變電站實體安全措施電子化替代研究

陳 明，李昉科，龐瑜人，張衛(wèi)民，陳志強

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215131）

0 引言

隨著國家電網(wǎng)有限公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”發(fā)展戰(zhàn)略的提出，變電站向著無人化駐守、少人集中運維方向發(fā)展，變電站運維工作多數(shù)都將通過遠程遙控處理。目前，機器人巡視、順控操作已代替運維人員承擔部分設(shè)備巡視和倒閘操作工作，未來，視頻監(jiān)控和通信技術(shù)將使遠方許可驗收成為可能，事故處理可以借助遙控操作、機器人系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)協(xié)同完成，從而大大提高電網(wǎng)的智能化水平和供電可靠性［1］。

安全措施正確有效布置是保障檢修工作安全的重要措施之一，包括應拉開開關(guān)、隔離開關(guān)和應合接地刀閘、應掛地線等操作類型安全措施以及應布置的遮欄、標示牌、紅布幔等實體安全措施。隨著順控操作的應用，操作類型安全措施多數(shù)可以自動完成。而實體安全措施則存在諸多不便，現(xiàn)有圍欄插桿過于笨重，搬運不便，且在沙石地面上難以立穩(wěn)。圍網(wǎng)、紅布幔布置和整理麻煩，且多數(shù)陳舊臟亂，容易消極對待，導致布置不到位。在大型檢修和檢修高峰期，安全措施布置和拆除工作繁重，占用大量時間，安全措施可能得不到嚴格執(zhí)行或不能及時拆除，對變電站可靠運行造成較大的安全隱患。

為解決安全措施布置的問題，很多研究提出了改良版的圍網(wǎng)樣式以及圍網(wǎng)插桿和圍欄［2-3］，保證了圍欄、插桿的穩(wěn)定性。文獻［4-5］結(jié)合紅外對射、無線控制技術(shù)提出了各種新型安全措施，能夠提供越界聲光報警信號，加強現(xiàn)場的安全管控。此外，部分公司提出提前在固定點位布置可自動放倒直立的電動插桿或提供固定點位的插桿插孔方便穩(wěn)定插桿，但都需要提前在站內(nèi)布置大量插桿和插孔，而且不能實現(xiàn)對所有可能安全措施的自動布置和拆除，可靠性低、后期維護工作大。

實體安全措施的改良研究仍然需要人員頻繁前往各個站點進行安全措施布置和拆除，降低了人員勞動生產(chǎn)率和工作效率。為實現(xiàn)實體安全措施的電子化替代，文獻［6］基于RFID 技術(shù)提出了一種變電站人員精確定位技術(shù)，從而提供一種完全虛擬的電子安全措施圍欄，只需在遠方劃定人員行使路徑及工作區(qū)域即可自動實現(xiàn)越界報警，但是需布置過量的基站以識別RFID 標簽位置，目前不具備實踐意義。

為了實現(xiàn)圍欄圍網(wǎng)、紅布幔和標示牌等實體安全措施的電子化替代和遠方布置拆除，提出了一種基于聲光信號的變電站實體安全措施電子化替代方式，通過主控室的安全措施控制中心和布置在箱柜屏處的安全措施布置終端，在保護屏、端子箱、機構(gòu)箱以及設(shè)備本體支柱上為檢修人員提供明顯的燈光指示信號，輔助檢修人員準確辨識待檢修設(shè)備和禁止合閘等相關(guān)實體安全措施，不誤合來電側(cè)隔離開關(guān)。所提基于聲光信號的電子化安全措施警示和提示效果明顯，可以有效保障現(xiàn)場檢修工作的安全。同時，可以遠方一鍵布置和拆除，從而大大降低無人值守變電站的運維工作，極大地為公司節(jié)省人力成本，提高變電站的運維管理效率。

1 變電站實體安全措施的電子化替代方案

1.1 電子化安全措施系統(tǒng)架構(gòu)

電子化安全措施系統(tǒng)基于主從雙層控制架構(gòu)，如圖1 所示。上層結(jié)構(gòu)為位于主控室的遠程安全措施控制中心，下層結(jié)構(gòu)為分布于現(xiàn)場端子箱、機構(gòu)箱、匯控柜以及繼電保護室保護屏上的安全措施布置終端。

圖1 電子化安全措施布置系統(tǒng)架構(gòu)

安全措施控制中心可以根據(jù)變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的待執(zhí)行第一種工作票、第二種工作票生成相應的安全措施內(nèi)容，也可以根據(jù)需要生成特定的安全措施布置內(nèi)容，并一鍵下發(fā)控制指令到安全措施布置終端。在工作票完工時，運維人員在安全措施控制中心直接進行一鍵撤銷即可，無需任何圍網(wǎng)插桿、紅布幔、標示牌的放置和拆除。

位于箱柜屏處的安全措施布置終端根據(jù)收到的控制指令控制現(xiàn)場的聲光信號，從而輔助檢修人員準確辨別待檢修設(shè)備，防止走錯間隔誤動運行設(shè)備。同時，提供警示語音和燈光信號，防止現(xiàn)場人員誤合檢修區(qū)域來電側(cè)隔離開關(guān)，給檢修人員造成安全風險。

為保障現(xiàn)場聲光信號安全措施的布置可靠性，現(xiàn)場警告標志牌等實體安全措施采用語音+燈光雙重保障或采用雙重燈光顯示的方式實現(xiàn)可靠替代，同時，當安全措施布置終端故障、失電、通信故障時，后臺也能夠及發(fā)出報警，提醒值班員及時處理。

1.2 圍欄、圍網(wǎng)的電子化替代

由于站內(nèi)圍網(wǎng)布置樣式較多，采用提前布置圍網(wǎng)插桿的模式必然需要大量的插桿，不僅影響美觀，可靠性也無法保障。為此，結(jié)合現(xiàn)場一次設(shè)備固有的支柱，在支柱上布置雙色燈光即可區(qū)分運行設(shè)備與檢修設(shè)備。如針對500 kV 5023 開關(guān)B 相檢修，所提電子化安全措施現(xiàn)場如圖2 所示（相鄰5023 開關(guān)A相和C 相支柱未畫出，應為紅色）。

為保障可靠性，站內(nèi)每個設(shè)備的支柱上配置兩套獨立的相互交錯燈圈，對應現(xiàn)場兩套獨立的安全措施布置終端，安全措施布置終端可根據(jù)間隔布置在相應的端子箱或機構(gòu)箱中，取用相應的加熱照明電源。

圖2 圍網(wǎng)電子化替代

在安全措施布置過程中，控制中心根據(jù)工作地點，控制待檢修設(shè)備支柱燈光為綠色（如電流互感器的單個支柱、500 kV 開關(guān)的2 個支柱），相鄰前后左右非檢修設(shè)備支柱燈光為紅色，其余支柱燈光不亮，即可明顯區(qū)分待檢修設(shè)備，防止誤修誤動運行設(shè)備。

這種替代方法充分利用了站內(nèi)固有的設(shè)備支柱，結(jié)合燈光控制技術(shù)能夠給檢修人員提供清晰的提示，在夜晚搶修時能發(fā)揮更大效果，防止走錯間隔。

1.3 保護屏的電子化替代

基于同樣的理論，針對繼電保護室二次設(shè)備工作的安全措施布置問題，在每個屏柜的正反面沿四周可布置兩套獨立的燈圈，對應現(xiàn)場兩套獨立的安全措施布置終端，安全措施布置終端可按行布置在屏柜頂端，用打印機交流電源或其他不重要負荷的交流電源為其供電。安全措施布置后，自動將工作屏柜的燈圈設(shè)置為綠色，將相鄰屏柜的燈圈設(shè)置為紅色，從而可以實現(xiàn)對紅布幔和“在此工作”指示牌有效替代，針對張錦線保護屏Ⅱ的保護校驗安全措施如圖3 所示。

1.3 標示牌的電子化替代

為防止誤合來電側(cè)隔離開關(guān)等，保障檢修作業(yè)安全，需要在開關(guān)端子箱、隔離開關(guān)機構(gòu)箱、壓變端子箱等處懸掛標示牌。為此，設(shè)計基于揚聲器和指示燈的聲光報警信號以實現(xiàn)標示牌的電子化替代，在現(xiàn)場箱柜中配置安全措施布置終端、指示燈、揚聲器等模塊以實現(xiàn)電子化告警，開關(guān)端子箱的布置如圖4 所示。

圖3 保護屏安全措施電子化替代

圖4 端子箱安全措施布置終端

在遠端安全措施控制中心的控制下，當機構(gòu)箱打開、箱門節(jié)點動作時，能夠發(fā)出相應警示牌的提示音以及提醒相關(guān)聯(lián)的檢修工作，箱內(nèi)配置的指示燈也能通過紅燈閃爍實現(xiàn)禁止操作的報警，可實現(xiàn)機構(gòu)箱標示牌的電子化替代。同時，由于隔離開關(guān)操作電源一般位于開關(guān)端子箱內(nèi)，端子箱在打開時也可以發(fā)出相應隔離開關(guān)禁止操作的提示音，同時相應隔離開關(guān)的指示燈設(shè)為紅色閃爍報警模式，從而進行雙重保障。

2 電子化安全措施的實踐應用分析

所提電子化安全措施具有較高的可靠性和可行性，能夠輔助檢修人員明顯區(qū)分運行設(shè)備和檢修設(shè)備，不會誤入帶電間隔、誤動運行設(shè)備、誤修其他設(shè)備。相對于目前實體安全措施的改進，電子化安全措施可以遠方一鍵布置和拆除安全措施，極大降低變電站遠方集中運維模式下人員前往站內(nèi)布置安全措施的工作量，提高變電站運維自動化水平和人員勞動生產(chǎn)率，助力三型兩網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。

在可靠性方面，系統(tǒng)通過配置2 套獨立電源和安全措施布置模塊進行了雙重化考量以保證聲光信號的可靠性，并且通過后臺報警及時反饋電子安全措施故障情況，保障電子化安全措施能夠可靠替代實體安全措施功能。

在可行性方面，所提電子安全措施結(jié)構(gòu)簡單，僅需在一次設(shè)備支柱、保護屏外側(cè)、現(xiàn)場箱柜內(nèi)配置部分燈圈、指示燈和控制器，所需模塊產(chǎn)品成熟度、可靠性高，對現(xiàn)有系統(tǒng)的影響較小，可以進行不停電改造，并且，合理的燈圈布局等不會影響站內(nèi)設(shè)備美觀。

在保障檢修作業(yè)安全性方面，電子安全措施可靠性較高，提供的聲光信號能夠輔助檢修人員清晰直觀區(qū)分運行設(shè)備和檢修設(shè)備，從而不會走錯間隔，誤修其他設(shè)備。

3 結(jié)語

為提高變電站集中運維效率，針對圍欄圍網(wǎng)、紅布幔、標示牌等實體安全措施，提出基于聲光信號的電子化安全措施替代方式，在保護屏、端子箱、機構(gòu)箱以及設(shè)備本體支柱上為檢修人員提供明顯的燈光指示信號和語音指示信號，輔助檢修人員明顯區(qū)分待檢修設(shè)備，防止誤動運行設(shè)備、誤修其他設(shè)備。通過主控室的安全措施控制中心和布置在箱柜屏處的安全措施布置終端間的雙層通信架構(gòu)，實現(xiàn)現(xiàn)場安全措施的一鍵布置和拆除，極大減少變電站安全措施布置工作量，降低不同站點間的人員流動頻率，提高變電站運維管理的自動化和智能化水平。

所提電子化安全措施方式能夠滿足變電站運維工作的安全措施遠方布置需求，但對于試驗檢修工作中檢修人員自行設(shè)置的圍欄圍網(wǎng)安全措施尚無法替代。未來，將進一步研究基于站內(nèi)精確定位技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)的人員管控技術(shù)，從而精確限定作業(yè)范圍，管控現(xiàn)場人員位置，進一步提高所提電子化安全措施的可靠性和實用性，提升變電站運維自動化和智能化水平。