一種變電站屏柜門遠程安措布置系統(tǒng)

國家電網(wǎng)常德供電公司 黃 超 鐘 顯 李付勤

基于變電站二次屏門電磁鎖裝置安施自動布置系統(tǒng)。該系統(tǒng)在每一塊門鎖中都安裝智能通信模塊，智能感知屏柜門狀態(tài)并實時反饋至調(diào)度中心，調(diào)度中心遠程控制屏柜門狀態(tài)并根據(jù)實時反饋監(jiān)控屏柜門日常運維狀態(tài)。本系統(tǒng)通過上位機與服務器建立實時通信socket長連接，上位機與下位機之間建立串口通信機制，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的智能感知與實時控制。系統(tǒng)在保證變電站運維工作安全性的同時，減少了二次屏門安全措施布置的工作時間，提高了工作效率。

新世紀以來，國家經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平迅速提升，電網(wǎng)的建設(shè)與穩(wěn)定運行對于社會發(fā)展及提升人民的幸福生活具有不可代替的作用。變電站是電力系統(tǒng)中不可或缺的部分，二次屏是一種一次設(shè)備保護系統(tǒng)，對變電站設(shè)備的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。

國家電網(wǎng)公司《電力安全工作規(guī)程(變電站和發(fā)電廠電氣部分)》第10章第8條中對于二次屏日常運維中有如下規(guī)定：“在全部或部分帶電的運行屏(柜)上進行工作時，應將檢修設(shè)備與運行設(shè)備前后以明顯的標志隔開”。目前，為了規(guī)范檢修人員的作業(yè)現(xiàn)場，大多采取在運行二次屏粘貼“禁止開啟，有人工作”紅布幔以及在工作屏設(shè)置“在此工作”標示牌等安全措施。此項工作在日常維護中任務量重且無法閉鎖運行屏，檢修人員仍然有誤開或者私自開啟屏門的可能。同時由于二次屏數(shù)量多，粘貼存在現(xiàn)實問題，因此急需進行改進。

二次屏運維管理工作中存在以下幾種安全隱患：（1）檢修人員誤開屏柜門可能造成運行安全事故；（2）維護和檢修后忘記關(guān)門；（3）傳統(tǒng)機械鎖容易卡澀、損壞，導致鎖具維修工作量大；（4）機械鎖鑰匙管理難成體系。

以上存在的不同程度安全隱患疊加效應之后將會嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行。為此設(shè)計的一種變電站屏柜門遠程安措布置系統(tǒng)，在確保安全的前提下，可就地或遠程控制、顯示二次屏狀態(tài)，支持屏門的多種開啟方式，降低勞動強度，可取代大量人工安措工作，精準地感知屏門開閉狀態(tài)，強化監(jiān)控調(diào)度中心作用，實現(xiàn)了系統(tǒng)化管理。

1 二次屏安全措施布置現(xiàn)狀分析

國網(wǎng)常德供電公司的二次屏門基本采用機械鎖。數(shù)量多、生產(chǎn)廠家不一致、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、運行年代久遠是公司在相關(guān)管理方面面臨的現(xiàn)實問題。且存在如下問題：（1）數(shù)量多，220kV變電站有90面左右的二次屏，而110kV變電站也有接近40面。（2）生產(chǎn)廠家不一致，有些鎖甚至無廠家信息。（3）運行時間久遠，多已卡澀或損壞。（4）鑰匙遺失嚴重。故機械鎖已經(jīng)不能成為有效的安措手段。

目前變電站二次屏柜安全措施布置方法主要有以下幾種：（1）在二次屏門上粘貼具有警示語的紅布條；（2）用自帶磁鐵的盤式警示帶；（3）卷軸式可伸縮保護屏標示牌。這三種方法都不能實時的監(jiān)控二次屏柜的狀態(tài)反饋給調(diào)度中心，且只能通過現(xiàn)場作業(yè)人員開啟二次屏門，開門方式比較單一。

針對上述對二次屏門機械鎖及目前二次屏門安全措施布置方法的不足，本文設(shè)計的一種變電站屏柜門遠程安措布置系統(tǒng)具有如下特點。

（1）二次屏門狀態(tài)智能感知；（2）監(jiān)控調(diào)度中心實時控制；（3）大大減少日常維護中安措布置時間，加快維護進度；（4）提高二次屏的安全性。

2 一種變電站屏柜門遠程安措布置系統(tǒng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)下位機即智能屏門電磁鎖裝置與上位機即變電站現(xiàn)場監(jiān)控平臺采用串口通信，上位機與監(jiān)控調(diào)度中心采用socket通信實時傳輸下位機狀態(tài)碼并反饋實現(xiàn)二次屏門狀態(tài)的智能感知與控制，強化了監(jiān)控調(diào)度中心的大腦作用。二次屏門關(guān)閉時可靠閉鎖，并將電磁門的開合狀態(tài)顯示在顯示屏上，其系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 基于電磁鎖裝置的二次屏門安措智能布置系統(tǒng)

變電站二次屏門中間可裝設(shè)顯示器，原機械鎖下方可裝刷卡區(qū)，變電站中心監(jiān)控平臺和現(xiàn)場監(jiān)控平臺安裝集中控制顯示器，接入電磁鎖信號，實現(xiàn)遠程控制和顯示。添加電磁鎖裝置后的二次屏前裝置設(shè)計圖如圖2所示，二次屏后裝置設(shè)計與此類似。

圖2所示為二次屏前裝置設(shè)計圖，屏門右上方為新增電磁鎖，采用暗裝結(jié)構(gòu)，無需改變屏門結(jié)構(gòu)。屏門中間為屏門狀態(tài)顯示器，關(guān)閉顯示“運行設(shè)備”，開啟顯示“在此工作”，原機械鎖下方為刷卡開鎖區(qū)。

門禁系統(tǒng)控制終端主要由LCD，CAN及門禁組成。

圖2 二次屏前裝置設(shè)計圖

智能屏門電磁鎖裝置采用電磁門鎖實現(xiàn)，在屏門內(nèi)部設(shè)置主控制器CPU，在屏柜門上安裝彩色顯示屏，CPU通過傳感器檢測屏門的開閉狀態(tài)。正常運行工況下，屏門的彩色顯示屏顯示“運行設(shè)備”，屏門開啟時，相應的顯示屏顯示“在此工作”。屏門狀態(tài)傳感器通過檢測屏門的開閉狀態(tài)信號，并進行相應的處理。如屏門狀態(tài)正常時，不做處理；不正常時，通過相應的故障報警設(shè)備進行系統(tǒng)報警；人工介入恢復正常狀態(tài)時，報警信號消除。系統(tǒng)通過控制電磁鎖線圈的通斷控制電磁鎖的動作，實現(xiàn)屏門的開啟與閉鎖。

3 實時控制與智能感知

3.1 系統(tǒng)軟件界面展示

監(jiān)控調(diào)度中心服務器軟件界面圖3所示。服務器與上位機通過socket建立長效連接機制，將電磁門鎖狀態(tài)反應在監(jiān)控調(diào)度中心，實時關(guān)注現(xiàn)場日常作業(yè)情況。

socket是在應用層和傳輸層之間的一個抽象層，本質(zhì)是編程接口(API)，它把TCP/IP層復雜的操作抽象為幾個簡單的接口供應用層調(diào)用以實現(xiàn)進程在網(wǎng)絡(luò)中通信。TCP/IP只是一個協(xié)議棧，必須要提供對外的操作接口（API）才能具體實現(xiàn)通信。

本系統(tǒng)上位機與監(jiān)控調(diào)度中心服務器之間采用標準協(xié)議進行通信，中間采用光纜進行物理連接。TCP協(xié)議連接保障了通信的穩(wěn)定性，為監(jiān)控中心的實時監(jiān)控與調(diào)度提供了保障。

3.2 上位機與下位機通信協(xié)議設(shè)計及實現(xiàn)

上位機與下位機采用串口通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，串口數(shù)據(jù)包格式采用表1進行設(shè)計。

表1 數(shù)據(jù)包格式

在進行數(shù)據(jù)包設(shè)計時遵循以下原則：

（1）幀頭固定為0x5a；

（2）數(shù)據(jù)包最多為8個字節(jié)，超過8字節(jié)分包處理，不夠8個字節(jié)按零補全。

功能碼及內(nèi)容定義進行如表2所示設(shè)計。

下位機通過串口將采集到的數(shù)據(jù)反饋給上位機。上位機根據(jù)該通信協(xié)議對反饋數(shù)據(jù)進行讀取和分析，最終解析出當前屏柜狀態(tài)。同時上位機根據(jù)通信協(xié)議拼接指令，通過串口傳達給下位機，實現(xiàn)對屏柜門狀態(tài)的智能感知與實時控制。

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控中心畫面

表2 功能碼及內(nèi)容定義

結(jié)論：本系統(tǒng)經(jīng)服務器與上位機、上位機與下位機之間兩種通信機制的聯(lián)動，實現(xiàn)了二次屏柜門狀態(tài)的智能感知與實時控制。系統(tǒng)提供的柜門異常檢測、保存歷史記錄為監(jiān)控中心提供了極大便利；遠程控制開門及顯示器提示語減少了現(xiàn)場作業(yè)人員安措工作量；硬件的抗磁干擾保障了可靠性；電磁鎖閉鎖可靠，工作人員無法誤開啟或者私自開啟，杜絕安全隱患；顯示器隨時顯示二次屏狀態(tài)，提醒工作人員離開時不要漏關(guān)屏門。本系統(tǒng)用于解決一線維護人員的工作困難，提高了工作人員的工作效率，增強了操作的安全性，推廣價值高。