基于外設輔助觸點的變電站出口壓板狀態監測系統設計

徐浩，歐陽帆，劉海峰，梁文武，李輝

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

基于外設輔助觸點的變電站出口壓板狀態監測系統設計

徐浩，歐陽帆，劉海峰，梁文武，李輝

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

設計了一種基于外設輔助觸點的變電站出口壓板狀態監測系統。該系統由外設輔助觸點、狀態監測模塊和上位機三部分構成。文章分別針對分立式壓板和線簧式壓板，詳細闡述了外設輔助觸點的硬件構成、安裝方法和工作原理，并在此基礎上，設計了壓板狀態監測系統架構。研究表明，所設計的壓板監測系統與繼電保護裝置和高壓電氣設備控制回路完全隔離，不會引入干擾，安全性高。

外設輔助觸點；出口壓板；狀態監測；系統設計

繼電保護是變電站自動化系統的重要組成部分，其裝置本身具備相當高的自動化水平〔1－2〕。近年來，電力從業人員深刻認識到出口壓板狀態監測的必要性和重要性，進行了大量的壓板狀態監測智能化研究和嘗試，取得了一些成果，但尚未形成較為廣泛的影響〔3－5〕。見諸現有文獻和實踐的壓板狀態智能監測方案主要有以下幾種:其一是通過安裝攝像機采集屏柜圖像，利用灰度識別技術檢測壓板狀態〔3〕；其二是分別在壓板和屏柜本體上配置反光涂層和發光源，通過光電檢測原理實現壓板狀態檢測〔4〕。這兩種方案都是在現有壓板結構下通過配備輔助構件和非電量接觸技術實現壓板狀態智能監測的，未向出口跳閘回路中引入任何干擾，安全性較高。但方案所用壓板狀態監測構件的可靠性存在一定缺陷，都會受外部光源的影響，且第一種方案將因壓板布局偏低而存在一定的圖像采集難度。另一種壓板狀態監測方案是采用智能壓板從根本上解決跳閘出口壓板不可監視的問題〔5〕，智能壓板在結構上同時具備出口回路控制和壓板狀態監測功能，可靠性較高。但這種方案更適用于今后新制的壓板設計標準和新建的屏柜，在現今已投運的數量龐大到驚人的屏柜中進行智能壓板改造，一方面工程量大、成本高，另一方面也可能不具備工程許可條件。

針對現行六統一標準壓板結構，提出了一種基于外設輔助觸點的變電站出口壓板狀態監測系統。

1 外設輔助觸點設計

外設輔助觸點與出口壓板連片聯動，連片投入或退出時，輔助觸點的狀態隨之更改，因此通過監測輔助觸點的通斷能可靠監測出口壓板的狀態。設計輔助觸點時，不能向出口跳閘回路引入干擾、降低系統運行的安全性；換言之，外設輔助觸點與出口壓板在電氣上應完全獨立。在新六統一標準下，繼電保護出口壓板主要存在分立式和線簧式兩類。兩類壓板在構造上存在差異，留給外設輔助觸點的設計空間不同，須區別對待。

1.1 分立式壓板狀態監測輔助觸點設計

分立式壓板由自由活動連片和串入跳閘回路的兩顆固定支柱構成，如圖1所示。其中，連片為導電材質，合上時將兩顆支柱連通，斷開時將跳閘回路斷開并形成可視斷點；固定支柱中心是貫穿屏柜內外的鋼質螺栓，螺栓在屏柜內、外側都配有鋼質墊片和螺母，起固定螺栓和轉換導電截面的作用；螺栓在屏柜內側與跳閘出口回路斷點緊密固定連接；螺栓在屏柜外側另配有螺帽和兩片鋼質墊片，起固定連片作用。壓板投入時，跳閘出口回路斷點通過上支柱螺栓屏柜內側螺母、螺栓、螺栓屏柜外側螺母、連片及下支柱螺栓屏柜外側螺母、螺栓、螺栓屏柜內側螺母連通 (未算螺母墊片)。連片下端固定套接在下支柱的貫穿螺栓上。投入壓板時，松動下支柱螺帽，將連片上端撥入上支柱兩片墊片之間，然后旋緊上下支柱上的螺母，固定連片位置，并使連片、靠近屏柜側墊片及螺栓上的固定螺母緊密接觸，確保兩支柱可靠電氣連通；退出壓板時，松動上支柱和下支柱螺帽，將連片上端撥離上支柱，然后旋緊下支柱螺帽，固定住連片位置。

圖1 分立式壓板結構

在壓板投入前后，活動連片發生了較為明顯的位移，基于活動連片設計了如圖2所示的分立式壓板狀態監測外設輔助觸點。該輔助觸點由塑料套環和彈簧觸點構成。其中，塑料套環起固定彈簧觸點作用，其尺寸略小于上支柱外圍，安裝時通過熱漲效應套入上支柱后禁錮。圖2右側部分給出了彈簧觸點的剖面圖，剖面位置在圖2左側部分給出了示意。如圖所示，彈簧觸點由銅片、銅質觸點、塑料桿、銅片彈簧、觸點彈簧、彈簧支撐點、限位平面、外引導線和外封裝構成。其中，銅片與塑料桿下端和銅片彈簧頂端分別固定并成為一體；觸點下端與觸點彈簧頂端固定并成為一體；塑料桿在銅片起擠壓銅片和提供絕緣作用；限位平面限制塑料桿只能上下垂直 (以剖面圖所示方位為基準)移動，保證連片合上時銅片與兩側銅質觸點都緊密接觸。在壓板退出時，銅片彈簧擠壓銅片使銅片與銅質觸點分離；在壓板投入后，連片擠壓塑料桿，使銅片與銅質觸點接觸。

圖2 分立式壓板輔助觸點

為了保證壓板投入時連片能可靠導通銅質觸點，塑料桿的頂端應高于上支柱中心螺栓屏柜外側禁錮螺母的位置，即連片投入后螺帽完全擰緊后連片下端所在位置，在螺帽沒有完全擰緊時即擠壓塑料桿導通銅質觸點；然后在螺帽進一步擰緊過程中，觸點彈簧受擠壓，銅質觸點和銅片同時下沉，保證銅片不會受到較強擠壓而發生形變，影響彈簧觸點性能。塑料桿頂端為拱面，方便連片投入；同時，塑料桿頂端與上支柱中心螺栓屏柜外側禁錮螺母的垂直位置差應大于三個彈簧為自然態時銅片與銅質觸點的垂直距離，且二者都應在保證性能的前提盡量取得小一些，以避免塑料桿對連片的投入操作造成明顯干擾。

1.2 線簧式壓板狀態監測輔助觸點設計

線簧式壓板由限位活動連片和底座構成，如圖3所示。連片兩端各有一個導電銅棒，在連片內部，兩根銅棒電氣連通。底座上有兩對插槽，分別是壓板合位插槽和分位插槽。當壓板在合位時，連片上兩根銅棒插入合位插槽中；當壓板在分位時，銅棒插入分位插槽中。合位插槽內側鍍有串入跳閘回路的銅膜，該銅膜是跳閘回路的可視斷點；當連片插入合位插槽后，銅棒接觸銅膜，使可視斷點導通。分位插槽內側未鍍銅，僅作連片限位用。

圖3 線簧式壓板結構

針對線簧式壓板的特殊結構，可設計如圖4所示的輔助觸點。該輔助觸點由銅膜觸點、外引導線和外封裝構成。其中，外封裝由塑料材質組成，圍繞壓板底座外圍行成整體，以套裝的形式安裝固定于底座外圍；在分位插槽的正上方，外封裝預留出了內直徑與合位插槽內直徑相同的插孔，且該插孔內側鍍銅。在壓板分位時，連片銅棒接觸插孔內側銅膜，使銅膜接點閉合；在壓板合位時，連片銅棒與插孔內側銅膜分離，銅膜接點隨即斷開；通過銅膜接點的開/合狀態能可靠監測到壓板的狀態。當然，該輔助觸點能夠行之有效的前提是壓板投退操作必須規范，退出壓板時須使連片銅棒正確插入分位插槽內。

圖4 線簧式壓板輔助觸點設計

2 壓板狀態監測系統架構

無論是分立式壓板還是線簧式壓板，所設計的外設輔助觸點本質上可等效為一個接點。壓板狀態監測模塊一方面采集這些接點的狀態，一方面集中上傳這些接點的狀態至上位機，然后通過上位機的應用開發實現壓板狀態變位的多樣化通知和記錄，整個壓板狀態監測系統架構如圖5所示，n為上位機所轄屏柜數量；N1-N n為各屏柜出口壓板的數量。

壓板狀態檢測系統中，壓板狀態監測模塊按屏柜配置，采集所在屏柜所有出口壓板輔助觸點的狀態，并進行實時硬件自檢及其結果上傳；上位機按保護室配，以網絡通信方式接收各壓板狀態監測模塊上傳的觸點狀態信息和模塊自檢結果，并自動存儲。當模塊自檢結果異常時，上位機能瞬時定位出故障模塊，并報警。上位機一方面通過監控后臺的形式實現各壓板狀態的實時圖形化顯示；另一方面鑒于出口壓板較重要，壓板狀態變位后，上位機在報警的同時，還將以短信的方式定點發送至相關人員，以確保故障的及時排查與處理。

圖5 壓板狀體監測系統架構

3 總結

變電站出口壓板仍由現場人員進行狀態核查，制約著變電站的安全運行水平和智能化發展進程。提出了一種基于外設輔助觸點的變電站硬壓板狀態監測系統，針對分立式壓板和線簧式壓板，分別設計了兩種外設輔助觸點；同時鑒于兩種輔助觸點的等效功能相同，進一步設計了統一的壓板狀態監測系統架構，并在此基礎上開展了高級應用功能設計。研究分析表明，所設計的壓板監測系統安全可靠性高，安裝便利，具有較為廣闊的應用前景。

〔1〕姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網調度自動化系統發展趨勢展望 〔J〕.電力系統自動化，2007，31(13):7-11.

〔2〕趙自剛，黃華林，趙春雷，等.繼電保護運行與故障信息自動化管理系統 〔J〕.電力系統自動化，1999，23(19):55-57.

〔3〕李佳容，唐陽.基于光電檢測原理的壓板狀態檢測及防誤系統 〔J〕.重慶大學學報，2014，37(5):29-36.

〔4〕夏志宏，羅毅，涂光瑜，等.基于視覺信息的繼電保護壓板投退位置的自動識別研究 〔J〕.繼電器，2005，33(4):40-44.

〔5〕牛志剛，賈騰飛，徐慶錄，等.智能壓板系統在齊齊哈爾馮屯500 kV變電站中的應用 〔J〕.電力系統保護與控制，2010，38(23):219-222.

Design of Hard Clamp Condition Monitoring in Substation Based on Added Auxiliary Contacts

XU Hao， OUYANG Fan， LIU Haifeng， LIANG Wenwu， Li Hui
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China)

In this paper，a substation outlet platen condition monitoring system based on added auxiliary contact is designed.The system consists of added auxiliary contacts，status monitoring module and the host computer.It describes the hardware structure，installation method and working principle of the added auxiliary contacts in detail for the discrete linear type and spring type strap respectively.On this basis，the platen condition monitoring system is designed.Researches show that the designed strap monitoring system is completely isolated from the relay control device and the control circuit of the high-voltage electrical equipment，and will not introduce interference.

added auxiliary contacts； outlet platen； condition monitoring； system design

TM774

B

1008-0198(2017)05-0015-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.004

2017-02-13

徐浩(1987)，男，博士，工程師，主要研究方向為電力系統繼電保護與控制技術、特高壓直流輸電技術。

歐陽帆(1979)，男，博士，高級工程師，主要從事繼電保護及自動化技術和智能變電站技術生產和研究工作。