基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统

杨付军，李 超，梁 冰，耿 新，马鹏姬

（国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山 467000）

目前，国内110 kV 及以下的变电站隔离装置通常不具备电气锁定的功能，不能为监测系统提供定位节点。由于接地装置的实际位置复杂，尤其是接地线、接地刀等，使变电站难以对其进行精确定位，从而增加了电网误操作事故的发生几率[1-2]。

为此，相关学者研究了基于广域信息的继电保护方法[3]和面向多能互补微网的故障辨识与继电保护方法[4]。然而，上述传统的变电站内顺控操作系统主要是对变电站内一次设备的顺序控制，不包含对二次保护硬压板的顺序控制，使得顺控工作并不能够从根本上改变现有依靠人工逐项操作的工作模式。针对这一问题，文中设计了一种基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统。

1 系统硬件结构设计

基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统结构，如图1 所示。

图1 系统硬件结构

由图1 可知，监控中心是中央控制计算机的主要部分，对各运行、维修站进行全面控制。在监控中心进行遥控操作时，通过设定特定的操作权限，保证了系统的绝对安全性。集中管理、统计、查询是该系统的一个突出特征，并包含两台备用的防误装置，通过备用的双通道，即便是单一的纠错设备和信道出现故障，也能确保电网的正常工作[5]。调度监测系统配备了五防锁定设备，具备较好的沟通平台，能够及时地调度和下达作业命令。

1.1 继电保护硬压板防误操作告警模块

在继电器结果中，硬压板是一种非常关键的设备，它的开启和关闭状况对保护设备的正常运行有很大的影响。硬压板采集模块负责采集硬压板触点的全部数据，并以该数据为依据分析接触件受到回程弹簧的作用力，使压片接触在截止状态时，无法在取样端采集电压[6]。在硬压板导向器关闭时，触头与刚性平板导向器接触，并承受向下的作用力。此时，压盘接触是断开的，采样侧有电压。在使用硬压板进行位置分离时，接触片会断裂；在硬压板关闭时，接触片是导电的。图2 为继电保护硬压板防误操作告警模块，点1,2,…,n为硬压板的触点。

图2 继电保护硬压板防误操作告警模块

图2 中，硬压板触点信号经过转换器处理后可变为数字形式。当标准输入与状态输入中任意一组状态一致，系统需要启动防误动作，并发出告警信息，使运维人员及时发现硬压板误操作行为，并及时采取措施[7-8]。

1.2 一键式微电机遥控防误操作模块

调度操作控制系统充当传送信道，接收由调度和运行管理系统发出的总命令[9-10]。系统进行相应的操作，同时将其反馈给调度操作管理系统，并存入一键式微电机遥控防误操作模块。图3 为一键式微电机遥控防误操作模块结构图。

图3 一键式微电机遥控防误操作模块结构图

图3 中，调度运行控制系统发布相关指令，程序化操作服务模块根据指令，在典型票库中查找对应的程序运行票，并将其结果反馈给调度主机[11-12]。同时，调度运行控制系统还可以发布任务单预览指令，与防范模块相结合，实现了任务单的预览[13]。

1.3 地线解闭锁管理模块

地线解闭锁管理模块主要包括接地线管理器和接地智能监测设备（包括检测闭锁机构、地线柜、智能地线检测装置以及检测锁定装置）。其中，接地线管理器主机负责对锁止部件的管理、控制和检测，把接地线路的真实状态上传至防范模块中，并按照防范主机的指令执行解锁任务[14]；检测闭锁机构的主要工作是确定接地线并进行相应的接触，其数目分配并非随意，而是取决于接地导线的数目；地线柜通过连接地线接地装置，将变电设备的金属外壳或其他可导电部分与地面连接；智能地线检测装置能够识别连接地线的接地桩，与远程主机进行实时通信，并将接地线的位置及状态上传[15]；检测锁定装置的作用是监测和确认电气设备是否处于锁定状态。这是为了确保安全操作和维护电气设备的需要。

2 系统软件部分设计

2.1 基于微电机遥控的一键式防误操作流程

基于微电机遥控的一键式防误操作流程，如图4所示。

图4 一键式防误操作流程

图4 中，一键式防误操作是由调度系统、运动网关机、变电站监控主机共同控制的。通过调度系统下发命令，经过运动网关机再传递给变电站监控主机，能够实现操作票调阅及执行等操作[16]。调度员在拓扑图形上点击该装置，选定目标动作，并根据装置当前工作状况自动地获取作业数据。

2.2 循环冗余检验检错

循环冗余校验码是通过将循环编码中的错误检测特征分离出来的，从而使接收方能够使用该特性进行差错检测。若所收到的码字无法被分割，就会出现错误。对于系统循环码，在发送端有：

式中，y(x)表示信息输出结果；α表示信息位数量；β表示帧；A(x)表示信息位；B(x)表示校验位。如果接收码中没有出现误码，那么接收码与发送码应该保持一致，即：

式中，z(x)表示接收结果。如果接收码可以被多项式整除，则说明接收的结果是有效的，反之，则无效，说明信号码在传输过程中出现了错误码。

循环码表现在生成的多项式上，既然是循环码，必定存在：

式中，C(x)表示循环码多项式。当α-β长度固定后，α的值也被固定。然而在校验过程中，α的值无法确定，所以在系统中应用的校验码是按照缩短码设计的。对于系统循环码，在接收端有：

式中，f(x)为多项式表达式。如果式（4）的计算结果不为0，那么系统将接收到误操作报文；如果计算结果为0，那么接收的报文为正确报文。

针对不能检查出所有错误的问题，需要使用重叠错误图来描述。重叠错误图与报文的长度一致，当报文中的相应比特位置传输正确时，重叠错误图中的比特位置为0，当报文中相应位置比特传输出现错误时，则重叠错误图中的比特位置为1。

此时，在接收端存在如下关系：

式中，f′(x)表示初始循环码；H(x)表示重叠错误图中的多项式。基于此，能够检测出所有传输错误信息。

3 实验与分析

3.1 实验环境

在一座110 kV 变电站完成基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统应用，该变电站结构如图5所示。

图5 110 kV变电站结构

110 kV 智能变电所的站控层与变电设备、电源设备之间并非完全独立，而是需要通过单颗卫星的高速以太网进行组网。通信协议采用DL/T860，以100 Mbps 的速度进行通信。

在首次模拟测试中，采用DL/T860（IEC61850）标准，对全变电站进行统一组态。组态工具能检验组态档的正确性，所产生的组态档可以透过SCL 架构进行校验。智能变电所的控制层可以与省级、当地的调度中心进行通信，实现对整个变电站的运行监控和控制。在通信协议方面，利用DL/T6345101-2002、DL/T6345104-2002、DL/T6345104-2002 通信，并保持了以工业IEC61850 为基准的通信方式。

3.2 实验结果与分析

在110 kV 配电网中，使用主机功能码从基站地址运行频率的寄存器中读取运行状态时，基本的消息帧格式如表1 所示。

表1 基本消息帧

根据主机传送的整个消息帧，在110 kV 配电网上获取理想的传输数据波形，如图6 所示。

图6 理想传输数据波形

由图6 可知，理想传输电压数据波形具有一定规律性，且上下波动幅度一致，为-2.5～2.5 V。以此为依据，分别使用基于广域信息、面向多能互补微网的方法和该文设计的基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统，对比分析传输数据波形，结果如图7 所示。由图7 可知，使用两种传统方法后，传输电压数据波形具有一定规律性，但与理想波形不一致。而使用该文设计的基于微电机遥控的操作系统输出波形具有一定规律性，且与理想波形一致，上下波动幅度范围为-2.5～2.5 V。

图7 三种方法传输数据波形对比分析

4 结束语

文中设计了一种基于微电机遥控的继电保护顺控防误操作系统，其涉及调度操作、维护和操作。在调度方面，通过对电力系统的集成防错运行功能和校验进行了分析，以达到可视化的监视与调度，从而优化电力系统的运行状态。通过对110 kV 安全控制系统核心技术的不断完善，在运行监控、开关运行、事故处理集中监控等方面得到了更好的发展。在保证110 kV 配电网络的安全、稳定、可靠的前提下，为电力企业的经济发展提供了有力的保障。