可遥控式智能型试验装置在变电站二次回路试验检修中的应用

陈俊杜，梁嘉伟，何伟杰，王 晴，刘德志

（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400）

0 引 言

随着变电站一次设备和二次设备智能水平的提高及IT技术的发展，监控系统的采集信号数量急剧上升。现阶段变电站现场调试手段仍依靠在现场调试环节投入大量的人力及工时进行现场对点及与调度主站系统的调试对点，调试效率低下，调试质量难以有效控制[1]。

除此以外，变电站综合自动化系统的遥信部分验收工作仍采用多人协作进行的工作方法。相比于传统电磁保护的变电站，综合自动化变电站产生的遥信状态变化告警信息数量巨大，后台数据库将装置组态文件中分组的动作元件、运行告警以及软压板等都转化成遥信测点[2]。为验收或检验遥信系统的完整性与对应性，这就要求作业人员对各个信号逐一试验，对单一信号需进行动作及复归两次发信调试才能保证该信号质量良好。遥信核对作业复杂烦琐，耗时费力，信号类型多且数量巨大。在当下的电力工程建设条件下，广泛采用人工短接信号回路端子以进行信号操作，在长时间的核信工作中持续考验着工作人员的精神集中度与发信操作的技能熟练度。

1 传统人工短接试验法的弊端分析

继电保护装置常见故障一般由错误接线造成，二次回路的接线错误会导致保护装置出现拒动和误动等异常工作状态[3]。在安装设备过程中，如果安装人员自身的专业素质较低，对施工图纸的理解有误，那么就可能会出现接线虚接和错接等情况。这些都会使得继电保护装置不能够安全、稳定地运行[4]。因此在装置及二次回路投运前的验收工作中，如何实施管控避免发生接线错误显得尤为重要。广泛调研变电站二次回路试验工作后发现，实际工作中习惯采用人工短接法来验证二次回路设计的完整性以及功能的正确性。

由于设计上的差异，保护装置操作箱和断路器机构箱均配置有开关防跳功能回路，两者的使用选择需根据设计单位出具的施工图纸正确配线安装。因此在验收过程中，一定要结合变电站现场一次设备与二次装置来统一设计，根据现场情况作出选择[5]。在对断路器的防跳回路进行试验时，需要区分防跳功能是由保护装置操作箱还是断路器机构箱的回路来实现。一般来说，开关防跳试验要求试验人员手拧固定开关合闸把手，全程保持指向合闸操作方向，保持开关合闸回路的导通。试验时，试验人员容易因手法疏忽或操作不当，没有全程拧紧合闸操作把手，轻微松动就会导致开关的合闸回路在试验全程没有持续保持导通状态，开关合闸脉冲不连续，结果体现为开关无法进行合闸操作。这种现象与防跳回路验证正确的结果相一致，但此表象无法区分是人工手拧合闸操作把手松动导致的无法合闸，还是防跳回路起作用断开开关合闸回路导致无法合闸。因此开关防跳回路试验的结果解释不唯一，无法验证开关防跳回路的正确性。

此外，对于变电站综合自动化系统的遥信功能调试与验收，站端设备调试通常采用短接二次回路的方法，模拟发出告警信息，以此验证告警回路接线以及告警信息的对应性。此环节以厂站综合自动化系统为核心，按照施工图纸的告警信号设计，有序将告警信息传递至变电站后台机及调度主站系统，试验过程要求对告警信息的对应性作出正误判断[6]。按目前的调试人员配置，一次遥信核对工作至少需要3人参与。一人在变电站主控台后台控制机前进行信号核对，一人在二次装置处进行信号操作，另一人查阅图纸设计确定信号类型与名称，指挥发信员工作，同时还需与后台机前的同事进行沟通。全过程人力投入多，多人协作效率低下。若发信员发信技能不熟练，则容易出现信号虚发、漏发以及错发等误操作，浪费工时，影响遥信工程系统的调试验收。

二次回路接线错误或线芯走向错误会导致二次装置模拟量采样出错，造成继电保护拒动或误动，进而使得电网系统部分地区大面积停电。因此必须正确核对二次回路每根线芯，以保障继电保护正确动作以及电网的安全运行[7]。在一些需要模拟开关量输入的二次装置试验要求下，现今多采用试验线短接开关量二次回路以保持目标开关量状态。人工短接过程可能存在误接（解）线或漏接（解）线等安全操作风险，错误改变了运行中二次回路的连接对应状态，对二次装置的运行稳定性与安全性造成严重影响。

2 可遥控式智能型试验装置技术方案简介

针对上述人力手工作业的局限以及作业人员数量的硬性要求，为解决以往必须人工参与操作的工序痛点，减轻试验检修人员的手工劳动强度，节约工作用人成本，研究出一种多用途可遥控式智能学习型二次回路试验装置，其工作流程及主要功能如图1所示。

图1 可遥控式智能型试验装置的工作流程

试验装置采用继电器模块组合式集成化设计，适用于通用型二次回路接线端子排尺寸。本装置内部集成遥控模块，结合外置遥控器的智能学习功能，可对不同位置、不同装置的继电器进行单独标记与精准控制，通过外置遥控器可实现远程控制每路继电器的工作状态。装置主要部件及电路板设计示意如图2所示。

图2 装置主要部件及电路板设计示意

（1）智能对码学习按键。允许用户不限次自主定义无线接收控制器的不同工作模式，配合遥控器功能按键切换选择继电器工作模式。无线接收器一次设定后便可成功学习并记忆工作模式，即使装置断电也可以自保持原模式，无需反复设置。继电器工作模式分为点动、自锁以及互锁3种，各种试验场景可根据实际需要对试验装置进行配置。

（2）无线接收器。无线接收器由超外差接收模块与无线接收天线组成，具有保密性高、稳定性强以及功耗低的特点，可以接收并存贮遥控器所发射的无线信号，实现配套使用。为保证输出的灵敏性与保密性，无线接收控制器空闲时间超过定值即触发蜂鸣器报警。报警时限内，遥控器无新输入的操作信号即关机锁定，避免长时间空闲导致误输出，影响功能可靠性。

（3）遥控器。无线遥控器是利用无线电波传送控制信号，它具有方向任意性，可以不“面对面”控制，而且工作距离远[8]。采用固定码无线编码技术，可以独立控制各个继电器的接点通断状态，做到互不干扰。无线遥控信号发射基本可以覆盖变电站继保室全部工作范围。

3 可遥控式智能型试验装置技术应用创新亮点

3.1 装置结构兼具集成化与模块化优势

装置采用紧凑一体化的聚碳酸酯防撞外壳，可以给用户提供足够的便携性与场景适用性，主要应用于变电站内各种二次装置接线端子排或高压设备汇控柜内的端子排。本装置主板电路PCB设计符合EMC设计规则，可保障在电磁干扰下可靠工作，不产生继电器开合状态误动。基于ARM Cortex-M的32位内核的STM32F103系列芯片具有处理速度快和功率损耗低等优点，适合于测量状态多、实时性要求强以及扩展功能多等控制要求[9]。因此本装置选用STM32F103系列芯片作为中央控制单元。

根据一般二次回路试验工作需要，预期板载16个欧姆龙APAN3105继电器。每个继电器单独配有插拔式接线端子模块，为继电器常开常闭接点输出提供可靠的接线保证。本装置具有继电器开合状态误动算法软件校准，当30 s内没有接到遥控指令会自动触发自锁信号端子通道的开合状态，防止继电器在非人为操作下发生误动。

3.2 具备智能学习对码与智能自检模式

装置采用的无线接收控制器具备智能学习功能，通过集成板上的学习按键可让装置进入学习状态或清除学习信息。无线接收器配合遥控器使用可让装置学习并保持记忆继电器的遥控工作模式（点动、自锁及互锁），根据不同的二次回路试验内容进行继电器工作模式的切换。装置通电后自动进行继电器轮检，检查异常时，对应继电器的工作指示灯亮橙色，提醒用户进行检查维修。若无异常，继电器指示灯亮绿色。

3.3 装置使用远程化、试验作业少人化

首先，工作人员可根据试验内容，在试验前对装置进行预先设定，之后将试验器通过背板磁铁片贴挂在二次保护屏柜柜门上。其次，完成试验回路的端子排配置接线后，试验人员就可以回到主控室后台机或者保护装置面板前，通过点按遥控器按钮控制目标继电器的输出结果，实现远程控制二次回路的工作状态。最后，检查后台机或保护装置面板的动作报文，核对试验结果的正确性。本装置工作场景模式如图3所示，其远程控制特性可以节省人力投入，不再需要额外的测试人员在试验端子排处进行人工短接操作。

图3 可遥控式智能型试验装置工作场景示意

3.4 具备二次试验项目全通用的高普适性

装置采用组合式继电器，针对需要多人多地点配合完成的二次回路试验项目，如遥信系统调试验收、断路器防跳回路试验、二次装置开关量输入输出模拟以及二次电缆缆芯核对等，本装置可集中解决以往回路试验需要多人配合与人手操作的工作流程痛点，在作业人员与带电二次回路之间形成可靠的安全隔离，有效避免试验人员发生误操作或意外直流触电的作业安全风险[10]。

4 结 论

无人值班变电站在运行过程中，经常出现四遥信息频繁发送、漏发或者错发等各种不良现象，其中大部分是因安装质量差或二次设备内部元件老化造成。通过使用可遥控式智能型试验装置，可在投运前的验收环节可靠把控变电站端二次回路安装施工的工程质量，以精确的遥控器无线信号实现二次回路的远程控制，满足各项二次试验要求，消除了当下人工作业可能出现的误操作安全风险，缩短验收与定检作业工时，有效减少电网停电检修时间，提高供电可靠性与客户满意度。