配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)遠(yuǎn)程重啟及壓板投退裝置

李正強(qiáng) 程志秋 彭永健

摘要：為優(yōu)化配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)實(shí)用化水平，提升其在線恢復(fù)效率，文章針對(duì)人工重啟終端耗時(shí)、耗力的弊端性，提出了一種新型的遠(yuǎn)程重啟方案，結(jié)合所在電網(wǎng)公司配網(wǎng)自動(dòng)化終端在線率現(xiàn)狀及影響因素，著眼于重點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)改造與主站建構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路通道，此實(shí)現(xiàn)全程無(wú)線操作，讓主站基于手機(jī)設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或短信方式便可實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的遠(yuǎn)程重啟操控;同時(shí)，利用聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程遙控投退及“雙確認(rèn)”方法，來(lái)建構(gòu)壓板投退的智能化遠(yuǎn)程操控裝置，以簡(jiǎn)化壓板投退的操作流程、提升效率，由此，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控器重啟、保護(hù)壓板投退為配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)的安全運(yùn)行提供有效支撐。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān);遠(yuǎn)程重啟;壓板投退;校驗(yàn)裝置

中圖分類號(hào)：TM76;TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）08-0167-04

Remote Restart of Distribution Automation Switch and PressingPlate on / off Device

LI Zheng-qiang，CHENC Zhi-qiu，PENG Yong-jian

（Foshan Sanshui Power Supply Bureau of GJuangdong Power Grid Co..Ltd..Foshan GJuangdong 528100，China）

Abstract ： In order to optimize the practical level of distribution automation switch and improve its on-line recoveryefficiency，this paper proposes a new remote restart scheme for the disadvantages of manual restart terminal.which istime-consuming and labor-consuming.Combined with the status quo and influencing factors of distrihution automationterminal on-line rate of the power grid company，focusing on the key point.the wireless network link channel is con-structed through technical transformation and main station.this realizes the whole wireless operation，and enables themaster station to realize the remote restart control of the switch through the network or SMS mode hased on the mobiledevice;at the same time.the use of networked remote control for remote retre.at and - double confirmation "method to buildan intelligent remote control device for pressure plate retreat，to simplify the operation and efficiency of the pressing anddropping of the platen，and to improve the efficiency.Thus.the remote controller can restart and protect pressing plateon / off to provide effective support for the safe operation of the distribution network automation switch.

Key words ： distribution network automatic switch;remote restart;pressing plate on / off;calibration device

0引言

配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備在配電網(wǎng)中發(fā)揮著可視、可測(cè)、可控的效能，為配網(wǎng)故障的高效定位、隔離及復(fù)電控制提供多元支撐，可降低故障停電發(fā)生率，確保用電持續(xù)、穩(wěn)定性。而用電需求和質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求下，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)的運(yùn)維管理提出了更高的要求，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，多數(shù)地區(qū)的配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端在線率尚未達(dá)到95%的標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)用水平不高，雖然通過(guò)終端重啟可恢復(fù)大部分的在線率，但是，人工重啟方式需要專業(yè)運(yùn)維人員親自前往開關(guān)站進(jìn)行重啟操作，耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，且環(huán)境因素影響下，可能無(wú)法及時(shí)退出聯(lián)絡(luò)點(diǎn)保護(hù)壓板，一旦操作失誤易于將瞬時(shí)故障轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰霉收?，故而，“如何保證自動(dòng)化開關(guān)終端在線率，有效提高供電可靠性”是目前亟待解決的問(wèn)題。

1配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端在線率的現(xiàn)狀分析

配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)是用于遠(yuǎn)方監(jiān)控的饋線、站所、配電變壓器等終端的總稱，依其功能可分為不同類別，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深化，其應(yīng)用日漸增多，但因?yàn)檫x型、投放、運(yùn)維等因素的限制，使其實(shí)用化水平不高。而通過(guò)數(shù)據(jù)分析，2019年7-12月配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)終端的實(shí)用化得分如圖1所示。

由圖1可知，調(diào)研地佛山三水供電局配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)終端在2019年下半年的實(shí)用化得分為89.28%，與100分的目標(biāo)值存在一定差異[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，而實(shí)用化得分低的原因與配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)終端的在線率、投運(yùn)率、故障定位準(zhǔn)確率等因素密切相關(guān)。而為實(shí)測(cè)配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端的在線率，以一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)終端與主站正常通信時(shí)間所占比值進(jìn)行計(jì)算，公式如下[2]：

（1）

式（1）中，TMt為配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)終端與主站正常通信的時(shí)間，Rt為主站問(wèn)詢自動(dòng)化開關(guān)終端無(wú)響應(yīng)的時(shí)間。根據(jù)該式可得佛山三水供電局配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端2019年7-12月之間的在線率均值僅為89%，與95%的標(biāo)準(zhǔn)值存在—定差距[3]，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，75%可通過(guò)重啟終端實(shí)現(xiàn)在線率的恢復(fù)，但是現(xiàn)階段每次重啟開關(guān)終端均需工作人員親臨開關(guān)站進(jìn)行操作，耗時(shí)耗力，影響開關(guān)終端在線率。

2配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)遠(yuǎn)程重啟的設(shè)計(jì)方案

2.1遠(yuǎn)程重啟的方案構(gòu)思

目前配網(wǎng)運(yùn)行故障跳閘率較高，但80%-90%的線路跳閘均為瞬時(shí)故障[4]，需要運(yùn)維人員通過(guò)自動(dòng)化開關(guān)終端的重啟試送，便可恢復(fù)，但是人工方式往返開關(guān)站需要耗費(fèi)過(guò)多時(shí)間、且對(duì)運(yùn)維人員技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求較高，而遠(yuǎn)程操控重啟，可規(guī)避這些問(wèn)題。

配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)遠(yuǎn)程重啟作為恢復(fù)在線率的便捷方式，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于通信問(wèn)題，而以往采用單一物聯(lián)網(wǎng)卡方式建構(gòu)開關(guān)終端與主站之間的無(wú)限網(wǎng)絡(luò)鏈路通道[5]，而本文在此基礎(chǔ)上，基于移動(dòng)、便攜式的應(yīng)用需求，將智能手機(jī)設(shè)備作為遠(yuǎn)程操控終端，增設(shè)短信收發(fā)單元，采用Wifi、短信雙向通信方式建構(gòu)遠(yuǎn)程重啟的通信模塊，如圖2所示。

由圖2可知，配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)遠(yuǎn)程重啟需要依靠以下6個(gè)模塊才能實(shí)現(xiàn)，具體如下。

1）短信收發(fā)單元：該模塊的主要功能是接收、發(fā)送配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)遠(yuǎn)程重啟的信息，其配設(shè)SIM卡，該SIM卡可獨(dú)立、也可與物聯(lián)卡共用[6]，如此，在無(wú)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳的情況下，仍然能夠保證遠(yuǎn)程重啟操作指令的正常傳輸。

2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)單元：該模塊為無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)讓配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端與主站進(jìn)行遠(yuǎn)程重啟操控指令的傳輸及結(jié)果反饋，并可通過(guò)SIM卡與短信收發(fā)單元進(jìn)行遠(yuǎn)程重啟指令的交互。

3）數(shù)字加解密單元：該模塊通過(guò)數(shù)字加密方法對(duì)短信及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作，若遠(yuǎn)程重啟指令能夠正確解密，則執(zhí)行重啟指令，相反，則需進(jìn)一步確定后再?zèng)Q定是否執(zhí)行，如此，便可規(guī)避開關(guān)終端與主站之間遠(yuǎn)程重啟指令的泄密、非法篡改問(wèn)題，進(jìn)而確保終端遠(yuǎn)程重啟的正確執(zhí)行。

4）數(shù)據(jù)處理單元：該模塊負(fù)責(zé)對(duì)接收的短信數(shù)據(jù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、效驗(yàn)處理，壓縮數(shù)據(jù)維、提升數(shù)據(jù)傳輸效率及準(zhǔn)確性。

5）執(zhí)行單元：該模塊根據(jù)加解密及處理后的指令數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程重啟操作即可完成配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)在線率的恢復(fù)，由此保證配網(wǎng)供電的持續(xù)性。因開關(guān)終端遠(yuǎn)程重啟數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸耗費(fèi)一定時(shí)間，為此，執(zhí)行單元的智能控制器執(zhí)行判斷算法不可采用全波算法，需要在重啟需求出現(xiàn)的首半波即可快速計(jì)算出重啟需求，并采用IGBT方式輸出重啟指令，保證從采樣到執(zhí)行遠(yuǎn)程重啟的效率性。

6）數(shù)據(jù)采集單元：該模塊是配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的終端，其配置了電磁式電流、電壓互感器，可高精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)采集所需數(shù)據(jù)，并規(guī)律高頻諧波分量，剔除了智能控制算法程序?qū)ζ洚a(chǎn)生的干擾;且數(shù)據(jù)交互時(shí)將采用短信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2種加密信息通道，以N-1的通信方式與主站的數(shù)據(jù)交互。

2.2遠(yuǎn)程重啟的實(shí)現(xiàn)流程

為保證配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端遠(yuǎn)程重啟的高效、安全性，設(shè)計(jì)中僅讓主站進(jìn)行短信重啟，且為規(guī)避垃圾短信的干擾，需對(duì)短信進(jìn)行安全驗(yàn)證。具體而言，遠(yuǎn)程重啟短信是在主站采用端對(duì)端方式進(jìn)行數(shù)字加密，以固定秘鑰方式，將每個(gè)開關(guān)終端視為一個(gè)用戶，為其分配好生成好的秘鑰，由主站保存所有開關(guān)終端的秘鑰列表并在秘鑰失效、泄露后手動(dòng)自動(dòng)更新、銷毀秘鑰[7]，主站與終端以預(yù)先協(xié)商好的秘鑰讓遠(yuǎn)程重啟指令在信道中以密文方式傳輸，而自動(dòng)化終端在接收短信后，通過(guò)驗(yàn)證程序來(lái)分析短信來(lái)源的安全可靠性，而后才進(jìn)行解密，并讀取、執(zhí)行遠(yuǎn)程重啟指令，據(jù)此，遠(yuǎn)程重啟的實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

3配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)壓板投退裝置設(shè)計(jì)

配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)運(yùn)行實(shí)踐表明，其故障90%左有均為瞬時(shí)性，而永久性故障尚不足10%，而在繼電保護(hù)動(dòng)作將短路故障切除后，電弧將瞬動(dòng)熄滅，所以，多數(shù)狀況下短路處的絕緣能自動(dòng)恢復(fù)，為此，自動(dòng)重啟斷路器，可確保配網(wǎng)的暫態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性，控制停電損失，在跳閘回路上需設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)重合閘。而依照電氣操作規(guī)則，退出重合閘，應(yīng)投入“閉鎖重合閘”壓板、退出“重合閘出口”壓板，但線路重合閘投退時(shí)，需運(yùn)維員親臨現(xiàn)場(chǎng)操作裝置的壓板，耗時(shí)耗力，影響重合閘投退操作時(shí)效性。針對(duì)此，本文擬以新型智能電動(dòng)壓板，以遠(yuǎn)程遙控投退方式替代傳統(tǒng)壓板的人工操控，具體設(shè)計(jì)如下。

3.1壓板投退裝置的基本構(gòu)成

壓板投退遠(yuǎn)程控制裝置，與傳統(tǒng)壓板存在明顯差別，其增裝了電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，引用霍爾元件非電量測(cè)量原理，來(lái)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控壓板運(yùn)行狀態(tài)及位置，并通過(guò)遠(yuǎn)程通信將數(shù)據(jù)上報(bào)給后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，由其根據(jù)壓板現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用壓板控制器的CPUI/O口控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，進(jìn)而帶動(dòng)電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)壓板投退的遠(yuǎn)程操控。智能電動(dòng)壓板將選用24V高壓網(wǎng)絡(luò)方式與中繼器連接，而中繼器與上位機(jī)的互聯(lián)將采用RS485，上位機(jī)的每條RS485總線可連接中繼器共計(jì)127個(gè)，且各個(gè)中繼器能連接127個(gè)電動(dòng)壓板，所以能夠滿足各類配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)的需求。上位機(jī)的壓板投退操控指令傳輸至中繼器后，將經(jīng)過(guò)2個(gè)回合的指令效驗(yàn)、返校，待驗(yàn)證正確后，下發(fā)壓板投退指令脈沖至壓板，壓板上的驅(qū)動(dòng)芯片接收到該遙控指令后則自動(dòng)執(zhí)行，此時(shí)，中繼器將壓板投退實(shí)施狀態(tài)傳輸給上位機(jī)，在上位機(jī)中可以進(jìn)度條方式可視化顯示壓板投退狀態(tài)。

3.2壓板投退裝置的運(yùn)行原理

結(jié)合上述分析，壓板投退裝置利用遠(yuǎn)程操控完成投退狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制，根據(jù)電網(wǎng)公司要求，遠(yuǎn)程遙控設(shè)備應(yīng)擁有雙確認(rèn)位置反饋，為此，該遠(yuǎn)程操控的壓板投退裝置需達(dá)到“雙確認(rèn)”要求。壓板的雙位置反饋選用霍爾元件、微動(dòng)開關(guān)予以確認(rèn)，其中雙霍爾元件位置確認(rèn)1中，壓板投入時(shí)，軸套帶動(dòng)磁鋼向左移動(dòng)，磁力線切割霍爾元件1、遠(yuǎn)離霍爾元件2，此時(shí)，霍爾元件1輸出低電平，指示磁鋼達(dá)到其所在位置，而霍爾元件2因遠(yuǎn)離磁力線切割，輸出高電平指示磁鋼不在其位置。相反，壓板退出時(shí)，軸套帶動(dòng)磁鋼向有移動(dòng)，磁力線切割霍爾元件2、遠(yuǎn)離霍爾元件1，此時(shí)，前者輸出高電平指示磁力剛不在其位置，而后者輸出低電平，指示磁鋼到達(dá)其位置。雙霍爾元件位置確認(rèn)2中與上述原理相同。

同時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，此處不再獨(dú)立設(shè)置專線通道，而是利用已有的EMS系統(tǒng)，以其中的Open-3000系統(tǒng)的備用遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)通道，連接至壓板主控中繼器上，各個(gè)中繼器是RS485通信接口，將所有接口并接匯合為1個(gè)RS485總線接入遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，EMS工作站上位機(jī)根據(jù)ICE-60870-104通信規(guī)約，以中繼器的各地址進(jìn)行尋址，下發(fā)壓板投退的遠(yuǎn)程遙控指令。該壓板投退裝置的創(chuàng)新性在于所有壓板硬件均相同時(shí)，無(wú)需配置地址，中繼器僅需預(yù)設(shè)該裝置的壓板綜述、RS485子節(jié)點(diǎn)地址;以高壓數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為支撐，簡(jiǎn)化了接線方式，無(wú)論壓板數(shù)量多少，壓板之間僅需4根線連接就行;投退運(yùn)行操作過(guò)程中，無(wú)論哪1個(gè)壓板損壞，以新壓板更替原位置后，即可完成自動(dòng)配置，無(wú)需人工介入;壓板投退由步進(jìn)電機(jī)控制，存在多個(gè)壓板投退遠(yuǎn)程操控指令時(shí)，則依順序進(jìn)行投退操作，以防止同步執(zhí)行投退遠(yuǎn)程操控指令引致電源或線路過(guò)載問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

為提升配網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)終端的在線率，優(yōu)化其實(shí)用化水平，文章針對(duì)人工重啟終端耗時(shí)、耗力的弊端，在以往單一物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路的基礎(chǔ)上，增設(shè)短信通信模塊，以短信與無(wú)線的雙通信模式進(jìn)行遠(yuǎn)程操控指令的傳輸，以此基于手機(jī)設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)白動(dòng)化開關(guān)的遠(yuǎn)程控制;且融合了自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，利用霍爾元件非電量測(cè)量原理設(shè)計(jì)了智能壓板投退裝置，以遠(yuǎn)程方式監(jiān)控和操控壓板，如此，不僅簡(jiǎn)化了運(yùn)維流程和成本，而且有助于提升配網(wǎng)運(yùn)維管理效率。

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收稿日期：2020-04-06

作者簡(jiǎn)介：李正強(qiáng)（1985-），男，漢族，河北高邑人，高級(jí)工程師，主要從事配電線路及設(shè)備安全可靠運(yùn)行技術(shù)與研究工作。