保护压板智能在线监测及遥控系统的设计与实现

广西电网有限责任公司桂林供电局 吴江雄 杨 鑫 程向辉

随着经济的发展，各行各业对电力的需求也越来越高，变电站作为电力供应的关键环节，正在逐步经历人工化、自动化、智能化的发展过程。继电保护作为变电站的一项重要组成功能，已经实现了很高的信息化、智能化水平，但在保护压板的操作上还是主要通过人工操作的方式实现，这种方法极大消耗了人力资源成本，且非常容易出现漏投、错投现象，与电力运维智能化的要求相背离。

随着智能电网建设的大规模推进，变电站设备种类越来越多，保护装置功能越来越全面。保护压板的作用是连接继电保护设备和外部接线，保护压板的正确投入与否会直接影响到继电保护动作的正确性。为了保证智能电网的运行可靠性与稳定性，本文提出了一种基于短距离无线通信的智能在线监测及遥控系统，加强对保护压板状态的监控，避免出现由于保护压板状态异常导致的误保护或不保护现象。该系统经过试点应用，较好实现了对保护压板状态的实时监控，大幅度提高了继电保护运行管理的自动化程度和继电保护装置运行可靠性，适宜进行大规模的推广应用。

1 保护压板

保护压板又可以称之为连接片，其作用是实现保护装置与外部接线的连接。保护压板状态的正常与否直接关系到继电保护装置能否正常执行保护动作逻辑。保护压板可分为功能压板和出口压板两种类型。进行投入或退出功能压板的操作时，与其对应的继电保护装置的功能也应当实现对应的投入和退出，例如差动保护压板、零序保护压板都属于功能压板；进行投入或退出出口压板操作时，也会对应投入或退出继电保护装置开关的跳闸出口，例如重合闸出口压板、开关跳闸出口压板等都属于出口压板[1]。

当前我国的变电站中，保护压板的投入和退出操作和维护，在通常情况下都是由变电人员在变电站现场手动完成的，完全没有达到自动化的基本要求[2]。在智能电网中，相当多的电气设备都达到了很高的自动化水平和智能化程度，但保护压板由于其自身的特殊性，自动化和智能化水平相对较低[3]。虽然很多地区都结合自身实际的电力运营状况针对保护压板的特殊性制定了一些操作措施，但受限于管理水平和技术能力，由于误投入保护压板和漏投入保护压板造成的电力故障仍然频繁发生，并没有从根本上解决保护压板投入和退出操作自动化程度、智能化程度较低的问题[4]。

针对保护压板操作自动化、智能化程度较低的问题，结合保护压板的工作特点，细致分析了智能在线监测及遥控系统的功能需求：

保护压板的状态监测。实现对保护压板状态的实时监测，当保护压板出现变位时，系统要能够及时检测到变位状态并发出报警提示[5]；保护压板的遥控操作。能够基于无线网络及保护压板上的执行设备，在主控中心对保护压板进行远程遥控操作，进行压板的投入或退出操作；保护压板的状态巡检操作。能够基于无线网络实现一键式的保护压板状态巡检，并自动生成巡检报告，提高保护压板的运行维护效率。

保护压板智能状态对比。以一次设备的运行方式为基础，设定二次设备保护压板的运行方式作为状态基准。通过上位机软件实施监测保护压板的实时状态，并于设定的状态基准进行对比，如果出现不一致的情况，系统会发出报警提示；保护压板误操作防护。保护压板的状态监测与遥控功能，作为子功能嵌入到变电站的防误操作系统中，制定保护压板与对应一次设备、保护压板与保护压板之间的误操作防护逻辑，一旦保护压板出现误操作的情况，系统就会发出报警提示；压板精益管理操作。能够实现保护压板投入或退出操作，保护压板位置变动等相关信息的自动化记录，以便进行信息的查询与追溯。

2 系统实现方案

2.1 系统基本组成

保护压板智能在线监测及遥控系统包括了智能遥控保护压板、压板采集装置、无线网关、通信控制单元、以太网交换机、保护压板管理主机等。具体的组成结构如图1所示。

图1 智能在线监测及遥控系统组成架构

保护压板管理主机和通信控制单元都接入到以太网交换机上，通信控制单元通过RS485接口连接到无线网关，智能遥控保护压板通过RS485接口连接到无线网关，保护压板采集装置先接入到采集器上，采集器再通过RS485接口连接到无线网关。

保护压板管理主机先通过以太网将遥控指令下发到通信控制单元，通信控制单元将遥控指令通过无线网关发送出去，与智能遥控保护压板相连的无线网关接收到遥控指令后，智能遥控保护压板会根据遥控指令对保护压板进行投入或退出操作。同时，智能遥控保护压板的状态信号和保护压板采集装置采集到的保护压板信号通过无线网关返回到保护压板管理主机，这样就实现了保护压板状态及遥控的双确认。智能在线监测及遥控系统可以通过专用的网络通道，在主控中心实现对保护压板的状态监测和远程遥控操作。

2.2 智能遥控压板

智能遥控保护压板通常情况下都会采用线簧式压板的基本结构，这样能够保证与传统的保护压板在外观上和二次回路结构上的统一性。智能遥控保护压板后部会配置有动作执行机构和状态检测机构，动作执行机构包括了精密电机、电机减速器、配合机构等，状态检测机构能够实现对保护压板状态的检测，并通过网络通信或硬线接线的方式向外部传输，网络通信方式采用RS485通信。

智能遥控保护压板功能特点：在兼容普通线簧式保护压板功能的基础之上还具备了智能化的属性，能够接收外部控制信号完成保护压板的遥控操作；采用直流24V 电源供电，安全性、稳定性、可靠性较高；智能遥控保护压板支持RS485通信，通信稳定，数据传输质量高，基于接收到的外部数据实现保护压板的投入和退出操作；能够支持直流220V 等级强电压连接点的保护压板投入和退出操作；执行动作时间短，在不超过2秒的时间内就能够完成保护压板的投入或退出操作；能够实现保护压板状态的自主检测，并将检测结果自动上传到相关设备；支持远程遥控操作的前提下还支持本地化手动操作。

2.3 压板状态采集装置

对需要进行远程遥控操作的保护压板，十分有必要进行保护压板状态的双确认机制。智能遥控保护压板本身就具备状态检测功能，另外再配置保护压板状态检测装置作为另一个状态信号源。保护压板状态采集装置由传感器和采集器两部分构成。传感器基于非接触式磁感应原理对保护压板的状态进行有效采集，传感器包括了传感模块和磁感应元件。磁感应元件配置在智能遥控保护压板的拉手上，传感模块需要与保护压板的具体位置进行对应配置，当磁感应元件在保护压板投入时，靠近传感模块的磁感应元件会对智能遥控保护压板的状态进行检测（图2）。传感器将采集到的智能遥控保护压板的状态传送到采集器，再由采集器将信息通过无线通信的方式进行信息上传。

图2 智能遥控保护压板状态检测原理

3 实例应用方案

3.1 智能遥控保护压板的配置

需要采用智能遥控保护压板去替换常规的保护压板，由于原保护压板为线簧式保护压板，故可以直接进行替换，现场配置效果如图3所示。

图3 智能遥控保护压板现场配置情况

3.2 智能遥控保护压板状态采集装置的配置

由于保护压板状态采集装置由传感器和采集器两部分构成，传感器包含导轨模块和磁钢支架，导轨模块直接采用双面胶粘贴的方式固定在压板的下方，导轨模块内部传感子模块需要根据保护压板的实际位置进行对应调整，以满足不同保护压板间距的具体要求。磁感应元件直接卡装在保护压板拉手上，通过调整方向和位置来满足不同保护压板的具体要求。导轨模块与采集器之间通过线槽进行隐蔽布线。每一个保护屏上都需要配置保护压板状态采集器，将安装底座直接贴装在屏体表面，保护压板状态采集器的本体通过卡扣固定在安装底座上，维护便捷。保护压板状态采集器连接到屏内接线端子的连接线，再通过保护屏的面板螺丝孔或面板缝隙穿到保护屏后部，与保护压板状态传感器进行连接，通过线槽进行隐蔽布线，具体的布置方式如图4所示。

图4 智能遥控保护压板状态采集装置现场配置情况

3.3 无线网关、通信管理单元的配置

无线网关通过RS485接口连接到保护压板状态采集器和通信控制单元，无线网关之间通过Zigbee实现点对点通信，无线网关采用导轨式安装方式，具体方式如图5所示。通信管理单元同样采用导轨式安装方式，布置在柜内的导轨上即可，具体方式如图6所示。

图5 无线网关现场配置情况

4 结语

本文所研究的保护压板智能在线监测及遥控系统，有效解决了保护压板必须由人工进行运维的难题，实现了保护压板的远程监测和操作，使得运维人员能够更高效的对保护压板进行维护，提高了保护压板的智能化管理水平，提高了继电保护动作的可靠性，为电力系统的安全、稳定、可靠运行提供了有力的保障。