基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)順控防誤操作系統(tǒng)

楊付軍，李 超，梁 冰，耿 新，馬鵬姬

（國(guó)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(guó)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(cè)系統(tǒng)提供定位節(jié)點(diǎn)。由于接地裝置的實(shí)際位置復(fù)雜，尤其是接地線、接地刀等，使變電站難以對(duì)其進(jìn)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(hù)方法[3]和面向多能互補(bǔ)微網(wǎng)的故障辨識(shí)與繼電保護(hù)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(duì)變電站內(nèi)一次設(shè)備的順序控制，不包含對(duì)二次保護(hù)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(xiàng)操作的工作模式。針對(duì)這一問題，文中設(shè)計(jì)了一種基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)順控防誤操作系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)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(jì)算機(jī)的主要部分，對(duì)各運(yùn)行、維修站進(jìn)行全面控制。在監(jiān)控中心進(jìn)行遙控操作時(shí)，通過(guò)設(shè)定特定的操作權(quán)限，保證了系統(tǒng)的絕對(duì)安全性。集中管理、統(tǒng)計(jì)、查詢是該系統(tǒng)的一個(gè)突出特征，并包含兩臺(tái)備用的防誤裝置，通過(guò)備用的雙通道，即便是單一的糾錯(cuò)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(cè)系統(tǒng)配備了五防鎖定設(shè)備，具備較好的溝通平臺(tái)，能夠及時(shí)地調(diào)度和下達(dá)作業(yè)命令。

1.1 繼電保護(hù)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(duì)保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)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(diǎn)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(shí)，無(wú)法在取樣端采集電壓[6]。在硬壓板導(dǎo)向器關(guān)閉時(shí)，觸頭與剛性平板導(dǎo)向器接觸，并承受向下的作用力。此時(shí)，壓盤接觸是斷開的，采樣側(cè)有電壓。在使用硬壓板進(jìn)行位置分離時(shí)，接觸片會(huì)斷裂；在硬壓板關(guān)閉時(shí)，接觸片是導(dǎo)電的。圖2 為繼電保護(hù)硬壓板防誤操作告警模塊，點(diǎn)1,2,…,n為硬壓板的觸點(diǎn)。

圖2 繼電保護(hù)硬壓板防誤操作告警模塊

圖2 中，硬壓板觸點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過(guò)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(dòng)防誤動(dòng)作，并發(fā)出告警信息，使運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)硬壓板誤操作行為，并及時(shí)采取措施[7-8]。

1.2 一鍵式微電機(jī)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(yùn)行管理系統(tǒng)發(fā)出的總命令[9-10]。系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時(shí)將其反饋給調(diào)度操作管理系統(tǒng)，并存入一鍵式微電機(jī)遙控防誤操作模塊。圖3 為一鍵式微電機(jī)遙控防誤操作模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖3 一鍵式微電機(jī)遙控防誤操作模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3 中，調(diào)度運(yùn)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(kù)中查找對(duì)應(yīng)的程序運(yùn)行票，并將其結(jié)果反饋給調(diào)度主機(jī)[11-12]。同時(shí)，調(diào)度運(yùn)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(shí)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(cè)設(shè)備（包括檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)、地線柜、智能地線檢測(cè)裝置以及檢測(cè)鎖定裝置）。其中，接地線管理器主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)鎖止部件的管理、控制和檢測(cè)，把接地線路的真實(shí)狀態(tài)上傳至防范模塊中，并按照防范主機(jī)的指令執(zhí)行解鎖任務(wù)[14]；檢測(cè)閉鎖機(jī)構(gòu)的主要工作是確定接地線并進(jìn)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(guò)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(cè)裝置能夠識(shí)別連接地線的接地樁，與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，并將接地線的位置及狀態(tài)上傳[15]；檢測(cè)鎖定裝置的作用是監(jiān)測(cè)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(hù)電氣設(shè)備的需要。

2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

2.1 基于微電機(jī)遙控的一鍵式防誤操作流程

基于微電機(jī)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(yùn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)、變電站監(jiān)控主機(jī)共同控制的。通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)命令，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)再傳遞給變電站監(jiān)控主機(jī)，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(diǎn)擊該裝置，選定目標(biāo)動(dòng)作，并根據(jù)裝置當(dāng)前工作狀況自動(dòng)地獲取作業(yè)數(shù)據(jù)。

2.2 循環(huán)冗余檢驗(yàn)檢錯(cuò)

循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是通過(guò)將循環(huán)編碼中的錯(cuò)誤檢測(cè)特征分離出來(lái)的，從而使接收方能夠使用該特性進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。若所收到的碼字無(wú)法被分割，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。對(duì)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(yàn)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(xiàng)式整除，則說(shuō)明接收的結(jié)果是有效的，反之，則無(wú)效，說(shuō)明信號(hào)碼在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤碼。

循環(huán)碼表現(xiàn)在生成的多項(xiàng)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(xiàng)式。當(dāng)α-β長(zhǎng)度固定后，α的值也被固定。然而在校驗(yàn)過(guò)程中，α的值無(wú)法確定，所以在系統(tǒng)中應(yīng)用的校驗(yàn)碼是按照縮短碼設(shè)計(jì)的。對(duì)于系統(tǒng)循環(huán)碼，在接收端有：

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

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

此時(shí)，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(cuò)誤圖中的多項(xiàng)式。基于此，能夠檢測(cè)出所有傳輸錯(cuò)誤信息。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在一座110 kV 變電站完成基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)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(dú)立，而是需要通過(guò)單顆衛(wèi)星的高速以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)。通信協(xié)議采用DL/T860，以100 Mbps 的速度進(jìn)行通信。

在首次模擬測(cè)試中，采用DL/T860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全變電站進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)。組態(tài)工具能檢驗(yàn)組態(tài)檔的正確性，所產(chǎn)生的組態(tài)檔可以透過(guò)SCL 架構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)。智能變電所的控制層可以與省級(jí)、當(dāng)?shù)氐恼{(diào)度中心進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在110 kV 配電網(wǎng)中，使用主機(jī)功能碼從基站地址運(yùn)行頻率的寄存器中讀取運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，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(jī)傳送的整個(gè)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(dòng)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(bǔ)微網(wǎng)的方法和該文設(shè)計(jì)的基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)順控防誤操作系統(tǒng)，對(duì)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(jì)的基于微電機(jī)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(dòng)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(duì)比分析

4 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)了一種基于微電機(jī)遙控的繼電保護(hù)順控防誤操作系統(tǒng)，其涉及調(diào)度操作、維護(hù)和操作。在調(diào)度方面，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的集成防錯(cuò)運(yùn)行功能和校驗(yàn)進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)對(duì)110 kV 安全控制系統(tǒng)核心技術(shù)的不斷完善，在運(yùn)行監(jiān)控、開關(guān)運(yùn)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(jì)發(fā)展提供了有力的保障。