國網(wǎng)山東省電力公司萊州市供電公司 鹿百興 劉建偉 徐 凱 李林宇

國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司 廖烽然

1 引言

用于FTU 饋線終端遙控功能試驗的便攜式模擬斷路器體積小，重量輕，便于攜帶，可單人獨帶進行登桿作業(yè)，適合現(xiàn)場各種復雜地形使用。該裝置直接從被測試的饋線終端取電，無須配備發(fā)電機或蓄電池，參數(shù)靈活可調(diào)，遠程監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)，能夠模擬多種斷路器故障狀態(tài)并對設(shè)備故障進行消除。除了能實現(xiàn)FTU 饋線終端基本的遙控試驗功能外，還具備以太網(wǎng)通信、4G無線通信和北斗/GPS 定位功能，能實現(xiàn)裝置定位與對時，自動生成、歸類各種試驗歷史記錄，并將試驗數(shù)據(jù)上傳至計算機或服務器進行處理，便于數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計和分析。

2 用于FTU 饋線終端遙控試驗的模擬斷路器應用背景

隨著配電自動化技術(shù)的廣泛應用，配電線路柱上開關(guān)數(shù)量有快速增加的趨勢。運行當中存在開關(guān)遠方遙控不成功的情況，影響故障自愈。同時需設(shè)備管理單位趕往現(xiàn)場進行操作，延長停電操作時間。

遙控不成功的主要原因為FTU 饋線終端遙控功能異常，因此對饋線終端遙控功能的檢測和驗證尤為重要。但在設(shè)備投入現(xiàn)場運行后，出于供電可靠性壓力，不能隨意對運行設(shè)備進行實際分閘操作。此時需將開關(guān)控制器拆回倉庫做試驗，試驗過后裝回現(xiàn)場，控制器重量較重不便拆卸，需至少三人配合才能完成，拆裝往返耗費時間很長，造成運維人員勞動強度大且工作效率低。

市場現(xiàn)有的模擬斷路器體積和重量較大，攜帶不便，需要220V 電源，現(xiàn)場試驗需要配備發(fā)電機等設(shè)備，山地、叢林、農(nóng)田等車輛無法直接到達的工作地點使用不便，接線復雜，使用門檻高，不適用于現(xiàn)場工作。現(xiàn)有模擬斷路器功能固定，參數(shù)不可調(diào)，不能用于模擬誤動、拒動、延遲等各類斷路器機械故障?，F(xiàn)有模擬斷路器不具備試驗數(shù)據(jù)記錄和通信功能，不便于后期故障數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計和分析。

基于此，本文設(shè)計了一種用于FTU 饋線終端遙控功能試驗的便攜式模擬斷路器，實現(xiàn)在無須設(shè)備停電的方式下進行饋線終端遙控功能的試驗，降低了停電造成的損失。攜帶方便，無須外部供電，提升了運維工作效率。采用單片機作為控制器，內(nèi)部參數(shù)自定義，實現(xiàn)模擬斷路器動作參數(shù)的靈活調(diào)整，同時可模擬各類斷路器故障。具備試驗數(shù)據(jù)自動記錄和通信功能，提高了試驗數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計和分析的效率。

3 用于FTU 饋線終端遙控試驗的模擬斷路器結(jié)構(gòu)組成及工作原理

3.1 該模擬斷路器結(jié)構(gòu)組成

模擬斷路器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括以太網(wǎng)接口、輸入信號端子排、輸出信號端子排、合閘按鍵復合指示燈、分閘按鍵復合指示燈、儲能按鍵復合指示燈以及電源切換開關(guān)等組成[1]。該斷路器類似于遙控器，質(zhì)量輕便、體積小巧、便于攜帶。

圖1 模擬斷路器整體結(jié)構(gòu)

模擬斷路器機殼內(nèi)剖如圖2所示[2]。主要包括1—繼電器輸入模塊、2—繼電器輸出模塊、3—開關(guān)控制器航空插頭、4—遙信電源、5—儲能電源、6—24V 電源切換開關(guān)、7—裝置前面板、8—核心控制單元、9—手動操作按鍵、10—狀態(tài)指示燈、11—裝置后面板、12—計算機、13—以太網(wǎng)調(diào)試、14—升級接口、15—協(xié)處理器、16—外部供電、17—電源管理模塊、18—時鐘模塊、19—MQTT 服務器及用戶手機、20—4G 通信模塊、21—5V 電源切換開關(guān)（二）、22—5V 電源切換開關(guān)（一）、23—降壓電源模塊等。

圖2 模擬斷路器機殼內(nèi)剖

3.2 工作原理

進行遙控功能試驗的流程如下，開關(guān)控制器對裝置發(fā)出分閘、合閘及儲能信號，輸入模塊對應繼電器動作，核心控制單元檢測到輸入繼電器動作信號滿足設(shè)定時間及判定邏輯，判定為接收到有效的控制信號。接著核心控制單元向輸出模塊發(fā)出信號，控制繼電器吸合，對應繼電器吸合，通過端子排及航空電纜向開關(guān)控制器反饋分閘位、合閘位和儲能位信號。

通過操作按鍵進行手動操作時，信號檢測流程為：按鍵分、合、儲能鍵后，直接向核心控制單元輸入信號，信號處理及輸出過程與通過控制器自動操作一致。模擬斷路器前面板有端子排與饋線終端的航空電纜連接[3]。后面板有紅綠黃三個帶指示燈的按鍵，用于進行手動操作和狀態(tài)指示，另有1個網(wǎng)口用于網(wǎng)絡通信，內(nèi)部有4G 通信模塊用于無線通信。信號輸入輸出的過程中，核心控制單元通過4G模塊和以太網(wǎng)接口對外進行通信，將數(shù)據(jù)記錄通過以太網(wǎng)發(fā)送至計算機，可通過計算機查看實時運行信息和歷史記錄，或通過4G 通信模塊將信息上傳至服務器。同時接收控制信號對模擬斷路器內(nèi)部參數(shù)進行調(diào)整。

4 該模擬斷路器試驗數(shù)據(jù)匹配算法流程

模擬斷路器試驗數(shù)據(jù)匹配算法流程如圖3所示，其內(nèi)部預存現(xiàn)有所有設(shè)備臺賬信息，包含設(shè)備名稱，定位坐標，歷史記錄等信息。開機工作時，每完成一次現(xiàn)場測試后，連續(xù)獲取當前定位坐標，當獲取到連續(xù)穩(wěn)定的位置坐標時，開始進入設(shè)備匹配過程，抽取臺賬內(nèi)第一臺設(shè)備信息，通過測試地坐標與臺賬設(shè)備坐標對比，計算出兩點的距離?，F(xiàn)場實際斷路器安裝于不同桿塔，相互距離基本在40m 以上，而北斗/GPS 定位精度在2.5m 以下[4]。因此設(shè)定條件為兩點距離小于10m 時為匹配成功，自動將該條試驗記錄歸類于此設(shè)備。若匹配不成功，則提取臺賬內(nèi)下一臺設(shè)備信息，重復計算匹配過程，直到匹配成功為止。若在臺賬中未找到能匹配的設(shè)備，則在臺賬中創(chuàng)建一條未命名設(shè)備。最后將試驗記錄進行本地存儲和遠程上傳本文所述算法，實現(xiàn)了被試驗饋線終端在現(xiàn)有臺賬中的自動匹配，減少數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計分析工作量。

圖3 模擬斷路器試驗數(shù)據(jù)匹配算法流程

5 該模擬斷路器使用優(yōu)勢

該模擬斷路器包括核心控制單元，輸入、輸出繼電器，輸入輸出端子排，操作按鍵及狀態(tài)指示燈，電源切換開關(guān)及電源模塊并帶有定位通信功能和以太網(wǎng)接口，一般用于FTU 饋線終端遙控功能試驗，主要優(yōu)點如下[5]。

一是該模擬斷路器體積小，重量輕，僅有手掌大小，攜帶方便，可以登上電力桿塔手持使用。

二是該模擬斷路器核心控制單元使用單片機作為控制芯片，內(nèi)部的分、合閘和儲能時長合開關(guān)狀態(tài)變化延時可通過內(nèi)部程序自定義，也可模擬真實斷路器無法分閘、合閘、儲能的故障狀態(tài)。

三是該模擬斷路器操作面板上有合閘、分閘、儲能三個操作按鍵。按下合閘、分閘、儲能按鍵后，內(nèi)部電路直接通過繼電器向饋線終端反饋合閘位、分閘位和儲能位信號，從而模擬真實斷路器的手動操作。

四是該模擬斷路器信號輸入、輸出均使用繼電器進行驅(qū)動，在傳輸信號的同時實現(xiàn)模擬斷路器和饋線終端的電隔離，避免現(xiàn)場設(shè)備對使用人員造成傷害。

五是該模擬斷路器無須接入220V 市電，也無須外接發(fā)電機、蓄電池等外部電源，直接從端子排取得24V 直流電并通過降壓穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)換為5V 電源，為核心控制單元、繼電器、驅(qū)動電路、定位及通信模塊提供電源。并且針對不同廠家型號的饋線終端信號輸出方式不同，可以通過電源切換開關(guān)自主選擇遙信電源或者儲能電源給模擬斷路器供電。

六是該模擬斷路器用于現(xiàn)場測試時，通過核心控制單元內(nèi)采用的智能匹配與記錄算法，將試驗現(xiàn)場所在位置的北斗/GPS 定位坐標，與核心控制單元內(nèi)部預先存儲的饋線終端臺賬信息進行智能匹配，準確識別出被檢測饋線終端的身份信息，并通過北斗/GPS 授時獲取時間，生成帶時標的事件記錄，自動將本次測試結(jié)果歸并入該終端的歷史試驗記錄中。

七是該模擬斷路器通過4G 通信模塊接收無線信號或通過以太網(wǎng)接口接收網(wǎng)絡信號，將操作人員發(fā)來的參數(shù)寫入核心控制單元，并對發(fā)來的指令作出相應的合閘、分閘、儲能操作，實現(xiàn)遠程參數(shù)調(diào)整和遠程控制。

該便攜式模擬斷路器接收到饋線終端發(fā)出的合閘、分閘及儲能信號后會判斷輸入信號是否滿足設(shè)定時間及判定邏輯，若判定為接收到有效的控制信號，經(jīng)延時后控制繼電器動作，通過端子排向饋線終端反饋合閘位、分閘位和儲能位信號，并通過所述模擬斷路器面板上的指示燈進行合閘位、分閘位和儲能位的指示，具備FTU 饋線終端遙控試驗所需的全部功能，可以完全模擬斷路器的機械結(jié)構(gòu)和邏輯功能。

6 結(jié)語

本文設(shè)計了一種用于FTU 饋線終端遙控功能試驗的便攜式模擬斷路器，采用單片機作為控制器，可以在線路不停電的情況下，進行饋線終端的現(xiàn)場遙控功能試驗，實現(xiàn)模擬斷路器動作參數(shù)的靈活調(diào)整的同時還可模擬各類斷路器故障。解決現(xiàn)有模擬斷路器攜帶不便，動作特性不可調(diào)，不具備數(shù)據(jù)記錄及通信功能等問題。此外，該裝置攜帶方便，無須外部供電，具備試驗數(shù)據(jù)自動記錄和通信功能，提高了試驗數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計和分析的效率，大幅度改善了作業(yè)質(zhì)量。