基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)

楊付軍，李 超，梁 冰，耿 新，馬鵬姬

（國網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南平頂山 467000）

目前，國內(nèi)110 kV 及以下的變電站隔離裝置通常不具備電氣鎖定的功能，不能為監(jiān)測系統(tǒng)提供定位節(jié)點。由于接地裝置的實際位置復(fù)雜，尤其是接地線、接地刀等，使變電站難以對其進行精確定位，從而增加了電網(wǎng)誤操作事故的發(fā)生幾率[1-2]。

為此，相關(guān)學(xué)者研究了基于廣域信息的繼電保護方法[3]和面向多能互補微網(wǎng)的故障辨識與繼電保護方法[4]。然而，上述傳統(tǒng)的變電站內(nèi)順控操作系統(tǒng)主要是對變電站內(nèi)一次設(shè)備的順序控制，不包含對二次保護硬壓板的順序控制，使得順控工作并不能夠從根本上改變現(xiàn)有依靠人工逐項操作的工作模式。針對這一問題，文中設(shè)計了一種基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由圖1 可知，監(jiān)控中心是中央控制計算機的主要部分，對各運行、維修站進行全面控制。在監(jiān)控中心進行遙控操作時，通過設(shè)定特定的操作權(quán)限，保證了系統(tǒng)的絕對安全性。集中管理、統(tǒng)計、查詢是該系統(tǒng)的一個突出特征，并包含兩臺備用的防誤裝置，通過備用的雙通道，即便是單一的糾錯設(shè)備和信道出現(xiàn)故障，也能確保電網(wǎng)的正常工作[5]。調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)配備了五防鎖定設(shè)備，具備較好的溝通平臺，能夠及時地調(diào)度和下達(dá)作業(yè)命令。

1.1 繼電保護硬壓板防誤操作告警模塊

在繼電器結(jié)果中，硬壓板是一種非常關(guān)鍵的設(shè)備，它的開啟和關(guān)閉狀況對保護設(shè)備的正常運行有很大的影響。硬壓板采集模塊負(fù)責(zé)采集硬壓板觸點的全部數(shù)據(jù)，并以該數(shù)據(jù)為依據(jù)分析接觸件受到回程彈簧的作用力，使壓片接觸在截止?fàn)顟B(tài)時，無法在取樣端采集電壓[6]。在硬壓板導(dǎo)向器關(guān)閉時，觸頭與剛性平板導(dǎo)向器接觸，并承受向下的作用力。此時，壓盤接觸是斷開的，采樣側(cè)有電壓。在使用硬壓板進行位置分離時，接觸片會斷裂；在硬壓板關(guān)閉時，接觸片是導(dǎo)電的。圖2 為繼電保護硬壓板防誤操作告警模塊，點1,2,…,n為硬壓板的觸點。

圖2 繼電保護硬壓板防誤操作告警模塊

圖2 中，硬壓板觸點信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器處理后可變?yōu)閿?shù)字形式。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)輸入與狀態(tài)輸入中任意一組狀態(tài)一致，系統(tǒng)需要啟動防誤動作，并發(fā)出告警信息，使運維人員及時發(fā)現(xiàn)硬壓板誤操作行為，并及時采取措施[7-8]。

1.2 一鍵式微電機遙控防誤操作模塊

調(diào)度操作控制系統(tǒng)充當(dāng)傳送信道，接收由調(diào)度和運行管理系統(tǒng)發(fā)出的總命令[9-10]。系統(tǒng)進行相應(yīng)的操作，同時將其反饋給調(diào)度操作管理系統(tǒng)，并存入一鍵式微電機遙控防誤操作模塊。圖3 為一鍵式微電機遙控防誤操作模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖3 一鍵式微電機遙控防誤操作模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3 中，調(diào)度運行控制系統(tǒng)發(fā)布相關(guān)指令，程序化操作服務(wù)模塊根據(jù)指令，在典型票庫中查找對應(yīng)的程序運行票，并將其結(jié)果反饋給調(diào)度主機[11-12]。同時，調(diào)度運行控制系統(tǒng)還可以發(fā)布任務(wù)單預(yù)覽指令，與防范模塊相結(jié)合，實現(xiàn)了任務(wù)單的預(yù)覽[13]。

1.3 地線解閉鎖管理模塊

地線解閉鎖管理模塊主要包括接地線管理器和接地智能監(jiān)測設(shè)備（包括檢測閉鎖機構(gòu)、地線柜、智能地線檢測裝置以及檢測鎖定裝置）。其中，接地線管理器主機負(fù)責(zé)對鎖止部件的管理、控制和檢測，把接地線路的真實狀態(tài)上傳至防范模塊中，并按照防范主機的指令執(zhí)行解鎖任務(wù)[14]；檢測閉鎖機構(gòu)的主要工作是確定接地線并進行相應(yīng)的接觸，其數(shù)目分配并非隨意，而是取決于接地導(dǎo)線的數(shù)目；地線柜通過連接地線接地裝置，將變電設(shè)備的金屬外殼或其他可導(dǎo)電部分與地面連接；智能地線檢測裝置能夠識別連接地線的接地樁，與遠(yuǎn)程主機進行實時通信，并將接地線的位置及狀態(tài)上傳[15]；檢測鎖定裝置的作用是監(jiān)測和確認(rèn)電氣設(shè)備是否處于鎖定狀態(tài)。這是為了確保安全操作和維護電氣設(shè)備的需要。

2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計

2.1 基于微電機遙控的一鍵式防誤操作流程

基于微電機遙控的一鍵式防誤操作流程，如圖4所示。

圖4 一鍵式防誤操作流程

圖4 中，一鍵式防誤操作是由調(diào)度系統(tǒng)、運動網(wǎng)關(guān)機、變電站監(jiān)控主機共同控制的。通過調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)命令，經(jīng)過運動網(wǎng)關(guān)機再傳遞給變電站監(jiān)控主機，能夠?qū)崿F(xiàn)操作票調(diào)閱及執(zhí)行等操作[16]。調(diào)度員在拓?fù)鋱D形上點擊該裝置，選定目標(biāo)動作，并根據(jù)裝置當(dāng)前工作狀況自動地獲取作業(yè)數(shù)據(jù)。

2.2 循環(huán)冗余檢驗檢錯

循環(huán)冗余校驗碼是通過將循環(huán)編碼中的錯誤檢測特征分離出來的，從而使接收方能夠使用該特性進行差錯檢測。若所收到的碼字無法被分割，就會出現(xiàn)錯誤。對于系統(tǒng)循環(huán)碼，在發(fā)送端有：

式中，y(x)表示信息輸出結(jié)果；α表示信息位數(shù)量；β表示幀；A(x)表示信息位；B(x)表示校驗位。如果接收碼中沒有出現(xiàn)誤碼，那么接收碼與發(fā)送碼應(yīng)該保持一致，即：

式中，z(x)表示接收結(jié)果。如果接收碼可以被多項式整除，則說明接收的結(jié)果是有效的，反之，則無效，說明信號碼在傳輸過程中出現(xiàn)了錯誤碼。

循環(huán)碼表現(xiàn)在生成的多項式上，既然是循環(huán)碼，必定存在：

式中，C(x)表示循環(huán)碼多項式。當(dāng)α-β長度固定后，α的值也被固定。然而在校驗過程中，α的值無法確定，所以在系統(tǒng)中應(yīng)用的校驗碼是按照縮短碼設(shè)計的。對于系統(tǒng)循環(huán)碼，在接收端有：

式中，f(x)為多項式表達(dá)式。如果式（4）的計算結(jié)果不為0，那么系統(tǒng)將接收到誤操作報文；如果計算結(jié)果為0，那么接收的報文為正確報文。

針對不能檢查出所有錯誤的問題，需要使用重疊錯誤圖來描述。重疊錯誤圖與報文的長度一致，當(dāng)報文中的相應(yīng)比特位置傳輸正確時，重疊錯誤圖中的比特位置為0，當(dāng)報文中相應(yīng)位置比特傳輸出現(xiàn)錯誤時，則重疊錯誤圖中的比特位置為1。

此時，在接收端存在如下關(guān)系：

式中，f′(x)表示初始循環(huán)碼；H(x)表示重疊錯誤圖中的多項式。基于此，能夠檢測出所有傳輸錯誤信息。

3 實驗與分析

3.1 實驗環(huán)境

在一座110 kV 變電站完成基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)應(yīng)用，該變電站結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 110 kV變電站結(jié)構(gòu)

110 kV 智能變電所的站控層與變電設(shè)備、電源設(shè)備之間并非完全獨立，而是需要通過單顆衛(wèi)星的高速以太網(wǎng)進行組網(wǎng)。通信協(xié)議采用DL/T860，以100 Mbps 的速度進行通信。

在首次模擬測試中，采用DL/T860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)，對全變電站進行統(tǒng)一組態(tài)。組態(tài)工具能檢驗組態(tài)檔的正確性，所產(chǎn)生的組態(tài)檔可以透過SCL 架構(gòu)進行校驗。智能變電所的控制層可以與省級、當(dāng)?shù)氐恼{(diào)度中心進行通信，實現(xiàn)對整個變電站的運行監(jiān)控和控制。在通信協(xié)議方面，利用DL/T6345101-2002、DL/T6345104-2002、DL/T6345104-2002 通信，并保持了以工業(yè)IEC61850 為基準(zhǔn)的通信方式。

3.2 實驗結(jié)果與分析

在110 kV 配電網(wǎng)中，使用主機功能碼從基站地址運行頻率的寄存器中讀取運行狀態(tài)時，基本的消息幀格式如表1 所示。

表1 基本消息幀

根據(jù)主機傳送的整個消息幀，在110 kV 配電網(wǎng)上獲取理想的傳輸數(shù)據(jù)波形，如圖6 所示。

圖6 理想傳輸數(shù)據(jù)波形

由圖6 可知，理想傳輸電壓數(shù)據(jù)波形具有一定規(guī)律性，且上下波動幅度一致，為-2.5～2.5 V。以此為依據(jù)，分別使用基于廣域信息、面向多能互補微網(wǎng)的方法和該文設(shè)計的基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)，對比分析傳輸數(shù)據(jù)波形，結(jié)果如圖7 所示。由圖7 可知，使用兩種傳統(tǒng)方法后，傳輸電壓數(shù)據(jù)波形具有一定規(guī)律性，但與理想波形不一致。而使用該文設(shè)計的基于微電機遙控的操作系統(tǒng)輸出波形具有一定規(guī)律性，且與理想波形一致，上下波動幅度范圍為-2.5～2.5 V。

圖7 三種方法傳輸數(shù)據(jù)波形對比分析

4 結(jié)束語

文中設(shè)計了一種基于微電機遙控的繼電保護順控防誤操作系統(tǒng)，其涉及調(diào)度操作、維護和操作。在調(diào)度方面，通過對電力系統(tǒng)的集成防錯運行功能和校驗進行了分析，以達(dá)到可視化的監(jiān)視與調(diào)度，從而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。通過對110 kV 安全控制系統(tǒng)核心技術(shù)的不斷完善，在運行監(jiān)控、開關(guān)運行、事故處理集中監(jiān)控等方面得到了更好的發(fā)展。在保證110 kV 配電網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、可靠的前提下，為電力企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展提供了有力的保障。