繼電保護(hù)二次元器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)及就地預(yù)判方法研究

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 楊永旭 張 驍 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心 施蔚青

1 技術(shù)背景

1.1 二次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)是指利用各種測(cè)量元件對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)切斷故障區(qū)域與其他區(qū)域之間的連接或采取措施消除故障，并使正常部分不受影響的一種系統(tǒng)和裝置。繼電保護(hù)裝置主要作用是在發(fā)生故障時(shí)，快速地將受到威脅的設(shè)備從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，以避免更大范圍的事故發(fā)生。

一般情況下，不同類(lèi)型的繼電保護(hù)裝置根據(jù)原理設(shè)置一定數(shù)量的空氣開(kāi)關(guān)、操作把手、連接片等二次元器件。電力系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化，保護(hù)邏輯也通過(guò)上述二次元器件的投退來(lái)相應(yīng)調(diào)整，確保繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作并按選擇性切除故障?？梢?jiàn)，二次元器件的正確投退，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1.2 現(xiàn)有操作及判斷方式不可靠

近年來(lái)，停電檢修或運(yùn)行方式改變后，繼電保護(hù)裝置投退涉及二次元器件的投切，均由人工操作完成。由于單套裝置需要操作的二次元器件較多，且邏輯較為復(fù)雜，采用人工操作投退二次元器件，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高。

另外，功能壓板、空氣開(kāi)關(guān)、把手等二次元器件可通過(guò)裝置開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)其狀態(tài)，但出口壓板缺少有效的監(jiān)測(cè)手段，目前主要采用人工檢查維護(hù)確認(rèn)的方式，維護(hù)效率和準(zhǔn)確率受作業(yè)人員的技能水平影響較大。近年來(lái)，操作人員工作失誤導(dǎo)致的漏投、接觸不良導(dǎo)致繼電保護(hù)二次元器件與運(yùn)行方式不對(duì)應(yīng)的事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重的甚至造成繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，導(dǎo)致非計(jì)劃停運(yùn)事件。

1.3 長(zhǎng)期運(yùn)行部分隱患難以發(fā)現(xiàn)

二次元器件長(zhǎng)期運(yùn)行之后，由于受機(jī)械應(yīng)力影響，有脫離接觸的可能性，而一旦接觸不可靠，將會(huì)導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作不正常，擴(kuò)大停電范圍，影響電力供應(yīng)。在日常運(yùn)行過(guò)程中，采用人工巡檢的方式，定期對(duì)繼電保護(hù)二次元器件的狀態(tài)進(jìn)行檢查和判別，進(jìn)而判斷繼電保護(hù)二次元器件的運(yùn)行狀態(tài)是否可靠。

但受到巡檢周期、人力資源、工作安排的影響，無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)繼電保護(hù)二次元器件狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，當(dāng)上述繼電保護(hù)二次元器件損壞、漏投、接觸不良等缺陷發(fā)生時(shí)，無(wú)法進(jìn)行預(yù)警和發(fā)信。

1.4 作業(yè)文件執(zhí)行有脫節(jié)

為了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作，各供電單位根據(jù)相關(guān)規(guī)程和調(diào)度定值通知單，組織編制了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程和繼電保護(hù)操作手冊(cè)等文件，明確了不同運(yùn)行方式下的二次元器件投切方式，一定程度上減少了誤投切的可能性。但是文件指引與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施還存在脫節(jié)，難以實(shí)時(shí)規(guī)范和指導(dǎo)操作，目前尚無(wú)結(jié)合運(yùn)行方式判斷二次元器件投切狀態(tài)的邏輯分析及就地判斷裝置。

因此，亟須制作一種對(duì)繼電保護(hù)二次元器件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，能結(jié)合運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)二次元器件狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及判斷，當(dāng)發(fā)生不對(duì)應(yīng)、漏投、接觸不良等不可靠事件時(shí)，能及時(shí)告警和發(fā)信，提醒運(yùn)維人員快速消除缺陷。

2 技術(shù)原理

運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，繼電保護(hù)需要投退的二次元器件主要有空氣開(kāi)關(guān)、壓板、把手等。為了完全杜絕繼電保護(hù)二次元器件的誤投切操作，作者開(kāi)展了上述元器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)及就地預(yù)判方法研究。成果分“采集—判斷—輸出”三部分，實(shí)現(xiàn)了二次元器件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)判，原理框圖如圖1所示。

圖1 原理框圖

2.1 模塊之眼—采集模塊

為了能監(jiān)測(cè)繼電保護(hù)裝置相關(guān)空氣開(kāi)關(guān)、壓板、把手等二次元器件的投退狀態(tài)，首先要了解二次元器件的工作狀態(tài)。將二次元器件的工作狀態(tài)劃分為“合”與“分”兩種。通過(guò)使用磁簧開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)將工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成干接點(diǎn)的形式。

2.1.1 壓板狀態(tài)采集

采用干簧管[1]完成壓板狀態(tài)采集，將干簧管和磁鐵固定壓板活動(dòng)片合連接柱位置，壓板合上時(shí)，磁鐵使干簧管導(dǎo)通，從而獲取壓板的工作狀態(tài)，安裝如圖2所示。

圖2 壓板狀態(tài)采集示意圖

2.1.2 把手開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集

根據(jù)用途，把手開(kāi)關(guān)一般分為遠(yuǎn)方就地把手、分合閘操作把手、重合閘方式切換把手、斷路器檢修狀態(tài)把手等幾類(lèi)。通過(guò)分析把手開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，將干簧管安裝在把手開(kāi)關(guān)上，操作把手開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵使干簧管導(dǎo)通，來(lái)檢測(cè)其所處的位置，安裝如圖3所示。

圖3 把手狀態(tài)采集安裝示意圖

2.1.3 空氣開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集

采用激光型光電開(kāi)關(guān)[2]，將光電開(kāi)關(guān)安裝在空氣開(kāi)關(guān)的上方或下方，通過(guò)發(fā)射激光光束照射推桿，來(lái)檢測(cè)空氣開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)（合與分），安裝如圖4所示。

圖4 空開(kāi)狀態(tài)采集安裝示意圖

為了杜絕二次元器件人工操作錯(cuò)誤，以及運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生位置變化，將所檢測(cè)的工作狀態(tài)信息通過(guò)線(xiàn)纜送入繼電保護(hù)二次元器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)在裝置面板上燃亮對(duì)應(yīng)的位置指示燈。

2.2 模塊之腦—判斷

判斷功能主要由繼電保護(hù)二次元器件監(jiān)測(cè)裝置完成，分“人工置位”“數(shù)據(jù)比對(duì)”兩部分。

2.2.1 人工置位

當(dāng)檢修或投運(yùn)后運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，由技能人員或經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程和繼電保護(hù)操作手冊(cè)等文件，明確二次元器件正確的投切方式，并在裝置上通過(guò)小把手完成“人工置位”，即設(shè)定正確的參考值。

2.2.2 數(shù)據(jù)比對(duì)

在檢測(cè)裝置中通過(guò)微處理器MCU 對(duì)比實(shí)時(shí)采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)置的參考值，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，并通過(guò)面板指示燈和硬接點(diǎn)發(fā)出信息。

2.3 模塊之手—輸出

當(dāng)檢測(cè)的狀態(tài)和設(shè)置的狀態(tài)一致，裝置面板上的指示燈會(huì)亮綠燈；當(dāng)檢測(cè)的狀態(tài)和設(shè)置的狀態(tài)不一致，裝置面板上的指示燈會(huì)亮紅燈警示，并且會(huì)有蜂鳴聲，同時(shí)告警硬接點(diǎn)接通[3]。對(duì)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，可以通過(guò)靜音按鈕取消蜂鳴器鳴叫，硬接點(diǎn)動(dòng)作復(fù)位，但指示燈的功能仍然有效，能夠準(zhǔn)確提示設(shè)置的狀態(tài)和檢測(cè)的狀態(tài)是否相同。裝置面板示意圖如圖5所示。

圖5 裝置面板示意圖

總之，裝置各個(gè)采集模塊均根據(jù)不同的元器件量身定制，非接觸式安裝不影響繼電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行，且體積小巧，運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)“采集—判斷—輸出”，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、邏輯置位和異常判斷，可根據(jù)運(yùn)行方式要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次元器件存在的異常，準(zhǔn)確做出預(yù)警，能適用于不同變電站不同廠(chǎng)家設(shè)備的安裝需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

經(jīng)過(guò)實(shí)訓(xùn)基地的試運(yùn)行和多個(gè)變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，已發(fā)現(xiàn)兩起存在的隱患。為了支持智能示范區(qū)建設(shè)，后續(xù)還將實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)應(yīng)用全覆蓋，并逐漸向其他供電局推薦。成果具有行業(yè)全面推廣價(jià)值，具有以下優(yōu)勢(shì)。

一是適應(yīng)廣。根據(jù)不同的二次元器件，量身設(shè)計(jì)不同的狀態(tài)采集方式，能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)、不同尺寸、不同原理、不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)二次元器件的安裝需求；另外“現(xiàn)場(chǎng)置位”把手按鈕，可在操作完成后，就地化設(shè)置常態(tài)定值，實(shí)現(xiàn)不同二次元器件運(yùn)行狀態(tài)的“量身定制”，保證了本成果的適用性。

二是成本低。本成若能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，單套價(jià)格可控制在5000元以?xún)?nèi)，另外非接觸式安裝不需要設(shè)備停電，降低項(xiàng)目實(shí)施難度的同時(shí)，節(jié)省了投資。

三是上手快。成果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便快捷，不需要專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)即可完成安裝調(diào)試，單個(gè)保護(hù)屏柜安裝約耗時(shí)1h，工作效率顯著提高。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解決繼電保護(hù)裝置日常運(yùn)行存在的問(wèn)題，作者根據(jù)繼電保護(hù)裝置各類(lèi)二次元器件設(shè)計(jì)了相應(yīng)的狀態(tài)采集模塊，率先采用了就地化“運(yùn)行態(tài)”運(yùn)行參考值設(shè)置，設(shè)計(jì)制作了通用型的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)判裝置，不停電安裝簡(jiǎn)化了項(xiàng)目實(shí)施，減少了資金投入、降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，成果實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣泛，具有極大的推廣價(jià)值。