帕提合努爾·葉列解甫 馬福青 劉志同 邵瑞琦

（國網(wǎng)伊犁伊河供電有限責(zé)任公司）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及國家建設(shè)的進步，電網(wǎng)承擔(dān)著全社會生產(chǎn)、輸送、配電的重要任務(wù)。為了確?；A(chǔ)設(shè)施緊跟經(jīng)濟發(fā)展的步伐，電網(wǎng)每年投入使用的變電站數(shù)量越來越多，針對地處偏遠無人值守變電站二次設(shè)備時常會出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸異常故障，例如保護設(shè)備運行異常、遠動機死機、路由器交換機通訊異常等，故障設(shè)備原廠家服務(wù)人員不能及時趕往故障現(xiàn)場，只能由變電檢修人員自行前往故障變電站維護檢修[1]。傳統(tǒng)的處理方式是至少需要多名檢修人員和一臺車輛奔馳幾十公里，甚至上百公里前往故障現(xiàn)場處理，故障處理方式往往也就是簡單地關(guān)閉設(shè)備后重啟即可恢復(fù)至正常運行狀態(tài)解除故障[2]。此類故障處理往往占據(jù)二次設(shè)備故障維護大部分工作時間，造成了大量人力、物力和時間上的浪費甚至是直接經(jīng)濟損失。這類不是頻繁發(fā)生的故障，卻是極大影響變電站安全運行的核心問題，嚴重阻礙了變電站的高效運維管理。為了減少此類低技術(shù)高成本的故障維護事件的發(fā)生，提高變電站無人值守的效率，本文開展變電站二次設(shè)備電源遠程控制系統(tǒng)設(shè)計研究。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

為促進變電站的運行質(zhì)量提升，本文針對二次設(shè)備電源設(shè)計一種遠程控制系統(tǒng)[3]。主要是在故障頻發(fā)無人值守的偏遠變電站部署二次設(shè)備遠程電源管理控制系統(tǒng)并串入需要管理的二次設(shè)備電源，將二次設(shè)備電源管理裝置通訊模塊接入遠動機，通過已有的IEC104通道（也可單獨開通一個專用通道就無需接入遠動機）送往地區(qū)調(diào)度主站系統(tǒng)。在地區(qū)調(diào)度主站系統(tǒng)配置相應(yīng)的遙控點即可實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的遠程電源遙控管理。圖1為本文控制系統(tǒng)的模塊分解圖。

圖1 本文控制系統(tǒng)的模塊分解圖

除此之外，本文系統(tǒng)具有硬件恢復(fù)模塊，在系統(tǒng)控制和內(nèi)嵌程序發(fā)生異常時可通過啟動硬件恢復(fù)模塊的自恢復(fù)功能將系統(tǒng)還原為正常運行狀態(tài)。針對本文控制系統(tǒng)中的機電控制器和冗余電源進行詳細設(shè)計。

1.1 繼電控制器

變電站二次設(shè)備遠程電源管理控制系統(tǒng)采用了獨立接入方式連接至兩個并聯(lián)繼電控制器的常閉觸點[4]。根據(jù)本文控制系統(tǒng)的運行需要，選用控制電源頻率為50Hz，線圈吸合電壓為220V，線圈釋放電壓為220V，紫銅線圈材料的CDZ9-53P型號繼電控制器。該型號繼電控制器的溫度范圍在-45～+70℃范圍內(nèi)；采用三開三閉式觸點形式、導(dǎo)軌式安裝方式；包含11個觸點，觸點負載為5A/240VAC。除此之外，CDZ9-53P型號繼電控制器具備免編輯性能，菜單式設(shè)置可實現(xiàn)獨立使用，內(nèi)部含有四路繼電器，每個回路都可以獨立控制電源開關(guān)[5]。與其他相類似繼電控制器相比功耗更低，發(fā)熱量更小，在斷電后仍然能夠保持原有輸出狀態(tài)，可實現(xiàn)智能化控制。在系統(tǒng)運行過程中機電控制器只有接收到下發(fā)的遠程重啟命令才會將對應(yīng)管理的二次設(shè)備供電線路進行斷電重啟。

1.2 冗余電源設(shè)計

系統(tǒng)采用了冗余電源，確保單電源供電的狀態(tài)下仍能保持系統(tǒng)正常運行。同時，系統(tǒng)電源模塊具有實時的電源監(jiān)測功能，能夠監(jiān)測連接系統(tǒng)的二次設(shè)備電源是否正常通電。冗余電源采用固定LAN端口，使用電源輸出對二次設(shè)備電源輸入故障進行解耦。為了確保本文控制系統(tǒng)在運行過程中不會受到輸入源故障的影響，在電源的冗余架構(gòu)當中增加或門二極管結(jié)構(gòu)[6]。當變電站二次設(shè)備電源短路時，通過或門二極管結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒐收宵c從冗余母線上隔離，進而使二次設(shè)備能夠繼續(xù)保持正常的工作狀態(tài)。在實際中，二次設(shè)備電源中兩條線路的電壓接近時，此時系統(tǒng)控制兩個MOSFET同時導(dǎo)通，并使兩路輸入同時為符合提供電流。當輸出與輸入相差30mV時，則通過控制系統(tǒng)控制該路上的MOSFET關(guān)斷，從而避免輸入倒灌電流問題產(chǎn)生。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 控制命令接收模式預(yù)設(shè)

本文系統(tǒng)中的通信模塊選用具備很強通訊抗干擾性的嵌入式linux操作系統(tǒng)。

首先利用公式（1）實現(xiàn)對二次設(shè)備電源運行電壓的表示：

式中，U0為二次設(shè)備電源運行電壓；δ為占空比；U1為電源輸入電壓。δ可通過如下公式計算得出：

式中，t為導(dǎo)通時間；T為開關(guān)時間。在上述公式基礎(chǔ)上，將變電站二次設(shè)備遠程電源管理控制系統(tǒng)中的命令接收部分劃分為兩種預(yù)設(shè)模式，即遠動機控制模式（見圖2）和專用通道直控模式（見圖3）。

圖2 遠動機控制模式

圖3 專用通道直控模式

遠動機控制模式是通過調(diào)度主站下命令給變電站遠動機，本系統(tǒng)再通過接收遠動機轉(zhuǎn)譯的命令報文進行二次設(shè)備電源控制。

而專用通道直控模式則是本系統(tǒng)直接通過IEC104規(guī)約與主站系統(tǒng)建立連接，接收電源重啟命令后立即開始重啟操作。在具體運行過程中，通過主站端的調(diào)度主站發(fā)出控制指令，并由IEC104通道將指令傳輸?shù)竭h動機1和遠動機2上，控制遠動機1和遠動機2重啟。重啟后再利用轉(zhuǎn)譯后的命令報文對二次設(shè)備電源進行斷電重啟控制，最后恢復(fù)二次設(shè)備1和二次設(shè)備2的運行。若采用直控模式，則由主站端的調(diào)度主站或獨立的電源管理主站對本文系統(tǒng)發(fā)出控制指令，由系統(tǒng)對二次設(shè)備電源同樣在IEC104通道當中發(fā)出指令進行斷電重啟處理，最后恢復(fù)二次設(shè)備1和二次設(shè)備2的正常運行。

2.2 二次設(shè)備電源異常故障遠程報警處理

系統(tǒng)針對裝置異常采取故障粘滯的處理方式，突發(fā)的裝置異常會生成持續(xù)的故障信號直至手動清除。針對二次設(shè)備電源的異常故障問題，首先由系統(tǒng)對故障事件以及出現(xiàn)的故障特征進行記錄，并初步判斷故障發(fā)生位置，通過IEC104通道將相關(guān)信息上報到控制中心。最后根據(jù)具體的故障類型，采取相應(yīng)的故障處理措施。在遠程控制過程中，當故障問題發(fā)生時，在系統(tǒng)的上位機顯示界面會出現(xiàn)與故障相關(guān)的信息顯示。根據(jù)不同的故障等級，由用戶自行對處理決策進行設(shè)定。同時，根據(jù)故障程度可通過不同的信號燈顯示，二次設(shè)備電源故障程度從高到低，信號燈依次顯示紅色、橙色、黃色和綠色。根據(jù)告警燈用戶能夠?qū)Χ卧O(shè)備電源的運行狀態(tài)進行實時查看，并通過上述控制命令接收模式的設(shè)置，實現(xiàn)對其電源開關(guān)的遠程控制，從而在發(fā)現(xiàn)電源異常時能夠立刻斷開開關(guān)，并對其進行檢修和維護。為了進一步提高設(shè)備電源的運行質(zhì)量，需要在系統(tǒng)中引入二次設(shè)備電源電壓運行差值補償算法，其公式為：

3 實驗研究

將變電站二次設(shè)備遠程電源管理控制系統(tǒng)部署至模擬測試環(huán)境中，對其實際應(yīng)用效果進行檢驗。在實驗過程中，為確保系統(tǒng)接電啟用，進行必要的拉線及接電操作。對測試的二次設(shè)備進行數(shù)據(jù)封鎖，之后斷開電源，將需要管理的二次設(shè)備的電源納入二次設(shè)備電源重啟裝置的通道，除測試的二次設(shè)備外，其他二次設(shè)備不接入本系統(tǒng)。將本系統(tǒng)接入測試通信網(wǎng)絡(luò)，與主站系統(tǒng)通過IEC104通訊（直控模式）或與遠動機通過相關(guān)規(guī)約進行通訊（遠動機模式）。設(shè)備安裝和接線工作完成后，系統(tǒng)通電啟動，二次設(shè)備同時啟動電源，檢測裝置是否正常運行。一切正常后開始遠程重啟操作命令的下發(fā)，觀察二次設(shè)備是否成功斷電重啟。

在完成上述操作后，針對實驗過程中本文控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行檢驗，設(shè)置傳統(tǒng)基于集中器的遠程控制系統(tǒng)為對照組，將本文上述設(shè)計的控制系統(tǒng)作為實驗組。

遠程啟動耗時計算公式為：

式中，t′為遠程啟動耗時；T1為停運時間；T2為啟動時間。在兩種控制系統(tǒng)完成運行后，針對其各自運行效果進行記錄，并繪制成如下表所示。

表 實驗組與對照組實驗結(jié)果對比表

從表中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，實驗組系統(tǒng)針對 二次設(shè)備電源異常問題實現(xiàn)其遠程重啟耗時均在35ms以內(nèi)，而對照組系統(tǒng)遠程重啟耗時均超過100ms。同時，針對五個二次設(shè)備電源，實驗組系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)其全部恢復(fù)正常運行，而對照組系統(tǒng)只實現(xiàn)了對編號Se-I和編號Se-III二次設(shè)備電源的故障恢復(fù)，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)對其遠程控制，但無法提升變電站二次設(shè)備運行質(zhì)量。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，對照組系統(tǒng)為單路電源配置，若自身斷電，則無法保證實時控制對集中器的遠程重啟，裝置自身抗故障能力弱，實際使用時風(fēng)險較高。綜合上述得出，本文提出的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對二次設(shè)備電源的遠程控制，系統(tǒng)自身具備極高的抗故障能力，且使用時的風(fēng)險得到明顯降低，能夠充分克服傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用問題。

4 結(jié)束語

為了解決傳統(tǒng)變電站二次設(shè)備電源控制系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計了一種全新的控制系統(tǒng)，擬通過一套電源管理控制系統(tǒng)對變電站內(nèi)的二次設(shè)備電源進行統(tǒng)一的管理，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工運維方式，做到只需要檢修人員在主站側(cè)就能遠程重啟變電站內(nèi)的二次設(shè)備，大部分情況下都無須檢修人員親自下到變電站現(xiàn)場進行設(shè)備重啟了。因此將該系統(tǒng)應(yīng)用在實際中能夠大幅提高運維效率，同時減少運維工作量，提高自動化管理水平。