變電站接地線管理系統(tǒng)

王 斌，顧瑩珊

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州，311232；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司溫嶺市供電公司，浙江 溫嶺，317500）

變電站安裝的五防系統(tǒng)，主要通過五防鑰匙和安裝在現(xiàn)場接地樁的五防鎖的配合來實現(xiàn)接地線的管控。但是，這個過程中無法保證接地線始終在管控之中，從而無法完全杜絕接地線事故的發(fā)生。另外，對于因工作原因由工作人員自己加裝的工作接地線或個人保安線，五防系統(tǒng)無法管控，從而留下了安全隱患[2]。因此需要有一種接地線的管理系統(tǒng)，能實時監(jiān)控接地線在安全工器具室內的在位情況以及現(xiàn)場接地線安裝的狀態(tài)（包括不在變電站管理范圍內的工作接地線或個人保安線），從而加強變電站范圍內各類接地線的安全管控，杜絕因接地線使用過程中的疏漏造成的事故的發(fā)生。

1 接地線管理需求分析

目前對于加掛接地線的控制措施，其主要工作方式為：在五防系統(tǒng)將須要加掛接地線的地點的操作票下載到五防鑰匙上，工作人員手持五防鑰匙至安裝有五防鎖的接地樁處，用五防鑰匙開啟鎖，將接地線的接地端安裝于接地樁后，再利用五防鎖將接地線的接地端和接地樁鎖好，完成接地線安裝的管控，拆除接地線步驟和安裝類似。目前這種方式主要存在幾個問題：不是所有的接地樁都安裝了五防鑰匙；五防系統(tǒng)只是在五防鑰匙和五防鎖之間的配合，接地線在該系統(tǒng)中的管理依舊須要靠人工來完成；對于工作人員私自加掛的工作接地線或個人保安線，該五防系統(tǒng)無法實現(xiàn)有效監(jiān)控。

針對所有的接地線都是要通過現(xiàn)場的接地樁頭來接入接地網(wǎng)，所以要實現(xiàn)接地線在現(xiàn)場的有效管控，首先要實現(xiàn)對接地樁的管控。

除了要加強接地線在現(xiàn)場的管控，同時為了防止出現(xiàn)接地線缺失、超試驗周期等情況造成的沒有

足夠的接地線可用的情況，要加強接地線在安全工器具室內的管控，從而確保變電站中具有數(shù)量充足、檢驗合格的接地線以備使用。

2 接地線管理系統(tǒng)總體設計

接地線管理系統(tǒng)主要有3部分組成。

接地線柜監(jiān)測裝置：安裝于安全工器具室內，其主要負責接地線的在位監(jiān)測、借還管理。

接地樁閉鎖裝置：安裝在現(xiàn)場接地樁上，能識別接地線的名稱。在與后臺指令核對正確的情況下開放接地樁。

遠程后臺管理系統(tǒng)：負責獲取接地線管理裝置、接地樁識別裝置傳輸來的數(shù)據(jù)、并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、可視化展示。

接地線管理系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。

圖1 接地線管理系統(tǒng)結構圖

3 接地線管理系統(tǒng)硬件設計

3.1 接地線柜監(jiān)測裝置

存放在安全工器具室內的接地線，根據(jù)現(xiàn)場的實際需求，希望知道接地線是否在其固定存放位置。對于這個需求，有的設計采用將接地線放置在安裝了壓控開關的底盤上，通過接地線的取放觸發(fā)壓控開關來獲取接地線在位的信息，這種方法也有一定不足之處。

為了解決目前接地線在安全工器具室內管理存在的不足，在本文中采用在安全工器具室內安裝接地線柜監(jiān)測裝置來實現(xiàn)接地線有效地管理，該接地線柜監(jiān)測裝置主要由3部分組成。

接地線監(jiān)測通信控制器：主要負責與各個接地線柜監(jiān)測控制器、遠程后臺之間數(shù)據(jù)通信。

接地線柜監(jiān)測控制器：包括用于液晶顯示器、輸入鍵盤、門磁開關、ID讀卡器，報警蜂鳴器等外設的控制以及與接地線監(jiān)測通信控制器的數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.5 方法學考察 分別進行精密度、穩(wěn)定性、重復性試驗，分別測定梔子苷、芍藥苷和丹皮酚的峰面積。結果梔子苷、芍藥苷和丹皮酚峰面積的RSD均小于3.0%，表明本試驗儀器精密度、方法重復性均較好，供試品溶液在室溫下放置24 h內基本穩(wěn)定。

接地線身份標示牌：安裝在接地線上，用于標識接地線的ID卡[3]。

其中每個接地線柜上相關部件的布置如圖2所示。

圖2 接地線柜示意圖

3.1.1 接地線監(jiān)測通信控制器

接地線監(jiān)測通信控制器安裝在各個變電站的安全工器具室內，負責各個接地線柜監(jiān)測控制器與遠程后臺的信息傳輸。

考慮到安全工器具室一般空間不會很大，因此在室內可采用有線的數(shù)據(jù)傳輸方式。在本文中接地線監(jiān)測通信控制器和各個接地線柜監(jiān)測控制器采用485總線來連接。同時采用MODBUS協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

另外，接地線監(jiān)測通信控制器與遠程后臺之間的數(shù)據(jù)傳輸，由于距離較遠，如果采用有線通道，布線比較長且復雜。為了減少現(xiàn)場布線以及后期的維護，在本文中采用無線數(shù)據(jù)傳輸。在本系統(tǒng)中，由于須要采集的安全工器具室的相關數(shù)據(jù)量不大，因此考慮采用NB-IoT無線通信來實現(xiàn)[4]。

3.1.2接地線柜監(jiān)測控制器

每個接地線柜在其柜門上安裝接地線柜監(jiān)測控制器。其主要解決人機信息交互、接地線數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)通信等。在本文中采用意法半導體單片機STM32F030C6T6作為主控芯片，該接地線柜監(jiān)測控制器的結構示意圖如圖3所示。

圖3 接地線柜監(jiān)測控制器結構圖

3.2 接地樁閉鎖裝置

對于接地線在現(xiàn)場的安裝時的管控，在本文中采用對現(xiàn)場的接地樁安裝鎖控裝置來實現(xiàn)。

用于封閉接地樁的閉鎖裝置：在接地樁閉鎖控制器未讀取所要接入的接地線ID前，該閉鎖裝置一直封閉這接地樁的接地線安裝處，避免接地線隨意安裝在接地樁頭處，只有在現(xiàn)場獲取的接地線信息和接收到后臺的指令相一致的情況下才會開放。

接地樁閉鎖裝置控制器：其主要的功能是在識別了接地線后開放接地樁閉鎖裝置，以便于接地線的接地端可以安裝在接地樁頭上。由于變電站各個接地樁頭比較分散，如果采用有線設計，其布線復雜、耗時長、造價高等缺點將凸顯。為此，在本文中綜合考慮整個裝置的功能后，決定采用充電電池結合太陽能板來給整個裝置供電，在數(shù)據(jù)通信方面采用NB-IoT來實現(xiàn)。其結構框圖如圖4所示。

圖4 接地樁閉鎖裝置結構圖

本裝置采用低功耗的單片機作為主控芯片，正常情況下進入休眠狀態(tài)，工作時喚醒。其主要工作原理為：運維人員根據(jù)工作的要求選擇在某個接地樁處掛接某編號接地線，并將指令發(fā)送到接地樁閉鎖裝置。接地樁閉鎖裝置在收到后臺指令后，并通過RFID[5]讀取所須掛接的接地線的電子標簽，當獲取的接地線信息和后臺一致時，啟動電磁鎖開放接地樁，此時工作人員可將接地線的接地端接入接地樁頭。

4 接地線管理系統(tǒng)軟件及后臺

為了能實時掌握接地線的相關情況，所配置的后臺系統(tǒng)須要具有以下功能。

接地線信息錄入：能將接地線的相關信息如試驗日期、生產(chǎn)廠家、長度等數(shù)據(jù)進行錄入。

接地線狀態(tài)顯示：能直觀地顯示各個接地線在安全工器具柜內的在位情況以及在現(xiàn)場的安裝情況。

接地線超期告警：當接地線超試驗周期時或者設定的時間后有告警信息。當由于某些原因過期接地線依舊在安全工器具柜內，在人員取用時，會閉鎖柜門并發(fā)出警告。

信息查詢：提供接地線相關信息的查詢。

5 結束語

為了加強變電站現(xiàn)場接地線的有效管控，本文在分析了傳統(tǒng)方式存在的不足的前提下，提出了一套由安全工器具室、現(xiàn)場接地樁、遠程后臺3部分所組成的接地線管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過目標識別、遠程通信等技術來達到接地線在室內和現(xiàn)場的有效管控，大大降低了因接地線管理不到位造成事故的概率，提高了變電站運行的安全性。