可遙控式智能型試驗(yàn)裝置在變電站二次回路試驗(yàn)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(hào)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(shí)進(jìn)行現(xiàn)場對點(diǎn)及與調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)試對點(diǎn)，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(dòng)化系統(tǒng)的遙信部分驗(yàn)收工作仍采用多人協(xié)作進(jìn)行的工作方法。相比于傳統(tǒng)電磁保護(hù)的變電站，綜合自動(dòng)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(tái)數(shù)據(jù)庫將裝置組態(tài)文件中分組的動(dòng)作元件、運(yùn)行告警以及軟壓板等都轉(zhuǎn)化成遙信測點(diǎn)[2]。為驗(yàn)收或檢驗(yàn)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(gè)信號(hào)逐一試驗(yàn)，對單一信號(hào)需進(jìn)行動(dòng)作及復(fù)歸兩次發(fā)信調(diào)試才能保證該信號(hào)質(zhì)量良好。遙信核對作業(yè)復(fù)雜煩瑣，耗時(shí)費(fèi)力，信號(hào)類型多且數(shù)量巨大。在當(dāng)下的電力工程建設(shè)條件下，廣泛采用人工短接信號(hào)回路端子以進(jìn)行信號(hào)操作，在長時(shí)間的核信工作中持續(xù)考驗(yàn)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(yàn)法的弊端分析

繼電保護(hù)裝置常見故障一般由錯(cuò)誤接線造成，二次回路的接線錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)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(huì)出現(xiàn)接線虛接和錯(cuò)接等情況。這些都會(huì)使得繼電保護(hù)裝置不能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行[4]。因此在裝置及二次回路投運(yùn)前的驗(yàn)收工作中，如何實(shí)施管控避免發(fā)生接線錯(cuò)誤顯得尤為重要。廣泛調(diào)研變電站二次回路試驗(yàn)工作后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際工作中習(xí)慣采用人工短接法來驗(yàn)證二次回路設(shè)計(jì)的完整性以及功能的正確性。

由于設(shè)計(jì)上的差異，保護(hù)裝置操作箱和斷路器機(jī)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(jì)單位出具的施工圖紙正確配線安裝。因此在驗(yàn)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(jì)，根據(jù)現(xiàn)場情況作出選擇[5]。在對斷路器的防跳回路進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，需要區(qū)分防跳功能是由保護(hù)裝置操作箱還是斷路器機(jī)構(gòu)箱的回路來實(shí)現(xiàn)。一般來說，開關(guān)防跳試驗(yàn)要求試驗(yàn)人員手?jǐn)Q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(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員容易因手法疏忽或操作不當(dāng)，沒有全程擰緊合閘操作把手，輕微松動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致開關(guān)的合閘回路在試驗(yàn)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(jìn)行合閘操作。這種現(xiàn)象與防跳回路驗(yàn)證正確的結(jié)果相一致，但此表象無法區(qū)分是人工手?jǐn)Q合閘操作把手松動(dòng)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(yàn)的結(jié)果解釋不唯一，無法驗(yàn)證開關(guān)防跳回路的正確性。

此外，對于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的遙信功能調(diào)試與驗(yàn)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(yàn)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(dòng)化系統(tǒng)為核心，按照施工圖紙的告警信號(hào)設(shè)計(jì)，有序?qū)⒏婢畔鬟f至變電站后臺(tái)機(jī)及調(diào)度主站系統(tǒng)，試驗(yàn)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(tái)后臺(tái)控制機(jī)前進(jìn)行信號(hào)核對，一人在二次裝置處進(jìn)行信號(hào)操作，另一人查閱圖紙?jiān)O(shè)計(jì)確定信號(hào)類型與名稱，指揮發(fā)信員工作，同時(shí)還需與后臺(tái)機(jī)前的同事進(jìn)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(hào)虛發(fā)、漏發(fā)以及錯(cuò)發(fā)等誤操作，浪費(fèi)工時(shí)，影響遙信工程系統(tǒng)的調(diào)試驗(yàn)收。

二次回路接線錯(cuò)誤或線芯走向錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致二次裝置模擬量采樣出錯(cuò)，造成繼電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，進(jìn)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(hù)正確動(dòng)作以及電網(wǎng)的安全運(yùn)行[7]。在一些需要模擬開關(guān)量輸入的二次裝置試驗(yàn)要求下，現(xiàn)今多采用試驗(yàn)線短接開關(guān)量二次回路以保持目標(biāo)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(xiǎn)，錯(cuò)誤改變了運(yùn)行中二次回路的連接對應(yīng)狀態(tài)，對二次裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性造成嚴(yán)重影響。

2 可遙控式智能型試驗(yàn)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(diǎn)，減輕試驗(yàn)檢修人員的手工勞動(dòng)強(qiáng)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(yàn)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(yàn)裝置的工作流程

試驗(yàn)裝置采用繼電器模塊組合式集成化設(shè)計(jì)，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(jìn)行單獨(dú)標(biāo)記與精準(zhǔn)控制，通過外置遙控器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jì)示意如圖2所示。

圖2 裝置主要部件及電路板設(shè)計(jì)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(diǎn)動(dòng)、自鎖以及互鎖3種，各種試驗(yàn)場景可根據(jù)實(shí)際需要對試驗(yàn)裝置進(jìn)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(qiáng)以及功耗低的特點(diǎn)，可以接收并存貯遙控器所發(fā)射的無線信號(hào)，實(shí)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(shí)間超過定值即觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警時(shí)限內(nèi)，遙控器無新輸入的操作信號(hào)即關(guān)機(jī)鎖定，避免長時(shí)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(hào)，它具有方向任意性，可以不“面對面”控制，而且工作距離遠(yuǎn)[8]。采用固定碼無線編碼技術(shù)，可以獨(dú)立控制各個(gè)繼電器的接點(diǎn)通斷狀態(tài)，做到互不干擾。無線遙控信號(hào)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(yàn)裝置技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新亮點(diǎn)

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(jì)符合EMC設(shè)計(jì)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(dòng)。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(diǎn)，適合于測量狀態(tài)多、實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)以及擴(kuò)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(yàn)工作需要，預(yù)期板載16個(gè)歐姆龍APAN3105繼電器。每個(gè)繼電器單獨(dú)配有插拔式接線端子模塊，為繼電器常開常閉接點(diǎn)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(dòng)算法軟件校準(zhǔn)，當(dāng)30 s內(nèi)沒有接到遙控指令會(huì)自動(dòng)觸發(fā)自鎖信號(hào)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(dòng)。

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(jìn)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(diǎn)動(dòng)、自鎖及互鎖），根據(jù)不同的二次回路試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行繼電器工作模式的切換。裝置通電后自動(dòng)進(jìn)行繼電器輪檢，檢查異常時(shí)，對應(yīng)繼電器的工作指示燈亮橙色，提醒用戶進(jìn)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(yuǎn)程化、試驗(yàn)作業(yè)少人化

首先，工作人員可根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容，在試驗(yàn)前對裝置進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，之后將試驗(yàn)器通過背板磁鐵片貼掛在二次保護(hù)屏柜柜門上。其次，完成試驗(yàn)回路的端子排配置接線后，試驗(yàn)人員就可以回到主控室后臺(tái)機(jī)或者保護(hù)裝置面板前，通過點(diǎn)按遙控器按鈕控制目標(biāo)繼電器的輸出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制二次回路的工作狀態(tài)。最后，檢查后臺(tái)機(jī)或保護(hù)裝置面板的動(dòng)作報(bào)文，核對試驗(yàn)結(jié)果的正確性。本裝置工作場景模式如圖3所示，其遠(yuǎn)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(yàn)端子排處進(jìn)行人工短接操作。

圖3 可遙控式智能型試驗(yàn)裝置工作場景示意

3.4 具備二次試驗(yàn)項(xiàng)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(diǎn)配合完成的二次回路試驗(yàn)項(xiàng)目，如遙信系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)收、斷路器防跳回路試驗(yàn)、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(yàn)需要多人配合與人手操作的工作流程痛點(diǎn)，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(yàn)人員發(fā)生誤操作或意外直流觸電的作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)[10]。

4 結(jié) 論

無人值班變電站在運(yùn)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(cuò)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(yàn)裝置，可在投運(yùn)前的驗(yàn)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(hào)實(shí)現(xiàn)二次回路的遠(yuǎn)程控制，滿足各項(xiàng)二次試驗(yàn)要求，消除了當(dāng)下人工作業(yè)可能出現(xiàn)的誤操作安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短驗(yàn)收與定檢作業(yè)工時(shí)，有效減少電網(wǎng)停電檢修時(shí)間，提高供電可靠性與客戶滿意度。