馮志延，王翰龍，李 壯，林偉杰

(深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東 深圳 518115)

0 引 言

隨著人們對(duì)蓄能電站自動(dòng)化技術(shù)研究不斷深入，調(diào)度系統(tǒng)信息化、智能化在蓄能電站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。繼電保護(hù)作為電站最核心部分，對(duì)信息化與智能化水平有著更高要求[1]。而保護(hù)壓板作為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的關(guān)鍵因素，其信息化、智能化水平相對(duì)薄弱。一方面，目前保護(hù)壓板運(yùn)行狀態(tài)確認(rèn)完全處于人工模式，自動(dòng)化水平不足[2]；另一方面，二次設(shè)備壓板具有在布局上高度密集性以及在功能上集成復(fù)合性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)極易導(dǎo)致巡檢疏漏及操作錯(cuò)誤。尤其當(dāng)水電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班時(shí)，保護(hù)壓板誤操作之后更難于發(fā)現(xiàn)[3]。目前一系列管理措施的出臺(tái)也不能真正從根本上解決二次防誤的問(wèn)題，導(dǎo)致此類電力系統(tǒng)事故時(shí)有發(fā)生[4-5]。近幾年的統(tǒng)計(jì)資料表明，人為誤投退、漏投退保護(hù)壓板引起的事故百分比雖然有所下降，但其絕對(duì)值仍然居高不下，并且造成的負(fù)荷損失也愈發(fā)嚴(yán)重[6]。因此，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備保護(hù)壓板投退狀態(tài)檢測(cè)、防誤操作是當(dāng)務(wù)之急[7]。

目前，許多研究者致力于智能保護(hù)壓板的研究，現(xiàn)有的智能保護(hù)壓板設(shè)備主要通過(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：第一種是設(shè)計(jì)一種全新的智能保護(hù)壓板設(shè)備，重新設(shè)計(jì)傳感器、信號(hào)采集、信號(hào)傳輸方式，對(duì)于新的電廠和監(jiān)控站有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于現(xiàn)有已投運(yùn)的站卻較難實(shí)施，必須停電更換[8-9]。第二種是對(duì)現(xiàn)有保護(hù)壓板進(jìn)行改進(jìn)，在現(xiàn)有保護(hù)壓板設(shè)備上加裝傳感器、采集器、信號(hào)傳輸和處理單元、報(bào)警智能壓板等檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)壓板狀態(tài)的智能監(jiān)控，無(wú)需改動(dòng)原有保護(hù)壓板及線路，方便實(shí)施[10-11]。為了避免停運(yùn)一次線路設(shè)備和改動(dòng)原有設(shè)備二次接線的情況，本文采用后者。

本文設(shè)計(jì)的狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板通過(guò)狀態(tài)傳感器達(dá)到了對(duì)二次設(shè)備壓板投退狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，搭配智能壓板管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了防誤操作功能，并具備查詢歷史操作及變位記錄功能，解決了電站中二次設(shè)備的誤投退、漏投退等問(wèn)題。該智能保護(hù)壓板有效地應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站，實(shí)現(xiàn)了全站壓板的集中管理。

1 保護(hù)壓板原理

1.1 保護(hù)壓板構(gòu)造

保護(hù)壓板因其硬連片設(shè)計(jì)也常被稱為保護(hù)連片，在變電站運(yùn)維中使用率較高，當(dāng)硬連片合上時(shí)表示該壓板對(duì)應(yīng)的功能投入，反之?dāng)嚅_(kāi)則為退出對(duì)應(yīng)功能[12]。保護(hù)壓板的投入與退出關(guān)系到保護(hù)功能和動(dòng)作出口能否正常發(fā)揮作用。按照壓板接入二次回路位置的不同，可分為保護(hù)功能壓板和出口壓板兩類。保護(hù)功能壓板主要實(shí)現(xiàn)主保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)等功能的投退。該壓板一般為弱電壓板，接直流24 V。出口壓板決定保護(hù)動(dòng)作的結(jié)果，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作出口作用的對(duì)象不同，可分為跳閘出口壓板和啟動(dòng)壓板。跳閘出口壓板直接作用于本開(kāi)關(guān)或連跳其他開(kāi)關(guān)，一般為強(qiáng)電壓板，接直流220 V或110 V。啟動(dòng)壓板作為其他保護(hù)開(kāi)入時(shí)啟用，如失靈啟動(dòng)壓板、閉鎖備自投壓板等，根據(jù)接入回路不同，有強(qiáng)電壓板也有弱電壓板[13]。

2 傳統(tǒng)保護(hù)壓板的不足

繼電保護(hù)系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)安全具有重要作用，在二次回路上，設(shè)計(jì)保護(hù)壓板來(lái)確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。例如在跳閘回路上設(shè)計(jì)保護(hù)壓板，該保護(hù)壓板是一個(gè)可視的斷開(kāi)點(diǎn)，便于運(yùn)行人員判斷繼電保護(hù)裝置的跳閘電路是否為可連通開(kāi)關(guān)(斷路器)的跳閘線圈，為檢修、運(yùn)行提供了極大的便利，但也使變電站的保護(hù)系統(tǒng)中，增加了一個(gè)不能完全閉環(huán)的斷開(kāi)點(diǎn)。因繼電保護(hù)跳閘壓板的特殊性，正常狀態(tài)下(無(wú)跳閘命令)時(shí)，兩側(cè)不能同時(shí)帶電[14]。而壓板的投退由人工操作，完全靠運(yùn)行人員的責(zé)任心、實(shí)際技術(shù)水平來(lái)把關(guān)。故在實(shí)際運(yùn)行中，因壓板投退不當(dāng)，造成保護(hù)系統(tǒng)不能正確行為的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。本文通過(guò)分析傳統(tǒng)壓板的原理以及變電站運(yùn)行管理人員對(duì)傳統(tǒng)壓板的操作經(jīng)驗(yàn)[15-16]，總結(jié)了傳統(tǒng)壓板存在以下缺陷：①無(wú)法評(píng)估壓板的虛接狀態(tài)；②無(wú)法遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓板運(yùn)行的位置；③無(wú)法就地顯示上位機(jī)確認(rèn)的壓板位置；④無(wú)法評(píng)估壓板投退是否可靠正確。

3 狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的設(shè)計(jì)

3.1 智能保護(hù)壓板框架設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)壓板不同，為了能有效評(píng)估壓板的虛接狀態(tài)，本文設(shè)計(jì)的狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板使用通訊與直采結(jié)合的方式進(jìn)行二次壓板信息采集，其中軟壓板的狀態(tài)主要通過(guò)與監(jiān)控系統(tǒng)通信的方式獲取，硬壓板采用非電量檢測(cè)技術(shù)。智能保護(hù)壓板原理如圖1所示，通過(guò)壓板測(cè)量回路反饋壓板位置，并通過(guò)壓板位置指示燈將位置狀態(tài)顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓板位置的就地監(jiān)視。同時(shí)配套智能壓板防誤管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視，當(dāng)壓板投入或退出時(shí)，系統(tǒng)更新顯示壓板的實(shí)時(shí)狀態(tài)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)壓板無(wú)法遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓板運(yùn)行位置和就地顯示上位機(jī)確認(rèn)的壓板位置等缺陷。同時(shí)在智能防誤壓板管理系統(tǒng)增加了壓板的防誤邏輯判斷及管理功能，系統(tǒng)可對(duì)壓板的邏輯規(guī)則進(jìn)行編輯，并以典型票的方式保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。操作壓板時(shí)預(yù)先進(jìn)行模擬預(yù)演，模擬預(yù)演按照壓板操作規(guī)則進(jìn)行邏輯判斷，從而消除了因壓板誤投退造成的安全事故隱患，達(dá)到了事故前的科學(xué)預(yù)防，極大提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性[17-18]。

圖1 狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能壓板基本硬件原理

3.2 智能保護(hù)壓板的狀態(tài)監(jiān)視及防誤方案設(shè)計(jì)

狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板包括三大模塊：壓板管理系統(tǒng)、壓板狀態(tài)采集器組成的通訊回路和壓板狀態(tài)傳感器形成的壓板位置測(cè)量回路，其設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的設(shè)計(jì)原理

首先，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)壓板狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)軌式壓板狀態(tài)傳感器基于感應(yīng)附件的磁感應(yīng)原理采集壓板的投退狀態(tài)，通過(guò)CAN總線將采集到的信號(hào)送給壓板采集器。該設(shè)備采用直接加裝套設(shè)在壓板上的感應(yīng)附件的設(shè)計(jì)，達(dá)到了不停運(yùn)一次線路設(shè)備和改動(dòng)原有設(shè)備二次接線的目的。為了就地顯示相應(yīng)壓板的位置信息，智能保護(hù)壓板采用了壓板位置指示燈，其中，紅色常亮，表示操作該壓板；紅色閃亮表示該壓板異常，如線槽未接好，非法投或非法退；熄滅則表示該壓板沒(méi)有異常。

其次，壓板狀態(tài)采集器構(gòu)成智能保護(hù)壓板的通訊回路，可管理多條壓板狀態(tài)傳感器，并自動(dòng)識(shí)別壓板狀態(tài)傳感器地址，且具有1路RS485通訊、12路LIN通訊和雙桿鑰匙接口。為了實(shí)現(xiàn)壓板的遠(yuǎn)方監(jiān)視，壓板狀態(tài)采集器搭配壓板管理系統(tǒng)，將采集的壓板狀態(tài)傳感器信息通過(guò)通訊方式上送至壓板管理系統(tǒng)，達(dá)到遠(yuǎn)方監(jiān)視壓板狀態(tài)的目的?？紤]到無(wú)線通訊方式的傳輸信號(hào)易受安裝環(huán)境干擾，且為了保證無(wú)線通訊的安全性，需采取通訊加密措施，該方案設(shè)計(jì)的通訊方式采用穩(wěn)定性優(yōu)良的有線通訊方式[19]。

最后，壓板管理系統(tǒng)作為狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的核心，實(shí)現(xiàn)壓板防誤操作功能，通過(guò)模擬預(yù)演壓板操作，從而達(dá)到防誤操作的目的。為了方便管理人員溯源歷史操作，當(dāng)壓板狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生事件記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，并且管理人員能夠查詢壓板的歷史操作及變位記錄。

4 狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用場(chǎng)所

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的有效性，將該智能壓板應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站。深圳抽水蓄能電站于2018年全面投入運(yùn)行，運(yùn)行主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(CSCS)，分為現(xiàn)地控制層、中控層和調(diào)度層。該電站按國(guó)際先進(jìn)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)，力求實(shí)現(xiàn)變電站“無(wú)人值班”?！盁o(wú)人值班”的實(shí)現(xiàn)對(duì)深圳抽水蓄能電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平提出了較高要求，而保護(hù)壓板是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的關(guān)鍵因素。因此，狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板的啟用對(duì)“無(wú)人值班”在深圳抽水蓄能電站的實(shí)施是至關(guān)重要的。

4.2 狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板在蓄能電站的應(yīng)用

智能保護(hù)壓板在不停運(yùn)設(shè)備的情況下，成功安裝于主廠房的28面保護(hù)屏、主廠房地下GIS室的4面保護(hù)屏以及220 kV開(kāi)關(guān)站二次設(shè)備室的19面保護(hù)屏上，圖3為智能保護(hù)壓板220 kV開(kāi)關(guān)站二次設(shè)備室的20P 220 kV母線保護(hù)屏上的現(xiàn)場(chǎng)安裝情況。壓板狀態(tài)采集器貼裝在屏面板上，利用現(xiàn)有變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信接入安全管控平臺(tái)，傳送壓板狀態(tài)信號(hào)至智能壓板系統(tǒng)，當(dāng)壓板狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生事件并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)視壓板的狀態(tài)。智能壓板系統(tǒng)壓板狀態(tài)監(jiān)視界面如圖4所示。執(zhí)行壓板操作時(shí)，智能壓板系統(tǒng)按一次主接線圖設(shè)備防誤操作畫面、邏輯設(shè)定及各種功能菜單，檢驗(yàn)操作順序是否正確，若操作錯(cuò)誤，則在顯示器上顯示相應(yīng)警告信息并同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，達(dá)到了防止各種誤操作的目的，同時(shí)也起到了仿真培訓(xùn)的作用。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)安裝

圖4 智能壓板系統(tǒng)壓板狀態(tài)監(jiān)視界面

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的狀態(tài)監(jiān)視及防誤智能保護(hù)壓板在安裝上，實(shí)現(xiàn)了不停運(yùn)一次設(shè)備完成設(shè)備安裝；在功能上，具有狀態(tài)監(jiān)視和防誤操作功能，狀態(tài)監(jiān)視功能成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓板的自動(dòng)化狀態(tài)監(jiān)視，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方就地查詢壓板的工作狀態(tài)信息。防誤操作功能通過(guò)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的模擬預(yù)演，實(shí)現(xiàn)了壓板正確可靠的投退，避免了人工操作出現(xiàn)失誤后無(wú)法由微機(jī)監(jiān)控實(shí)時(shí)報(bào)警而造成的重大損失。該智能壓板已成功應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站，為電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。