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用

陳俊杜，梁嘉偉，何偉杰，王 晴，劉德志

（廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引 言

隨著變電站一次設備和二次設備智能水平的提高及IT技術的發展，監控系統的采集信號數量急劇上升。現階段變電站現場調試手段仍依靠在現場調試環節投入大量的人力及工時進行現場對點及與調度主站系統的調試對點，調試效率低下，調試質量難以有效控制[1]。

除此以外，變電站綜合自動化系統的遙信部分驗收工作仍采用多人協作進行的工作方法。相比于傳統電磁保護的變電站，綜合自動化變電站產生的遙信狀態變化告警信息數量巨大，后臺數據庫將裝置組態文件中分組的動作元件、運行告警以及軟壓板等都轉化成遙信測點[2]。為驗收或檢驗遙信系統的完整性與對應性，這就要求作業人員對各個信號逐一試驗，對單一信號需進行動作及復歸兩次發信調試才能保證該信號質量良好。遙信核對作業復雜煩瑣，耗時費力，信號類型多且數量巨大。在當下的電力工程建設條件下，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考驗著工作人員的精神集中度與發信操作的技能熟練度。

1 傳統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致保護裝置出現拒動和誤動等異常工作狀態[3]。在安裝設備過程中，如果安裝人員自身的專業素質較低，對施工圖紙的理解有誤，那么就可能會出現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生接線錯誤顯得尤為重要。廣泛調研變電站二次回路試驗工作后發現，實際工作中習慣采用人工短接法來驗證二次回路設計的完整性以及功能的正確性。

由于設計上的差異，保護裝置操作箱和斷路器機構箱均配置有開關防跳功能回路，兩者的使用選擇需根據設計單位出具的施工圖紙正確配線安裝。因此在驗收過程中，一定要結合變電站現場一次設備與二次裝置來統一設計，根據現場情況作出選擇[5]。在對斷路器的防跳回路進行試驗時，需要區分防跳功能是由保護裝置操作箱還是斷路器機構箱的回路來實現。一般來說，開關防跳試驗要求試驗人員手擰固定開關合閘把手，全程保持指向合閘操作方向，保持開關合閘回路的導通。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，輕微松動就會導致開關的合閘回路在試驗全程沒有持續保持導通狀態，開關合閘脈沖不連續，結果體現為開關無法進行合閘操作。這種現象與防跳回路驗證正確的結果相一致，但此表象無法區分是人工手擰合閘操作把手松動導致的無法合閘，還是防跳回路起作用斷開開關合閘回路導致無法合閘。因此開關防跳回路試驗的結果解釋不唯一，無法驗證開關防跳回路的正確性。

此外，對于變電站綜合自動化系統的遙信功能調試與驗收，站端設備調試通常采用短接二次回路的方法，模擬發出告警信息，以此驗證告警回路接線以及告警信息的對應性。此環節以廠站綜合自動化系統為核心，按照施工圖紙的告警信號設計，有序將告警信息傳遞至變電站后臺機及調度主站系統，試驗過程要求對告警信息的對應性作出正誤判斷[6]。按目前的調試人員配置，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，另一人查閱圖紙設計確定信號類型與名稱，指揮發信員工作，同時還需與后臺機前的同事進行溝通。全過程人力投入多，多人協作效率低下。若發信員發信技能不熟練，則容易出現信號虛發、漏發以及錯發等誤操作，浪費工時，影響遙信工程系統的調試驗收。

二次回路接線錯誤或線芯走向錯誤會導致二次裝置模擬量采樣出錯，造成繼電保護拒動或誤動，進而使得電網系統部分地區大面積停電。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的安全運行[7]。在一些需要模擬開關量輸入的二次裝置試驗要求下，現今多采用試驗線短接開關量二次回路以保持目標開關量狀態。人工短接過程可能存在誤接（解）線或漏接（解）線等安全操作風險，錯誤改變了運行中二次回路的連接對應狀態，對二次裝置的運行穩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方案簡介

針對上述人力手工作業的局限以及作業人員數量的硬性要求，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，節約工作用人成本，研究出一種多用途可遙控式智能學習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計，適用于通用型二次回路接線端子排尺寸。本裝置內部集成遙控模塊，結合外置遙控器的智能學習功能，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遠程控制每路繼電器的工作狀態。裝置主要部件及電路板設計示意如圖2所示。

圖2 裝置主要部件及電路板設計示意

（1）智能對碼學習按鍵。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。無線接收器一次設定后便可成功學習并記憶工作模式，即使裝置斷電也可以自保持原模式，無需反復設置。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、穩定性強以及功耗低的特點，可以接收并存貯遙控器所發射的無線信號，實現配套使用。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蜂鳴器報警。報警時限內，遙控器無新輸入的操作信號即關機鎖定，避免長時間空閑導致誤輸出，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，可以獨立控制各個繼電器的接點通斷狀態，做到互不干擾。無線遙控信號發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應用創新亮點

3.1 裝置結構兼具集成化與模塊化優勢

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，主要應用于變電站內各種二次裝置接線端子排或高壓設備匯控柜內的端子排。本裝置主板電路PCB設計符合EMC設計規則，可保障在電磁干擾下可靠工作，不產生繼電器開合狀態誤動。基于ARM Cortex-M的32位內核的STM32F103系列芯片具有處理速度快和功率損耗低等優點，適合于測量狀態多、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。

根據一般二次回路試驗工作需要，預期板載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誤動算法軟件校準，當30 s內沒有接到遙控指令會自動觸發自鎖信號端子通道的開合狀態，防止繼電器在非人為操作下發生誤動。

3.2 具備智能學習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習功能，通過集成板上的學習按鍵可讓裝置進入學習狀態或清除學習信息。無線接收器配合遙控器使用可讓裝置學習并保持記憶繼電器的遙控工作模式（點動、自鎖及互鎖），根據不同的二次回路試驗內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、試驗作業少人化

首先，工作人員可根據試驗內容，在試驗前對裝置進行預先設定，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果，實現遠程控制二次回路的工作狀態。最后，檢查后臺機或保護裝置面板的動作報文，核對試驗結果的正確性。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，如遙信系統調試驗收、斷路器防跳回路試驗、二次裝置開關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生誤操作或意外直流觸電的作業安全風險[10]。

4 結 論

無人值班變電站在運行過程中，經常出現四遙信息頻繁發送、漏發或者錯發等各種不良現象，其中大部分是因安裝質量差或二次設備內部元件老化造成。通過使用可遙控式智能型試驗裝置，可在投運前的驗收環節可靠把控變電站端二次回路安裝施工的工程質量，以精確的遙控器無線信號實現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可能出現的誤操作安全風險，縮短驗收與定檢作業工時，有效減少電網停電檢修時間，提高供電可靠性與客戶滿意度。