保護壓板智能在線監測及遙控系統的設計與實現

廣西電網有限責任公司桂林供電局 吳江雄 楊 鑫 程向輝

隨著經濟的發展，各行各業對電力的需求也越來越高，變電站作為電力供應的關鍵環節，正在逐步經歷人工化、自動化、智能化的發展過程。繼電保護作為變電站的一項重要組成功能，已經實現了很高的信息化、智能化水平，但在保護壓板的操作上還是主要通過人工操作的方式實現，這種方法極大消耗了人力資源成本，且非常容易出現漏投、錯投現象，與電力運維智能化的要求相背離。

隨著智能電網建設的大規模推進，變電站設備種類越來越多，保護裝置功能越來越全面。保護壓板的作用是連接繼電保護設備和外部接線，保護壓板的正確投入與否會直接影響到繼電保護動作的正確性。為了保證智能電網的運行可靠性與穩定性，本文提出了一種基于短距離無線通信的智能在線監測及遙控系統，加強對保護壓板狀態的監控，避免出現由于保護壓板狀態異常導致的誤保護或不保護現象。該系統經過試點應用，較好實現了對保護壓板狀態的實時監控，大幅度提高了繼電保護運行管理的自動化程度和繼電保護裝置運行可靠性，適宜進行大規模的推廣應用。

1 保護壓板

保護壓板又可以稱之為連接片，其作用是實現保護裝置與外部接線的連接。保護壓板狀態的正常與否直接關系到繼電保護裝置能否正常執行保護動作邏輯。保護壓板可分為功能壓板和出口壓板兩種類型。進行投入或退出功能壓板的操作時，與其對應的繼電保護裝置的功能也應當實現對應的投入和退出，例如差動保護壓板、零序保護壓板都屬于功能壓板；進行投入或退出出口壓板操作時，也會對應投入或退出繼電保護裝置開關的跳閘出口，例如重合閘出口壓板、開關跳閘出口壓板等都屬于出口壓板[1]。

當前我國的變電站中，保護壓板的投入和退出操作和維護，在通常情況下都是由變電人員在變電站現場手動完成的，完全沒有達到自動化的基本要求[2]。在智能電網中，相當多的電氣設備都達到了很高的自動化水平和智能化程度，但保護壓板由于其自身的特殊性，自動化和智能化水平相對較低[3]。雖然很多地區都結合自身實際的電力運營狀況針對保護壓板的特殊性制定了一些操作措施，但受限于管理水平和技術能力，由于誤投入保護壓板和漏投入保護壓板造成的電力故障仍然頻繁發生，并沒有從根本上解決保護壓板投入和退出操作自動化程度、智能化程度較低的問題[4]。

針對保護壓板操作自動化、智能化程度較低的問題，結合保護壓板的工作特點，細致分析了智能在線監測及遙控系統的功能需求：

保護壓板的狀態監測。實現對保護壓板狀態的實時監測，當保護壓板出現變位時，系統要能夠及時檢測到變位狀態并發出報警提示[5]；保護壓板的遙控操作。能夠基于無線網絡及保護壓板上的執行設備，在主控中心對保護壓板進行遠程遙控操作，進行壓板的投入或退出操作；保護壓板的狀態巡檢操作。能夠基于無線網絡實現一鍵式的保護壓板狀態巡檢，并自動生成巡檢報告，提高保護壓板的運行維護效率。

保護壓板智能狀態對比。以一次設備的運行方式為基礎，設定二次設備保護壓板的運行方式作為狀態基準。通過上位機軟件實施監測保護壓板的實時狀態，并于設定的狀態基準進行對比，如果出現不一致的情況，系統會發出報警提示；保護壓板誤操作防護。保護壓板的狀態監測與遙控功能，作為子功能嵌入到變電站的防誤操作系統中，制定保護壓板與對應一次設備、保護壓板與保護壓板之間的誤操作防護邏輯，一旦保護壓板出現誤操作的情況，系統就會發出報警提示；壓板精益管理操作。能夠實現保護壓板投入或退出操作，保護壓板位置變動等相關信息的自動化記錄，以便進行信息的查詢與追溯。

2 系統實現方案

2.1 系統基本組成

保護壓板智能在線監測及遙控系統包括了智能遙控保護壓板、壓板采集裝置、無線網關、通信控制單元、以太網交換機、保護壓板管理主機等。具體的組成結構如圖1所示。

圖1 智能在線監測及遙控系統組成架構

保護壓板管理主機和通信控制單元都接入到以太網交換機上，通信控制單元通過RS485接口連接到無線網關，智能遙控保護壓板通過RS485接口連接到無線網關，保護壓板采集裝置先接入到采集器上，采集器再通過RS485接口連接到無線網關。

保護壓板管理主機先通過以太網將遙控指令下發到通信控制單元，通信控制單元將遙控指令通過無線網關發送出去，與智能遙控保護壓板相連的無線網關接收到遙控指令后，智能遙控保護壓板會根據遙控指令對保護壓板進行投入或退出操作。同時，智能遙控保護壓板的狀態信號和保護壓板采集裝置采集到的保護壓板信號通過無線網關返回到保護壓板管理主機，這樣就實現了保護壓板狀態及遙控的雙確認。智能在線監測及遙控系統可以通過專用的網絡通道，在主控中心實現對保護壓板的狀態監測和遠程遙控操作。

2.2 智能遙控壓板

智能遙控保護壓板通常情況下都會采用線簧式壓板的基本結構，這樣能夠保證與傳統的保護壓板在外觀上和二次回路結構上的統一性。智能遙控保護壓板后部會配置有動作執行機構和狀態檢測機構，動作執行機構包括了精密電機、電機減速器、配合機構等，狀態檢測機構能夠實現對保護壓板狀態的檢測，并通過網絡通信或硬線接線的方式向外部傳輸，網絡通信方式采用RS485通信。

智能遙控保護壓板功能特點：在兼容普通線簧式保護壓板功能的基礎之上還具備了智能化的屬性，能夠接收外部控制信號完成保護壓板的遙控操作；采用直流24V 電源供電，安全性、穩定性、可靠性較高；智能遙控保護壓板支持RS485通信，通信穩定，數據傳輸質量高，基于接收到的外部數據實現保護壓板的投入和退出操作；能夠支持直流220V 等級強電壓連接點的保護壓板投入和退出操作；執行動作時間短，在不超過2秒的時間內就能夠完成保護壓板的投入或退出操作；能夠實現保護壓板狀態的自主檢測，并將檢測結果自動上傳到相關設備；支持遠程遙控操作的前提下還支持本地化手動操作。

2.3 壓板狀態采集裝置

對需要進行遠程遙控操作的保護壓板，十分有必要進行保護壓板狀態的雙確認機制。智能遙控保護壓板本身就具備狀態檢測功能，另外再配置保護壓板狀態檢測裝置作為另一個狀態信號源。保護壓板狀態采集裝置由傳感器和采集器兩部分構成。傳感器基于非接觸式磁感應原理對保護壓板的狀態進行有效采集，傳感器包括了傳感模塊和磁感應元件。磁感應元件配置在智能遙控保護壓板的拉手上，傳感模塊需要與保護壓板的具體位置進行對應配置，當磁感應元件在保護壓板投入時，靠近傳感模塊的磁感應元件會對智能遙控保護壓板的狀態進行檢測（圖2）。傳感器將采集到的智能遙控保護壓板的狀態傳送到采集器，再由采集器將信息通過無線通信的方式進行信息上傳。

圖2 智能遙控保護壓板狀態檢測原理

3 實例應用方案

3.1 智能遙控保護壓板的配置

需要采用智能遙控保護壓板去替換常規的保護壓板，由于原保護壓板為線簧式保護壓板，故可以直接進行替換，現場配置效果如圖3所示。

圖3 智能遙控保護壓板現場配置情況

3.2 智能遙控保護壓板狀態采集裝置的配置

由于保護壓板狀態采集裝置由傳感器和采集器兩部分構成，傳感器包含導軌模塊和磁鋼支架，導軌模塊直接采用雙面膠粘貼的方式固定在壓板的下方，導軌模塊內部傳感子模塊需要根據保護壓板的實際位置進行對應調整，以滿足不同保護壓板間距的具體要求。磁感應元件直接卡裝在保護壓板拉手上，通過調整方向和位置來滿足不同保護壓板的具體要求。導軌模塊與采集器之間通過線槽進行隱蔽布線。每一個保護屏上都需要配置保護壓板狀態采集器，將安裝底座直接貼裝在屏體表面，保護壓板狀態采集器的本體通過卡扣固定在安裝底座上，維護便捷。保護壓板狀態采集器連接到屏內接線端子的連接線，再通過保護屏的面板螺絲孔或面板縫隙穿到保護屏后部，與保護壓板狀態傳感器進行連接，通過線槽進行隱蔽布線，具體的布置方式如圖4所示。

圖4 智能遙控保護壓板狀態采集裝置現場配置情況

3.3 無線網關、通信管理單元的配置

無線網關通過RS485接口連接到保護壓板狀態采集器和通信控制單元，無線網關之間通過Zigbee實現點對點通信，無線網關采用導軌式安裝方式，具體方式如圖5所示。通信管理單元同樣采用導軌式安裝方式，布置在柜內的導軌上即可，具體方式如圖6所示。

圖5 無線網關現場配置情況

4 結語

本文所研究的保護壓板智能在線監測及遙控系統，有效解決了保護壓板必須由人工進行運維的難題，實現了保護壓板的遠程監測和操作，使得運維人員能夠更高效的對保護壓板進行維護，提高了保護壓板的智能化管理水平，提高了繼電保護動作的可靠性，為電力系統的安全、穩定、可靠運行提供了有力的保障。