多維度可調(diào)式開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘操作臺的研制

王洪一 王洪儉 黃杰 李銳鋒

摘要：從變電站生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，研制了一套多維度可調(diào)式開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘操作臺，可以遠(yuǎn)程操作開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘，減少開關(guān)柜搶修應(yīng)急需要等待的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定移動(dòng)、遙控升降、準(zhǔn)確定位、精準(zhǔn)操作等功能。自各個(gè)電壓等級變電站全面應(yīng)用以來，在保證變電站安全運(yùn)行的前提下，極大地提高了運(yùn)維和檢修人員的工作效率，提升了電力系統(tǒng)供電可靠性。

關(guān)鍵詞：變電站；應(yīng)急分合閘；遙控操作臺

中圖分類號：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

目前中國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，這對國家電力輸送能力提出了更高要求，隨著電網(wǎng)智能化運(yùn)行模式的逐步發(fā)展，開關(guān)設(shè)備技術(shù)也得到了進(jìn)一步提升，設(shè)備是否安全可靠成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)[1-3]。

高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀況很大程度上決定電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。開關(guān)柜一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)嚴(yán)重威脅到運(yùn)維和檢修人員的人身安全。例如，在高壓開關(guān)柜斷路器發(fā)生“控制回路斷線”故障時(shí)，必須及時(shí)隔離故障高壓開關(guān)柜，否則存在越級跳閘的風(fēng)險(xiǎn)?？刂苹芈窋嗑€后，已無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控開關(guān)柜斷路器的分合閘，需要就地進(jìn)行分合閘操作；但目前國家電網(wǎng)有限公司規(guī)范中明確規(guī)定：“開關(guān)柜斷路器在工作位置時(shí)，嚴(yán)禁就地進(jìn)行分合閘操作，必須要停運(yùn)相關(guān)母線才能對故障開關(guān)柜進(jìn)行隔離?！蹦壳埃蠖嗖捎靡归g停電的方式來隔離并處理故障，這就導(dǎo)致了停電時(shí)間長，影響范圍大，造成的社會(huì)輿論壓力也大。因此，如何在盡可能短的時(shí)間內(nèi)有效隔離故障高壓開關(guān)柜，是變電站生產(chǎn)現(xiàn)場急需解決的關(guān)鍵問題[4]。

本文針對以上現(xiàn)狀，研制了一套可以遠(yuǎn)程遙控開關(guān)柜斷路器分合閘的裝置，其能夠顯著減少停電時(shí)間，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，保證用電安全，為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量再提升打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為公司樹立良好的社會(huì)形象提供技術(shù)保障。

1 現(xiàn)狀分析

在實(shí)際工作中，監(jiān)控中心報(bào)出“控制回路斷線”信號，應(yīng)急搶修等待流程如圖1 所示。

2022 年7 月25 日20 時(shí)23 分，班組管轄范圍內(nèi)某220 kV 變電站#2 電容器開關(guān)柜報(bào)控制回路斷線，26 日2 時(shí)8 分，運(yùn)維人員完成了異常隔離、布置安措、工作許可等準(zhǔn)備工作。小組對應(yīng)急搶修預(yù)處理各流程環(huán)節(jié)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)工作時(shí)長不同，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1 所示。分析發(fā)現(xiàn)異常隔離環(huán)節(jié)耗時(shí)過長，嚴(yán)重影響了運(yùn)維和檢修人員的搶修效率。如何縮短異常隔離環(huán)節(jié)時(shí)間，是提高供電可靠性、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行急需解決問題。

2 制定方案

該裝置的技術(shù)目標(biāo)為：①操作臺配備車輪，體積小可以人工自由移動(dòng)；②操作臺內(nèi)置鋰電池，無須外部供電；③操作臺可以控制操作桿完成分合閘操作；④遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控與無線傳輸顯示；⑤遠(yuǎn)距離無線控制操作臺進(jìn)行操作（100 m 以上）；⑥具有紅外十字光標(biāo)等標(biāo)注輔助；⑦適合各種不同的開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘開關(guān)、旋轉(zhuǎn)、直插等。

該裝置的技術(shù)目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控裝置進(jìn)行開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘操作，優(yōu)點(diǎn)如下：①縮短了應(yīng)急搶修等待時(shí)間；②避免了一部分用戶及設(shè)備停電；③保障操作人員的人身安全。

3 方案實(shí)施

根據(jù)技術(shù)需求，本文將裝置分解為六大模塊：移動(dòng)模塊、電源模塊、升降模塊、導(dǎo)向模塊、操作模塊、控制模塊。通過對相關(guān)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)對比分析，進(jìn)一步將其細(xì)化分解，最終方案如圖2所示。

該系統(tǒng)核心按照技術(shù)構(gòu)成可分為3 個(gè)部分：移動(dòng)操作臺、無線中繼器和顯示控制平臺，裝置結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

3.1 移動(dòng)操作臺

移動(dòng)操作臺采用可移動(dòng)小車配有受電機(jī)控制的操作桿，操作桿可進(jìn)行上下左右前后移動(dòng)，使操作桿對準(zhǔn)開關(guān)柜斷路器的應(yīng)急開關(guān)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或點(diǎn)擊操作。同時(shí)配有無線模塊和攝像頭，可將操作桿與開關(guān)的視頻上傳給顯示控制平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。并使用單片機(jī)對顯示控制平臺的控制命令進(jìn)行處理與電機(jī)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)不同命令下的操作桿移動(dòng)操作。其中，核心控制電路是電流檢測比較電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路。

電流檢測比較電路通過檢測電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)行電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)與電機(jī)扭矩大小控制，從而保護(hù)斷路器應(yīng)急開關(guān)不損壞。通過可調(diào)變阻器調(diào)節(jié)電壓，限制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，如圖4 所示。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路由單片機(jī)和電機(jī)電流檢測電路共同控制，實(shí)現(xiàn)操作臺電機(jī)的運(yùn)行，從而控制操作臺升降，操作桿推進(jìn)與后退、旋轉(zhuǎn)等功能，如圖5 所示。

3.2 無線中繼器

目前變電站中各設(shè)備房間多采用防爆墻與防爆門隔開，房間之間的信號傳輸較差，對裝置的遙控操作存在一定影響。裝置通過研制無線中繼器，提高了各房間之間的無線信號質(zhì)量，提升了操作裝置的操作效率與可靠性。無線中繼器包括無線中繼器盒子與天線。

無線中繼器盒子內(nèi)置有無線模塊與鋰電池，使用時(shí)天線接上，打開電源開關(guān)，自動(dòng)連接發(fā)射端，并生成熱點(diǎn)，顯示操作平臺連接熱點(diǎn)，打開應(yīng)用APP，就可以控制操作臺。無線中繼器可持續(xù)工作3 ～ 4 小時(shí)，如圖6 所示。

3.3 顯示控制平臺

顯示控制平臺是在安卓版手機(jī)或平板上配有的專門設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件，其可對操作臺無線傳輸?shù)牟僮鳁U前端視頻進(jìn)行顯示，工作人員可根據(jù)視頻在平臺上對操作臺各電機(jī)進(jìn)行控制，完成分合閘操作，如圖7 所示。

顯示控制應(yīng)用界面主要分為3 個(gè)部分：視頻顯示部分、控制操作部分和操作選擇部分。

（1）視頻顯示部分。實(shí)時(shí)顯示操作臺攝像頭拍攝的畫面。

（2）控制操作部分。實(shí)現(xiàn)操作臺的平臺上下左右前后運(yùn)動(dòng)或操作臺上操作桿的左旋、右旋、前進(jìn)、后退等運(yùn)動(dòng)。

（3）操作選擇部分。用于進(jìn)行操作臺操作功能的選擇，其共有3 種選擇：平臺操作、操作桿1、操作桿2。選擇平臺操作使操作桿對準(zhǔn)開關(guān)（如平臺操作界面）；選擇操作桿1，控制上面一組操作桿旋轉(zhuǎn)與點(diǎn)擊操作（如操作桿1 界面）；選擇操作桿2 控制下面一組操作桿點(diǎn)擊操作（如操作桿2界面）。

裝置現(xiàn)場應(yīng)用圖如圖8 所示。

4 效果檢查

（1）安全方面。為保證成果安全、可靠投入使用，將裝置送至第三方專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)證。對各裝置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，合格率為100%。該成果在多處現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用中效果良好，在安全、質(zhì)量、管理、成本等方面均無負(fù)面影響。

（2）經(jīng)濟(jì)方面。在日常開關(guān)柜斷路器應(yīng)急過程中，采用開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘操作裝置，改變原有開關(guān)柜斷路器緊急分合閘操作方式，縮短了停電時(shí)間，避免一部分設(shè)備及用戶停電。若一年發(fā)生4 次開關(guān)柜控制回路斷線，每次影響用戶5 戶，則可避免用戶總計(jì)80 小時(shí)的停電體量，因而具有良好的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

（3）推廣性方面。該成果研制的開關(guān)柜斷路器應(yīng)急分合閘操作裝置可以在不同電壓等級開關(guān)柜內(nèi)使用，且適用于各不同廠家，易復(fù)制、推廣范圍廣。目前，該成果已在嘉興供電公司多個(gè)變電站開關(guān)柜上進(jìn)行應(yīng)用，效果良好，具有較強(qiáng)推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

本文針對運(yùn)行高壓開關(guān)柜緊急分合閘的需求，研制了一種遙控緊急分合閘裝置。通過移動(dòng)模塊、電源模塊、升降模塊、導(dǎo)向模塊、操作模塊、控制模塊的相互配合，能夠在確保作業(yè)人員人身安全的前提下，開斷運(yùn)行中的故障斷路器，避免停運(yùn)母線，節(jié)約故障處理用時(shí)，縮小停電范圍。同時(shí)，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、具備推廣應(yīng)用價(jià)值，且適用于不同電壓等級的開關(guān)柜。成果在消除安全隱患、優(yōu)化現(xiàn)場工作流程、有效規(guī)避工作現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)，以及保障人身安全、確保電網(wǎng)安全運(yùn)行、提高供電可靠性等方面帶來的安全效益不可估量。

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