基于外設(shè)輔助觸點(diǎn)的變電站出口壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐浩，歐陽帆，劉海峰，梁文武，李輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

基于外設(shè)輔助觸點(diǎn)的變電站出口壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐浩，歐陽帆，劉海峰，梁文武，李輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

設(shè)計(jì)了一種基于外設(shè)輔助觸點(diǎn)的變電站出口壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由外設(shè)輔助觸點(diǎn)、狀態(tài)監(jiān)測模塊和上位機(jī)三部分構(gòu)成。文章分別針對(duì)分立式壓板和線簧式壓板，詳細(xì)闡述了外設(shè)輔助觸點(diǎn)的硬件構(gòu)成、安裝方法和工作原理，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)。研究表明，所設(shè)計(jì)的壓板監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護(hù)裝置和高壓電氣設(shè)備控制回路完全隔離，不會(huì)引入干擾，安全性高。

外設(shè)輔助觸點(diǎn)；出口壓板；狀態(tài)監(jiān)測；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，其裝置本身具備相當(dāng)高的自動(dòng)化水平〔1－2〕。近年來，電力從業(yè)人員深刻認(rèn)識(shí)到出口壓板狀態(tài)監(jiān)測的必要性和重要性，進(jìn)行了大量的壓板狀態(tài)監(jiān)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(xiàn)有文獻(xiàn)和實(shí)踐的壓板狀態(tài)智能監(jiān)測方案主要有以下幾種:其一是通過安裝攝像機(jī)采集屏柜圖像，利用灰度識(shí)別技術(shù)檢測壓板狀態(tài)〔3〕；其二是分別在壓板和屏柜本體上配置反光涂層和發(fā)光源，通過光電檢測原理實(shí)現(xiàn)壓板狀態(tài)檢測〔4〕。這兩種方案都是在現(xiàn)有壓板結(jié)構(gòu)下通過配備輔助構(gòu)件和非電量接觸技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓板狀態(tài)智能監(jiān)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(tài)監(jiān)測構(gòu)件的可靠性存在一定缺陷，都會(huì)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(tài)監(jiān)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(jiān)視的問題〔5〕，智能壓板在結(jié)構(gòu)上同時(shí)具備出口回路控制和壓板狀態(tài)監(jiān)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和新建的屏柜，在現(xiàn)今已投運(yùn)的數(shù)量龐大到驚人的屏柜中進(jìn)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(duì)現(xiàn)行六統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)壓板結(jié)構(gòu)，提出了一種基于外設(shè)輔助觸點(diǎn)的變電站出口壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 外設(shè)輔助觸點(diǎn)設(shè)計(jì)

外設(shè)輔助觸點(diǎn)與出口壓板連片聯(lián)動(dòng)，連片投入或退出時(shí)，輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)隨之更改，因此通過監(jiān)測輔助觸點(diǎn)的通斷能可靠監(jiān)測出口壓板的狀態(tài)。設(shè)計(jì)輔助觸點(diǎn)時(shí)，不能向出口跳閘回路引入干擾、降低系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；換言之，外設(shè)輔助觸點(diǎn)與出口壓板在電氣上應(yīng)完全獨(dú)立。在新六統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下，繼電保護(hù)出口壓板主要存在分立式和線簧式兩類。兩類壓板在構(gòu)造上存在差異，留給外設(shè)輔助觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)空間不同，須區(qū)別對(duì)待。

1.1 分立式壓板狀態(tài)監(jiān)測輔助觸點(diǎn)設(shè)計(jì)

分立式壓板由自由活動(dòng)連片和串入跳閘回路的兩顆固定支柱構(gòu)成，如圖1所示。其中，連片為導(dǎo)電材質(zhì)，合上時(shí)將兩顆支柱連通，斷開時(shí)將跳閘回路斷開并形成可視斷點(diǎn)；固定支柱中心是貫穿屏柜內(nèi)外的鋼質(zhì)螺栓，螺栓在屏柜內(nèi)、外側(cè)都配有鋼質(zhì)墊片和螺母，起固定螺栓和轉(zhuǎn)換導(dǎo)電截面的作用；螺栓在屏柜內(nèi)側(cè)與跳閘出口回路斷點(diǎn)緊密固定連接；螺栓在屏柜外側(cè)另配有螺帽和兩片鋼質(zhì)墊片，起固定連片作用。壓板投入時(shí)，跳閘出口回路斷點(diǎn)通過上支柱螺栓屏柜內(nèi)側(cè)螺母、螺栓、螺栓屏柜外側(cè)螺母、連片及下支柱螺栓屏柜外側(cè)螺母、螺栓、螺栓屏柜內(nèi)側(cè)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(shí)，松動(dòng)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(cè)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(shí)，松動(dòng)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(jié)構(gòu)

在壓板投入前后，活動(dòng)連片發(fā)生了較為明顯的位移，基于活動(dòng)連片設(shè)計(jì)了如圖2所示的分立式壓板狀態(tài)監(jiān)測外設(shè)輔助觸點(diǎn)。該輔助觸點(diǎn)由塑料套環(huán)和彈簧觸點(diǎn)構(gòu)成。其中，塑料套環(huán)起固定彈簧觸點(diǎn)作用，其尺寸略小于上支柱外圍，安裝時(shí)通過熱漲效應(yīng)套入上支柱后禁錮。圖2右側(cè)部分給出了彈簧觸點(diǎn)的剖面圖，剖面位置在圖2左側(cè)部分給出了示意。如圖所示，彈簧觸點(diǎn)由銅片、銅質(zhì)觸點(diǎn)、塑料桿、銅片彈簧、觸點(diǎn)彈簧、彈簧支撐點(diǎn)、限位平面、外引導(dǎo)線和外封裝構(gòu)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(diǎn)下端與觸點(diǎn)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(zhǔn))移動(dòng)，保證連片合上時(shí)銅片與兩側(cè)銅質(zhì)觸點(diǎn)都緊密接觸。在壓板退出時(shí)，銅片彈簧擠壓銅片使銅片與銅質(zhì)觸點(diǎn)分離；在壓板投入后，連片擠壓塑料桿，使銅片與銅質(zhì)觸點(diǎn)接觸。

圖2 分立式壓板輔助觸點(diǎn)

為了保證壓板投入時(shí)連片能可靠導(dǎo)通銅質(zhì)觸點(diǎn)，塑料桿的頂端應(yīng)高于上支柱中心螺栓屏柜外側(cè)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(shí)即擠壓塑料桿導(dǎo)通銅質(zhì)觸點(diǎn)；然后在螺帽進(jìn)一步擰緊過程中，觸點(diǎn)彈簧受擠壓，銅質(zhì)觸點(diǎn)和銅片同時(shí)下沉，保證銅片不會(huì)受到較強(qiáng)擠壓而發(fā)生形變，影響彈簧觸點(diǎn)性能。塑料桿頂端為拱面，方便連片投入；同時(shí)，塑料桿頂端與上支柱中心螺栓屏柜外側(cè)禁錮螺母的垂直位置差應(yīng)大于三個(gè)彈簧為自然態(tài)時(shí)銅片與銅質(zhì)觸點(diǎn)的垂直距離，且二者都應(yīng)在保證性能的前提盡量取得小一些，以避免塑料桿對(duì)連片的投入操作造成明顯干擾。

1.2 線簧式壓板狀態(tài)監(jiān)測輔助觸點(diǎn)設(shè)計(jì)

線簧式壓板由限位活動(dòng)連片和底座構(gòu)成，如圖3所示。連片兩端各有一個(gè)導(dǎo)電銅棒，在連片內(nèi)部，兩根銅棒電氣連通。底座上有兩對(duì)插槽，分別是壓板合位插槽和分位插槽。當(dāng)壓板在合位時(shí)，連片上兩根銅棒插入合位插槽中；當(dāng)壓板在分位時(shí)，銅棒插入分位插槽中。合位插槽內(nèi)側(cè)鍍有串入跳閘回路的銅膜，該銅膜是跳閘回路的可視斷點(diǎn)；當(dāng)連片插入合位插槽后，銅棒接觸銅膜，使可視斷點(diǎn)導(dǎo)通。分位插槽內(nèi)側(cè)未鍍銅，僅作連片限位用。

圖3 線簧式壓板結(jié)構(gòu)

針對(duì)線簧式壓板的特殊結(jié)構(gòu)，可設(shè)計(jì)如圖4所示的輔助觸點(diǎn)。該輔助觸點(diǎn)由銅膜觸點(diǎn)、外引導(dǎo)線和外封裝構(gòu)成。其中，外封裝由塑料材質(zhì)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(yù)留出了內(nèi)直徑與合位插槽內(nèi)直徑相同的插孔，且該插孔內(nèi)側(cè)鍍銅。在壓板分位時(shí)，連片銅棒接觸插孔內(nèi)側(cè)銅膜，使銅膜接點(diǎn)閉合；在壓板合位時(shí)，連片銅棒與插孔內(nèi)側(cè)銅膜分離，銅膜接點(diǎn)隨即斷開；通過銅膜接點(diǎn)的開/合狀態(tài)能可靠監(jiān)測到壓板的狀態(tài)。當(dāng)然，該輔助觸點(diǎn)能夠行之有效的前提是壓板投退操作必須規(guī)范，退出壓板時(shí)須使連片銅棒正確插入分位插槽內(nèi)。

圖4 線簧式壓板輔助觸點(diǎn)設(shè)計(jì)

2 壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

無論是分立式壓板還是線簧式壓板，所設(shè)計(jì)的外設(shè)輔助觸點(diǎn)本質(zhì)上可等效為一個(gè)接點(diǎn)。壓板狀態(tài)監(jiān)測模塊一方面采集這些接點(diǎn)的狀態(tài)，一方面集中上傳這些接點(diǎn)的狀態(tài)至上位機(jī)，然后通過上位機(jī)的應(yīng)用開發(fā)實(shí)現(xiàn)壓板狀態(tài)變位的多樣化通知和記錄，整個(gè)壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示，n為上位機(jī)所轄屏柜數(shù)量；N1-N n為各屏柜出口壓板的數(shù)量。

壓板狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，壓板狀態(tài)監(jiān)測模塊按屏柜配置，采集所在屏柜所有出口壓板輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件自檢及其結(jié)果上傳；上位機(jī)按保護(hù)室配，以網(wǎng)絡(luò)通信方式接收各壓板狀態(tài)監(jiān)測模塊上傳的觸點(diǎn)狀態(tài)信息和模塊自檢結(jié)果，并自動(dòng)存儲(chǔ)。當(dāng)模塊自檢結(jié)果異常時(shí)，上位機(jī)能瞬時(shí)定位出故障模塊，并報(bào)警。上位機(jī)一方面通過監(jiān)控后臺(tái)的形式實(shí)現(xiàn)各壓板狀態(tài)的實(shí)時(shí)圖形化顯示；另一方面鑒于出口壓板較重要，壓板狀態(tài)變位后，上位機(jī)在報(bào)警的同時(shí)，還將以短信的方式定點(diǎn)發(fā)送至相關(guān)人員，以確保故障的及時(shí)排查與處理。

圖5 壓板狀體監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

3 總結(jié)

變電站出口壓板仍由現(xiàn)場人員進(jìn)行狀態(tài)核查，制約著變電站的安全運(yùn)行水平和智能化發(fā)展進(jìn)程。提出了一種基于外設(shè)輔助觸點(diǎn)的變電站硬壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，針對(duì)分立式壓板和線簧式壓板，分別設(shè)計(jì)了兩種外設(shè)輔助觸點(diǎn)；同時(shí)鑒于兩種輔助觸點(diǎn)的等效功能相同，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的壓板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上開展了高級(jí)應(yīng)用功能設(shè)計(jì)。研究分析表明，所設(shè)計(jì)的壓板監(jiān)測系統(tǒng)安全可靠性高，安裝便利，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

〔1〕姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望 〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(13):7-11.

〔2〕趙自剛，黃華林，趙春雷，等.繼電保護(hù)運(yùn)行與故障信息自動(dòng)化管理系統(tǒng) 〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)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(tài)檢測及防誤系統(tǒng) 〔J〕.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，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(hù)壓板投退位置的自動(dòng)識(shí)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(tǒng)在齊齊哈爾馮屯500 kV變電站中的應(yīng)用 〔J〕.電力系統(tǒng)保護(hù)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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)與控制技術(shù)、特高壓直流輸電技術(shù)。

歐陽帆(1979)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)及自動(dòng)化技術(shù)和智能變電站技術(shù)生產(chǎn)和研究工作。