線芯，以保障繼電保護正確動作以及電網(wǎng)的安全運行[7]。在一些需要模擬開關(guān)量輸入的二次裝置試驗要求下，現(xiàn)今多采用試驗線短接開關(guān)量二次回路以保持目標開關(guān)量狀態(tài)。人工短接過程可能存在誤接（解）線或漏接（解）線等安全操作風(fēng)險，錯誤改變了運行中二次回路的連接對應(yīng)狀態(tài)，對二次裝置的運行穩(wěn)定性與安全性造成嚴重影響。

2 可遙控式智能型試驗裝置技術(shù)方案簡介

針對上述人力手工作業(yè)的局限以及作業(yè)人員數(shù)量的硬性要求，為解決以往必須人工參與操作的工序痛點，減輕試驗檢修人員的手工勞動強度，節(jié)約工作用人成本，研究出一種多用途可遙控式智能學(xué)習(xí)型二次回路試驗裝置，其工作流程及主要功能如圖1所示。

圖1 可遙控式智能型試驗裝置的工作流程

試驗裝置采用繼電器模塊組合式集成化設(shè)計，適用于通用型二次回路接線端子排尺寸。本裝置內(nèi)部集成遙控模塊，結(jié)合外置遙控器的智能學(xué)習(xí)功能，可對不同位置、不同裝置的繼電器進行單獨標記與精準控制，通過外置遙控器可實現(xiàn)遠程控制每路繼電器的工作狀態(tài)。裝置主要部件及電路板設(shè)計示意如圖2所示。

圖2 裝置主要部件及電路板設(shè)計示意

（1）智能對碼學(xué)習(xí)按鍵。允許用戶不限次自主定義無線接收控制器的不同工作模式，配合遙控器功能按鍵切換選擇繼電器工作模式。無線接收器一次設(shè)定后便可成功學(xué)習(xí)并記憶工作模式，即使裝置斷電也可以自保持原模式，無需反復(fù)設(shè)置。繼電器工作模式分為點動、自鎖以及互鎖3種，各種試驗場景可根據(jù)實際需要對試驗裝置進行配置。

（2）無線接收器。無線接收器由超外差接收模塊與無線接收天線組成，具有保密性高、穩(wěn)定性強以及功耗低的特點，可以接收并存貯遙控器所發(fā)射的無線信號，實現(xiàn)配套使用。為保證輸出的靈敏性與保密性，無線接收控制器空閑時間超過定值即觸發(fā)蜂鳴器報警。報警時限內(nèi)，遙控器無新輸入的操作信號即關(guān)機鎖定，避免長時間空閑導(dǎo)致誤輸出，影響功能可靠性。

（3）遙控器。無線遙控器是利用無線電波傳送控制信號，它具有方向任意性，可以不“面對面”控制，而且工作距離遠[8]。采用固定碼無線編碼技術(shù)，可以獨立控制各個繼電器的接點通斷狀態(tài)，做到互不干擾。無線遙控信號發(fā)射基本可以覆蓋變電站繼保室全部工作范圍。

3 可遙控式智能型試驗裝置技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新亮點

3.1 裝置結(jié)構(gòu)兼具集成化與模塊化優(yōu)勢

裝置采用緊湊一體化的聚碳酸酯防撞外殼，可以給用戶提供足夠的便攜性與場景適用性，主要應(yīng)用于變電站內(nèi)各種二次裝置接線端子排或高壓設(shè)備匯控柜內(nèi)的端子排。本裝置主板電路PCB設(shè)計符合EMC設(shè)計規(guī)則，可保障在電磁干擾下可靠工作，不產(chǎn)生繼電器開合狀態(tài)誤動。基于ARM Cortex-M的32位內(nèi)核的STM32F103系列芯片具有處理速度快和功率損耗低等優(yōu)點，適合于測量狀態(tài)多、實時性要求強以及擴展功能多等控制要求[9]。因此本裝置選用STM32F103系列芯片作為中央控制單元。

根據(jù)一般二次回路試驗工作需要，預(yù)期板載16個歐姆龍APAN3105繼電器。每個繼電器單獨配有插拔式接線端子模塊，為繼電器常開常閉接點輸出提供可靠的接線保證。本裝置具有繼電器開合狀態(tài)誤動算法軟件校準，當30 s內(nèi)沒有接到遙控指令會自動觸發(fā)自鎖信號端子通道的開合狀態(tài)，防止繼電器在非人為操作下發(fā)生誤動。

3.2 具備智能學(xué)習(xí)對碼與智能自檢模式

裝置采用的無線接收控制器具備智能學(xué)習(xí)功能，通過集成板上的學(xué)習(xí)按鍵可讓裝置進入學(xué)習(xí)狀態(tài)或清除學(xué)習(xí)信息。無線接收器配合遙控器使用可讓裝置學(xué)習(xí)并保持記憶繼電器的遙控工作模式（點動、自鎖及互鎖），根據(jù)不同的二次回路試驗內(nèi)容進行繼電器工作模式的切換。裝置通電后自動進行繼電器輪檢，檢查異常時，對應(yīng)繼電器的工作指示燈亮橙色，提醒用戶進行檢查維修。若無異常，繼電器指示燈亮綠色。

3.3 裝置使用遠程化、試驗作業(yè)少人化

首先，工作人員可根據(jù)試驗內(nèi)容，在試驗前對裝置進行預(yù)先設(shè)定，之后將試驗器通過背板磁鐵片貼掛在二次保護屏柜柜門上。其次，完成試驗回路的端子排配置接線后，試驗人員就可以回到主控室后臺機或者保護裝置面板前，通過點按遙控器按鈕控制目標繼電器的輸出結(jié)果，實現(xiàn)遠程控制二次回路的工作狀態(tài)。最后，檢查后臺機或保護裝置面板的動作報文，核對試驗結(jié)果的正確性。本裝置工作場景模式如圖3所示，其遠程控制特性可以節(jié)省人力投入，不再需要額外的測試人員在試驗端子排處進行人工短接操作。

圖3 可遙控式智能型試驗裝置工作場景示意

3.4 具備二次試驗項目全通用的高普適性

裝置采用組合式繼電器，針對需要多人多地點配合完成的二次回路試驗項目，如遙信系統(tǒng)調(diào)試驗收、斷路器防跳回路試驗、二次裝置開關(guān)量輸入輸出模擬以及二次電纜纜芯核對等，本裝置可集中解決以往回路試驗需要多人配合與人手操作的工作流程痛點，在作業(yè)人員與帶電二次回路之間形成可靠的安全隔離，有效避免試驗人員發(fā)生誤操作或意外直流觸電的作業(yè)安全風(fēng)險[10]。

4 結(jié) 論

無人值班變電站在運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)四遙信息頻繁發(fā)送、漏發(fā)或者錯發(fā)等各種不良現(xiàn)象，其中大部分是因安裝質(zhì)量差或二次設(shè)備內(nèi)部元件老化造成。通過使用可遙控式智能型試驗裝置，可在投運前的驗收環(huán)節(jié)可靠把控變電站端二次回路安裝施工的工程質(zhì)量，以精確的遙控器無線信號實現(xiàn)二次回路的遠程控制，滿足各項二次試驗要求，消除了當下人工作業(yè)可能出現(xiàn)的誤操作安全風(fēng)險，縮短驗收與定檢作業(yè)工時，有效減少電網(wǎng)停電檢修時間，提高供電可靠性與客戶滿意度。