變電站一鍵順控改造中的關(guān)鍵技術(shù)研究

閆存恒，張海賓，潘振東，秦 彬，陳 琳，郝國(guó)青

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺(tái) 100073）

0 引言

隨著變電站的大規(guī)模投入和電氣設(shè)備操作復(fù)雜度的提升，運(yùn)維人員的工作量與日劇增，由人工持票，在設(shè)備就地或監(jiān)控系統(tǒng)中逐項(xiàng)操作并檢查設(shè)備狀態(tài)的傳統(tǒng)倒閘操作方式，已不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)對(duì)變電運(yùn)維安全性和時(shí)效性的要求。變電站一鍵順控技術(shù)，可將煩瑣、復(fù)雜、易誤操作的傳統(tǒng)倒閘操作轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮黜?xiàng)目軟件預(yù)制、操作任務(wù)模塊化搭建、設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)判別、防誤連鎖智能校驗(yàn)、操作過程自動(dòng)執(zhí)行的一鍵順控模式[1]，在減少運(yùn)維人員重復(fù)性工作量，降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)，提升倒閘操作效率等方面效果明顯[2]，受到越來越多網(wǎng)省公司的重視。

目前大量常規(guī)變電站由于投入運(yùn)行較早，并不具備一鍵順控實(shí)現(xiàn)條件，須要對(duì)其進(jìn)行改造。而變電站一鍵順控改造工程中，較為凸顯的技術(shù)難點(diǎn)主要集中在隔離開關(guān)的分合閘位置“雙確認(rèn)”、開關(guān)柜手車及二次空開的電動(dòng)化改造、壓板和空開的監(jiān)視與管理技術(shù)這幾大方面，本文針對(duì)這些技術(shù)難點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際改造工程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的優(yōu)化系統(tǒng)，探索了相關(guān)解決方案，對(duì)今后常規(guī)變電站升級(jí)一鍵順控系統(tǒng)有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

1 隔離開關(guān)的分合閘位置“雙確認(rèn)”技術(shù)

根據(jù)Q/GDW 1799.1-2013《國(guó)家電網(wǎng)公司 電力電力安全工作規(guī)程變電部分》第5.3.6.6條規(guī)定，設(shè)備操作前后位置檢查應(yīng)以設(shè)備各項(xiàng)實(shí)際位置為準(zhǔn)，無法看到實(shí)際位置時(shí)，應(yīng)通過間接方法，且至少有2個(gè)非同樣原理或非同源的指示同時(shí)發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，所有已確定指示均同時(shí)發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，才能判定分合閘是否到位[3-4]，即須要實(shí)現(xiàn)設(shè)備位置的“雙確認(rèn)”。斷路器的位置雙確認(rèn)，可通過“位置遙信 +遙測(cè)數(shù)據(jù)（即三相電壓或三相電流）”來實(shí)現(xiàn)[5]，一鍵順控改造相對(duì)較簡(jiǎn)單。而隔離開關(guān)的位置雙確認(rèn)，在常規(guī)變電站倒閘操作中往往采用“位置遙信 +就地查看”的方式，顯然“就地查看”不符合一鍵順控的基本要求，因此在刀閘位置遙信作為主要判據(jù)的基礎(chǔ)上，還須增加一種輔助判據(jù)，來實(shí)現(xiàn)刀閘位置雙確認(rèn)，滿足一鍵順控的改造需求。針對(duì)這一問題，本文提出了一種基于磁感應(yīng)裝置的隔離開關(guān)分合閘位置“雙確認(rèn)”系統(tǒng)。

該“雙確認(rèn)”系統(tǒng)，由電動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)提供刀閘位置遙信指示作為主要判據(jù)，并通過在刀閘轉(zhuǎn)臂和靜止件上加裝磁感應(yīng)裝置，為測(cè)控裝置提供刀閘位置的輔助判據(jù)，使一鍵順控操作中刀閘位置滿足“雙確認(rèn)”的要求。磁感應(yīng)裝置如圖1所示，由永磁體和磁感應(yīng)傳感器組成，永磁體一般安裝在隔離開關(guān)的拐臂或轉(zhuǎn)動(dòng)桿上，磁感應(yīng)傳感器則每相2個(gè)，通過安裝附件分別安裝在隔離開關(guān)的分、合位置處，用來進(jìn)行分合閘到位檢測(cè)。安裝附件應(yīng)根據(jù)刀閘的外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行可定制化設(shè)計(jì)，以滿足不同刀閘的狀態(tài)檢測(cè)需求。磁感應(yīng)傳感器內(nèi)部有磁簧管、信號(hào)回路等，兩片磁簧片密封在玻璃管內(nèi)，中間留有一小段空隙，當(dāng)永磁體接近時(shí)，磁場(chǎng)增大到一定強(qiáng)度，磁簧片受磁力吸引而接觸，使信號(hào)回路導(dǎo)通，發(fā)出相應(yīng)的刀閘位置信號(hào)傳送至接收裝置；當(dāng)永磁體遠(yuǎn)離時(shí)，磁力消失，磁簧片返回至原來的位置，信號(hào)回路斷開，相應(yīng)的刀閘位置狀態(tài)發(fā)生改變。

加裝磁感應(yīng)裝置后的隔離開關(guān)分合閘位置“雙確認(rèn)”一鍵順控系統(tǒng)如圖2所示，包括順控主機(jī)、智能防誤主機(jī)、I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、測(cè)控裝置、設(shè)置于隔離開關(guān)內(nèi)用于刀閘位置遙信指示的微動(dòng)開關(guān)，以及磁感應(yīng)裝置確認(rèn)套件。該系統(tǒng)的運(yùn)行流程為：運(yùn)維人員在順控主機(jī)上擬出操作任務(wù)，自動(dòng)產(chǎn)生一鍵順控操作票，通過站控層將指令模塊發(fā)送給智能防誤主機(jī)；智能防誤主機(jī)收到操作票指令后，形成防誤校核序列，用于后續(xù)步驟中隔離開關(guān)刀閘位置變化的校核。

圖2 一鍵順控系統(tǒng)

刀閘位置變化的校核分以下步驟進(jìn)行：

（1）隔離開關(guān)位置發(fā)生變化時(shí)，原有的微動(dòng)開關(guān)通過觸碰輔助開關(guān)接點(diǎn)，改變位置遙信狀態(tài)，從而判斷隔離開關(guān)此時(shí)的狀態(tài)，該判斷結(jié)果作為主要判據(jù)上送至測(cè)控裝置。

（2）隔離開關(guān)分閘（合閘）到位后，刀閘拐臂上的永磁體遠(yuǎn)離合位（分位）點(diǎn)上的磁感應(yīng)傳感器，靠近分位（合位）點(diǎn)上的磁感應(yīng)傳感器，分位（合位）點(diǎn)上的磁簧片受磁力吸引而接觸，使信號(hào)回路中的常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出刀閘由合變分（由分變合）的信號(hào)，發(fā)送給接收裝置，并作為輔助判據(jù)由接收裝置傳輸給測(cè)控裝置。

（3）測(cè)控裝置根據(jù)接收到的主要判據(jù)及輔助判據(jù)，對(duì)隔離開關(guān)分合位置進(jìn)行判斷，并通過電腦鑰匙向順控主機(jī)反饋隔離開關(guān)的刀閘位置，順控主機(jī)與智能防誤主機(jī)進(jìn)行防誤校驗(yàn)，通過后可執(zhí)行下一步操作。

綜上，通過加裝磁感應(yīng)裝置，為測(cè)控裝置判斷隔離開關(guān)位置增加了一項(xiàng)輔助判據(jù)，滿足刀閘位置“雙確認(rèn)”要求，是常規(guī)變電站一鍵順控改造的關(guān)鍵技術(shù)和有力保障。

2 開關(guān)柜手車及二次空開的電動(dòng)化改造

目前國(guó)內(nèi)變電站的10 kV開關(guān)柜小車及二次空開的程序化操作應(yīng)用較少，尤其對(duì)于常規(guī)變電站，操作10 kV開關(guān)柜時(shí)，停電時(shí)先遠(yuǎn)方遙控拉開斷路器，再由運(yùn)維人員就地將手車?yán)猎囼?yàn)位置；送電時(shí)先由運(yùn)維人員就地將手車推至工作位置，再遠(yuǎn)方遙控合上斷路器。相關(guān)二次空開，例如儲(chǔ)能電源、控制電源、電熱電源的拉合，同樣高度依賴于運(yùn)維人員就地操作，這是常規(guī)變電站一鍵順控改造的一大技術(shù)難點(diǎn)。因此，對(duì)10 kV開關(guān)柜小車及二次空開進(jìn)行電動(dòng)化改造，是變電站一鍵順控改造中的關(guān)鍵一步。

對(duì)于常規(guī)變電站10 kV開關(guān)柜手車，可采用在手車下方加裝電動(dòng)托盤，同時(shí)增加相應(yīng)的電氣和機(jī)械聯(lián)鎖功能的方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化改造[6]。改造后的電動(dòng)托盤傳動(dòng)原理圖如圖3所示，原有的小車開關(guān)傳動(dòng)件只有一個(gè)普通螺絲滑桿，通過人工手持搖把插入搖孔中對(duì)小車進(jìn)行搖入搖出操作，改造后增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、齒輪傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)，操作時(shí)傳動(dòng)鏈條在驅(qū)動(dòng)電機(jī)作用下發(fā)生滑動(dòng)，帶動(dòng)齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪緊固在螺絲滑桿上，使螺絲滑桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手車的電動(dòng)搖入搖出。變速器可以使手車在搖入或搖出即將到位時(shí)進(jìn)行減速，防止撞擊對(duì)手車造成機(jī)械損傷，相當(dāng)于“驅(qū)動(dòng)電機(jī) + 變速器 + 傳動(dòng)鏈條 + 傳動(dòng)齒輪”的組合代替了“人工 +搖把”的組合。

圖3 電動(dòng)托盤傳動(dòng)原理圖

由于遠(yuǎn)程操作不需要就地查看手車開關(guān)的實(shí)際位置，因此同樣須要增加一種對(duì)手車位置的輔助判據(jù)。根據(jù)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最適合使用雙微動(dòng)開關(guān)，圖3中的微動(dòng)開關(guān)1即為用于手車位置遙信的原微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)2則是改造加裝的第二個(gè)微動(dòng)開關(guān)，其與原微動(dòng)開關(guān)非同源，當(dāng)手車搖入到位后，轉(zhuǎn)軸上的凸起部分會(huì)將微動(dòng)開關(guān)壓下，當(dāng)手車搖出時(shí)，微動(dòng)開關(guān)不受壓力而彈起。微動(dòng)開關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)由常閉轉(zhuǎn)為常開，手車位置信號(hào)發(fā)生改變，形成手車位置的輔助判據(jù)。

對(duì)于常規(guī)變電站的二次空開，可對(duì)其安裝電動(dòng)操作附件，并將其接入智能終端，實(shí)現(xiàn)變電站二次空開的遠(yuǎn)程操作。執(zhí)行10 kV開關(guān)柜倒閘操作任務(wù)時(shí)，運(yùn)維人員在順控主機(jī)上擬出操作任務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出相應(yīng)的操作指令，并發(fā)送至電動(dòng)托盤控制單元，控制單元自動(dòng)對(duì)該指令進(jìn)行防誤閉鎖檢測(cè)，檢測(cè)通過后，控制電動(dòng)托盤對(duì)手車進(jìn)行搖入或搖出操作。搖入或搖出到位后，借助雙微動(dòng)開關(guān)輔助接點(diǎn)，對(duì)手車位置進(jìn)行“雙確認(rèn)”，確認(rèn)完畢后，電動(dòng)托盤自動(dòng)停止工作。

開關(guān)柜手車及二次空開進(jìn)行電動(dòng)化改造后具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）電動(dòng)化操作配合一鍵順控系統(tǒng)，無須運(yùn)維人員到站即可遠(yuǎn)程操作，全程不需要接觸一次設(shè)備，解放人力的同時(shí)，更加保障了人員的安全。

（2）誤操作風(fēng)險(xiǎn)低，順控主機(jī)與智能防誤主機(jī)對(duì)防誤閉鎖邏輯進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，不需要進(jìn)行防誤模擬操作，全程無人員介入，發(fā)生誤操作的風(fēng)險(xiǎn)相比人工倒閘操作小得多。

（3）實(shí)效性有保證，收到調(diào)度令后，操作人員只須要在順控主機(jī)上擬出操作任務(wù)并執(zhí)行，全程自動(dòng)化操作，比人工倒閘操作快[7]。

3 壓板和空開的監(jiān)視與管理技術(shù)

當(dāng)前，隨著一鍵順控技術(shù)在全國(guó)變電站得到大力推廣、變電運(yùn)維一體化受到各網(wǎng)省公司重視的背景下，變電站信號(hào)集中上送、統(tǒng)籌管理成為必然發(fā)展趨勢(shì)，變電站二次設(shè)備融入一鍵順控的需求逐漸凸顯。而要解決這一需求，首要任務(wù)就是通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和管理變電站的壓板和空開。智能變電站或新投運(yùn)的變電站可采用操作系統(tǒng)軟壓板代替常規(guī)硬壓板來實(shí)現(xiàn)的方法實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行常規(guī)變電站，如何在不動(dòng)二次接線、不停電的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)壓板和空開的監(jiān)視與管理，已經(jīng)成為一鍵順控技術(shù)改造中極受關(guān)注的問題[8]。針對(duì)這一問題，本文提出了一種二次設(shè)備監(jiān)視和管理的設(shè)計(jì)方案，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示，包含為位置傳感器、狀態(tài)采集器、控制器以及監(jiān)視機(jī)。位置傳感器安裝在每個(gè)壓板或空開上，采用位置感應(yīng)原理，當(dāng)位置發(fā)生變化時(shí)，其傳感器發(fā)出狀態(tài)改變的信號(hào)，同一排傳感器以手拉手方式串聯(lián)。每塊保護(hù)屏安裝一個(gè)狀態(tài)采集器，用于接收本保護(hù)屏上所有傳感器的狀態(tài)信號(hào)。所有保護(hù)屏上的狀態(tài)采集器通過工業(yè)總線將信號(hào)傳至控制器，控制器引出2路以太網(wǎng)出口，一路與當(dāng)?shù)刂悄芊勒`主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)壓板與空開的防誤管理，另一路通過電力專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維班對(duì)壓板和空開的監(jiān)視與管理。

圖4 壓板和空開的監(jiān)視及管理系統(tǒng)圖

4 結(jié)束語

本文著眼于常規(guī)變電站一鍵順控改造過程中較為普遍且棘手的技術(shù)難點(diǎn)，給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，有針對(duì)性地解決了改造工程中的關(guān)鍵問題。通過本方案對(duì)北京市某220 kV變電站進(jìn)行一鍵順控改造，改造前人工停220 kV某一間隔須要的時(shí)間大約為45 min，改造后使用一鍵順控系統(tǒng)操作，時(shí)間縮短至10 min，運(yùn)維人員全程不須要接觸一次設(shè)備，安全性、時(shí)效性均得到極大提高。