劉一平

（新疆八一鋼鐵股份有限公司設(shè)備工程部，新疆烏魯木齊 830022）

引言

隨著我國智能電網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，變電站建設(shè)規(guī)模越來越大，其運(yùn)行安全與效率直接影響了整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量。高壓開關(guān)柜作為變電站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備之一，完善的調(diào)度與操作規(guī)范對維持變電站安全高效運(yùn)行至關(guān)重要。由于高壓開關(guān)柜倒閘操作工序繁瑣，導(dǎo)致常規(guī)操作技術(shù)下的失誤操作概率較大，不僅影響了高壓開關(guān)柜自身的穩(wěn)定性，甚至對整個(gè)變電站的安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅。因此，為滿足變電站高壓開關(guān)柜對操控效率與操控安全性的需求，本文研究了一種一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供有效的保障。

1 智能操作110千伏變電站高壓開關(guān)柜

高壓開關(guān)柜是我國110 kV 變電站內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要包含了斷路器、互感器、隔離開關(guān)等結(jié)構(gòu)。目前，我國大部分110 kV 變電站的高壓開關(guān)柜綜合控制技術(shù)均未達(dá)到智能化的控制要求，主要采用順序控制技術(shù)，也就是按照事先設(shè)定好的程序進(jìn)行有序操作，雖然可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜的自動(dòng)化操作，但難以保障操作效率與安全性，所以本文在傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜智能操作架構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)110 kV 變電站高壓開關(guān)柜一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作架構(gòu)［1］，如圖1所示：

圖1 變電站高壓開關(guān)柜一鍵順控智能防誤運(yùn)行架構(gòu)

如圖所示，本文在原110 kV 變電站高壓開關(guān)柜智能操作架構(gòu)中，新增了專用順控主機(jī)與智能防誤主機(jī)，當(dāng)操作者通過遠(yuǎn)程操控主機(jī)的方式來操作高壓開關(guān)柜時(shí)，智能防誤主機(jī)會(huì)進(jìn)入雙層防誤校驗(yàn)狀態(tài)，只有校驗(yàn)通過，才會(huì)生成操作票，此時(shí)一鍵順控主機(jī)就會(huì)按操作票中預(yù)設(shè)指令執(zhí)行相應(yīng)操作。下面本文將針對一鍵順控操作與防誤聯(lián)鎖操作的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 一鍵順控操作

一鍵順控是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化操作技術(shù)，可以通過預(yù)設(shè)程序?qū)Ω邏洪_關(guān)柜進(jìn)行智能化與自動(dòng)化的操作［2］。為實(shí)現(xiàn)110 kV 變電站高壓開關(guān)柜的一鍵順控操作，本文引入了磁感應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)一鍵順控具體流程如下：（1）確定需要監(jiān)測的高壓開關(guān)柜的狀態(tài)，包括其開關(guān)位置、動(dòng)作狀態(tài)等；（2）選擇合適的磁感應(yīng)傳感器，根據(jù)需要監(jiān)測的狀態(tài)選擇合適的類型和規(guī)格；（3）在高壓開關(guān)柜的適當(dāng)位置安裝磁感應(yīng)傳感器，確保能夠正確感應(yīng)到開關(guān)柜的動(dòng)作和位置；（4）將磁感應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)連接到相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)中，以便對開關(guān)柜的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要使用一定數(shù)量的磁感應(yīng)傳感器對多個(gè)高壓開關(guān)柜的感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行涵蓋。那么磁感應(yīng)傳感器覆蓋問題看作數(shù)學(xué)問題，可通過相應(yīng)的計(jì)算公式解決。

設(shè)有x個(gè)高壓開關(guān)柜，在區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)有y個(gè)，那么高壓開關(guān)柜中磁感應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的覆蓋率可以表達(dá)為如公式（1）所示。

公式（1）中，ex,y∈{ }0,1 ，表示第x個(gè)被第y個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋的概率。ex,y=0 代表被監(jiān)測的高壓開關(guān)柜不在被監(jiān)測的區(qū)域，被監(jiān)測的高壓開關(guān)柜被監(jiān)視的可能性為0；那么，ex,y=1 代表被監(jiān)測的高壓開關(guān)柜處于磁感應(yīng)傳感器的感應(yīng)區(qū)域之內(nèi)，感應(yīng)到的幾率是100%。

受到磁感應(yīng)傳感器的感知范圍的限制，傳感器節(jié)點(diǎn)只能對感知范圍內(nèi)的有限高壓開關(guān)柜進(jìn)行監(jiān)測。磁感應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)和高壓開關(guān)柜間的監(jiān)測關(guān)系如公式（2）所示。

公式（2）中，V表示磁感應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)和高壓開關(guān)柜之間的監(jiān)測關(guān)系矩陣。Vx,y∈{ }0,1 ，當(dāng)Vx,y=0 時(shí)，表示第x個(gè)高壓開關(guān)柜雖然在第y個(gè)磁感應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，但卻沒有被監(jiān)測。當(dāng)Vx,y=1 則表示當(dāng)前高壓開關(guān)柜處于被監(jiān)測位置?？赏ㄟ^上述公式解決磁感應(yīng)傳感器的節(jié)點(diǎn)全面覆蓋問題。

實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)傳感器的節(jié)點(diǎn)全面覆蓋后，根據(jù)110 kV變電站高壓開關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)置一個(gè)狀態(tài)閾值，以斷路器的開合狀態(tài)為例，當(dāng)Uη時(shí)，U為位置閾值，V為誤差閾值，那么斷路器處于關(guān)閉狀態(tài)，反之?dāng)嗦菲魈幱谶\(yùn)行狀態(tài)。在根據(jù)上述步驟所示的磁感應(yīng)傳感器識(shí)別出高壓開關(guān)柜的狀態(tài)后，即可根據(jù)開關(guān)柜的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)置相應(yīng)的調(diào)控指令［3］，并以一鍵順控交互的方式，操作高壓開關(guān)柜執(zhí)行特定指令，從而實(shí)現(xiàn)了110 kV變電站高壓開關(guān)柜一鍵順控操作。

1.2 防誤聯(lián)鎖操作

防誤聯(lián)鎖就是通過一定手段對高壓開關(guān)柜的操作進(jìn)行限制，避免誤操作的發(fā)生［4］。本文為確保110 kV 變電站高壓開關(guān)柜的安全性智能操作，在一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作架構(gòu)中嵌入了“五防”聯(lián)鎖操作程序［5］。在執(zhí)行“五防”聯(lián)鎖操作程序時(shí)，必須在每一項(xiàng)步驟完成后，及時(shí)確認(rèn)高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，只有處于正常運(yùn)行狀態(tài)才能執(zhí)行下一步驟的操作程序。與此同時(shí)，如果在執(zhí)行“五防”聯(lián)鎖操作程序時(shí)出現(xiàn)任何障礙，均需要停止操作程序并進(jìn)行檢查，只有檢查無誤后才能繼續(xù)進(jìn)行操作。

2 實(shí)際應(yīng)用

本文研究的一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)為110 kV 變電站高壓開關(guān)柜的智能化、無人化、少人化提供有效的執(zhí)行條件與可靠的運(yùn)行保障，但是在該智能操作技術(shù)正式推廣之前，還需對其進(jìn)行運(yùn)行測試，通過測試結(jié)果為技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用給予有效支撐。某新建的110 kV 變電站，主變壓器容量為63 MVA。本文選取該變電站作為試點(diǎn)變電站，站內(nèi)高壓開關(guān)柜中各個(gè)裝置均具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，本次實(shí)驗(yàn)在站內(nèi)原有的高壓開關(guān)柜操作平臺(tái)中添加了設(shè)計(jì)的一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作模塊，執(zhí)行變電站內(nèi)高壓開關(guān)柜的全部操作指令。根據(jù)試點(diǎn)變電站的現(xiàn)場考察結(jié)果，對主變壓器進(jìn)行相應(yīng)操作，同時(shí)為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)柜一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)的檢修效率，選擇傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜操作技術(shù)作為對照組，分別操作變壓器進(jìn)行檢修作業(yè)，并在作業(yè)過程中記錄不同操作技術(shù)下的檢修時(shí)間，詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

表1 不同操作技術(shù)下的高壓開關(guān)柜檢修時(shí)間對比

從表1數(shù)據(jù)可以看出，無論是主變壓器的哪種操作任務(wù)，與傳統(tǒng)操作技術(shù)相比，本文設(shè)計(jì)的智能操作技術(shù)所需時(shí)間均較短，其中傳統(tǒng)操作技術(shù)下主變壓器各項(xiàng)任務(wù)中最大檢修時(shí)間為25 min，本文設(shè)計(jì)智能操作技術(shù)下主變壓器各項(xiàng)任務(wù)中最大檢修時(shí)間為5min，較傳統(tǒng)操作時(shí)間縮短20 min。這主要是因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的智能操作技術(shù)中應(yīng)用了一鍵順控操作技術(shù)，可以快速完成高壓開關(guān)柜的運(yùn)行轉(zhuǎn)換，再加上設(shè)計(jì)技術(shù)中結(jié)合了五防聯(lián)鎖技術(shù)，可以確保主變壓器操作的正確性，減少人為因素造成誤操作的概率，從而提升操作效率。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)是有效且正確的，可以滿足110 kV 變電站高壓開關(guān)柜的實(shí)際操控需求，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

本文采用了理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對110 kV變電站高壓開關(guān)柜一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)進(jìn)行研究，與傳統(tǒng)式高壓開關(guān)柜操作技術(shù)相比，本文研究的一鍵順控協(xié)同防誤聯(lián)鎖智能操作技術(shù)在安全性與可靠性等方面得到了本質(zhì)化的提升，不僅可以促使高壓開關(guān)柜的操作過程更加快速，而且可以有效防止誤操作的發(fā)生。本次研究僅僅完成了一些基本的功能，在實(shí)際變電站日常運(yùn)行過程中，還需綜合考慮開關(guān)柜的故障檢測、自動(dòng)校核等功能，這是未來智能化開關(guān)發(fā)展的一個(gè)方向，為真正實(shí)現(xiàn)智能變電站的“一鍵式”操控作出貢獻(xiàn)。