變電站接地線管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

變電站接地線管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

0臨時(shí)接地線防誤操作隱患臨時(shí)接地線是電氣線路和設(shè)備的必要安全設(shè)備，是確保運(yùn)行人員安全的生命線。安裝和拆卸接地線的操作是電氣運(yùn)行中的一種極其危險(xiǎn)的操作。如果發(fā)生事故，結(jié)果將是嚴(yán)重破壞的。因此,確保裝拆接地線的正確性是變電站安全防誤系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要工作。但在實(shí)際工作中,接地線的操作多屬于臨時(shí)性的,需要頻繁地掛接地線,由于沒有技術(shù)管理措施準(zhǔn)確地判斷接地線是否已脫離電氣主設(shè)備,容易造成遺漏過失,并由此發(fā)生誤掛、誤拆、漏掛、漏拆等,使得本應(yīng)起到保護(hù)作用的臨時(shí)接地線反而成了重大誤操作隱患。微機(jī)五防對(duì)于避免人為的電氣誤操作事故起到了重要作用,但目前的五防系統(tǒng)還不能解決臨時(shí)接地線的安全拆卸問題。為避免帶電掛地線或帶地線合閘等惡性誤操作事故的發(fā)生,很多措施和輔助裝置被引入到臨時(shí)接地線的管理中[2,5-8。這些方法和裝置在地線防誤操作方面起到了一定的作用,但大多是依靠制度防誤和人為判斷,或者是采用了獨(dú)立運(yùn)行的方式,系統(tǒng)后臺(tái)沒有和五防系統(tǒng)相結(jié)合,沒有實(shí)現(xiàn)全站信息的跨平臺(tái)共享,都還不能滿足目前智能電網(wǎng)建設(shè)和數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展的要求。本文開發(fā)的臨時(shí)接地線綜合管理系統(tǒng)能夠?qū)εR時(shí)接地線實(shí)施科學(xué)、有效的管理。1規(guī)范操作人員的操作行為針對(duì)目前在接地線管理方面存在的問題,接地線管理系統(tǒng)需要具備以下功能:首先,要能夠?yàn)椴僮魅藛T提供準(zhǔn)確、清晰的“地線”、“刀閘”、“開關(guān)”等設(shè)備狀態(tài)信息,可以規(guī)范操作人員的操作行為。這就要求要對(duì)接地線編號(hào)并對(duì)號(hào)存放,即存放在有固定編號(hào)的位置上,配合在一次設(shè)備上設(shè)置帶微機(jī)五防的接地樁,將臨時(shí)接地線的操作(裝、拆)都納入到規(guī)范化的管理中去。操作時(shí)必須經(jīng)過防誤閉鎖裝置的閉鎖,可以用電腦鑰匙的程序進(jìn)行模擬及操作,裝設(shè)和拆除接地線,均應(yīng)有明確的記錄。其次,管理方法及手段應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用,能夠符合現(xiàn)場(chǎng)的工作習(xí)慣。最后,防誤設(shè)施的可靠性要高。2系統(tǒng)組成和硬件原理2.1臨時(shí)接地線管理機(jī)通信臨時(shí)接地線管理系統(tǒng)由防誤主機(jī)、臨時(shí)接地線管理機(jī)和臨時(shí)接地線閉鎖器構(gòu)成。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中防誤主機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的工控機(jī)并與五防系統(tǒng)共用。每根需要管理的臨時(shí)接地線都固定在相應(yīng)的地線夾上,地線夾上裝有無線碼片。由于每個(gè)接地線閉鎖器上安裝有讀碼器和閉鎖機(jī)構(gòu),當(dāng)固定接地線的地線夾掛裝到接地線閉鎖器的指定卡位時(shí),臨時(shí)接地線閉鎖器上的讀碼器將識(shí)別出相應(yīng)碼值同時(shí)監(jiān)測(cè)到位置狀態(tài),將其保存在本地緩存,當(dāng)接地線管理機(jī)查詢時(shí),發(fā)送狀態(tài)和無線碼值。臨時(shí)接地線管理機(jī)統(tǒng)一管理各個(gè)接地線閉鎖器,通過循環(huán)查詢接地線狀態(tài)和就位的接地線碼值,判斷接地線是否放置正確。同時(shí),管理操作記錄、地線配置、用戶管理等信息并通過通信信道向防誤主機(jī)報(bào)告接地線當(dāng)前狀態(tài),或執(zhí)行防誤主機(jī)的解鎖或閉鎖命令。防誤主機(jī)與臨時(shí)接地線管理機(jī)可以采用以太網(wǎng)、RS-485和RS-232等多種通信方式。接地線管理機(jī)與接地線閉鎖器采用RS-485通信方式。2.2提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性臨時(shí)接地線管理機(jī)采用ARM9微處理器完成對(duì)各個(gè)臨時(shí)接地線閉鎖器的控制以及與防誤主機(jī)的通信,采用RS-485通信方式完成與分散安裝的每個(gè)臨時(shí)接地線閉鎖器的信息交互。RS-485通信方式解決了變電站現(xiàn)場(chǎng)安裝要求長距離通信的問題,還實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)臨時(shí)接地線管理機(jī)對(duì)多個(gè)臨時(shí)接地線閉鎖器的控制。引入射頻識(shí)別(RFID)技術(shù),通過授權(quán)不同權(quán)限的IC卡管理相應(yīng)的用戶,更加明確了各個(gè)用戶的職責(zé)范圍,降低了誤操作的可能性。10Mbit·s-1/100Mbit·s-1自適應(yīng)以太網(wǎng)接口可以將臨時(shí)接地線管理機(jī)接入局域網(wǎng),使管理員能方便地將開出的操作票傳到需操作的變電站中的接地線管理機(jī)上及時(shí)進(jìn)行解鎖操作。臨時(shí)接地線管理系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了集控型五防操作的功能,而且便于對(duì)每個(gè)變電站上的臨時(shí)接地線管理機(jī)進(jìn)行維護(hù)、管理、分析以及統(tǒng)計(jì)各類操作信息,其硬件結(jié)構(gòu)見圖2。臨時(shí)接地線管理機(jī)以ARM9微處理器AT91SAM9260為核心,配備8MBNORFlash存儲(chǔ)器、64MBNANDFlash存儲(chǔ)器和64MB同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)構(gòu)成最小目標(biāo)系統(tǒng)。臨時(shí)接地線閉鎖器的主要功能是通過控制電磁鐵的動(dòng)作對(duì)臨時(shí)接地線進(jìn)行解鎖、閉鎖。接地線閉鎖器是受控于接地線管理機(jī)并實(shí)現(xiàn)對(duì)指定臨時(shí)接地線的解鎖、閉鎖及其使用狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)備。利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同臨時(shí)接地線的區(qū)分和識(shí)別。運(yùn)用電磁控制技術(shù)和光電傳感技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)接地線的解鎖、閉鎖和機(jī)構(gòu)的動(dòng)作檢測(cè),形成閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。臨時(shí)接地線閉鎖器的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.3rs-843通信線及臨時(shí)接地線由于變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝分散,電磁環(huán)境較為惡劣,且電力系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性要求高,在通信方式上選擇了具有很強(qiáng)電磁抗干擾性能和通信距離可達(dá)800m的RS-485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式。根據(jù)對(duì)多個(gè)變電站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求分析,最終確定了采用4路RS-485通信線路,每路控制32個(gè)臨時(shí)接地線閉鎖器的方式完成對(duì)不同電壓等級(jí)的臨時(shí)接地線進(jìn)行分組管理。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,RS-485接口和CPU串行口之間的通信變換采用高速光耦HCPL-0600進(jìn)行了隔離,通信電路如附錄A圖A1所示。2.4管理機(jī)對(duì)電磁鐵鎖的檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)引發(fā)紅外光線的改變,再將這一過程轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化,實(shí)時(shí)地傳遞給CPU,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。臨時(shí)接地線閉鎖器通過電磁鐵閉鎖各個(gè)臨時(shí)接地線。電磁鎖是否動(dòng)作直接影響臨時(shí)接地線使用的安全性和管理機(jī)內(nèi)事件記錄的準(zhǔn)確性。因此,對(duì)電磁鐵動(dòng)作的準(zhǔn)確檢測(cè)顯得尤為重要。管理機(jī)對(duì)電磁鐵鎖銷動(dòng)作的檢測(cè)是通過反射型紅外光電檢測(cè)開關(guān)GP2S04完成的。當(dāng)鎖銷彈出接近GP2S04的焦點(diǎn)時(shí),反射光通量驟增,紅外光電開關(guān)導(dǎo)通,輸出低電平信號(hào)。反之,紅外光電開關(guān)向CPU輸出高電平信號(hào)。CPU依據(jù)固定在鎖銷上的機(jī)構(gòu)是否擋住紅外發(fā)射管射向接收管的紅外光判斷鎖銷是否到位。3軟件方案的設(shè)計(jì)臨時(shí)接地線管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為2個(gè)部分:臨時(shí)接地線管理機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和防誤主機(jī)Web服務(wù)器端的軟件設(shè)計(jì)。3.1系統(tǒng)的操作票操作流程臨時(shí)接地線管理機(jī)的軟件設(shè)計(jì)建立在以ARM9微處理器為核的硬件平臺(tái)之上,將嵌入式Linux移植到目標(biāo)系統(tǒng)中作為應(yīng)用程序開發(fā)的平臺(tái)。整個(gè)應(yīng)用程序由人機(jī)交互、機(jī)械控制和紅外檢測(cè)、用戶權(quán)限管理、事件記錄管理、記錄分析和統(tǒng)計(jì)、操作票管理、以太網(wǎng)通信管理等7個(gè)任務(wù)組成。其中操作票管理任務(wù)在該系統(tǒng)中最具代表性。通過管理機(jī)的人機(jī)交互界面開解鎖操作票,按照操作票內(nèi)容解開相應(yīng)的臨時(shí)接地線。然后按操作票流程進(jìn)行接地線的識(shí)別和掛接,有效地防止了帶電掛地線和帶地線合閘等惡性事故的發(fā)生。操作票管理任務(wù)流程的設(shè)計(jì)如圖4所示。系統(tǒng)支持2種解鎖方式:①開解鎖操作票,對(duì)操作票中的臨時(shí)接地線一一進(jìn)行解鎖;②緊急情況或檢修操作時(shí),由高級(jí)用戶授權(quán),直接遙控解鎖需要的臨時(shí)接地線,這個(gè)功能是限制使用的。3.2web服務(wù)器Web服務(wù)器端軟件同樣是基于Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。Web服務(wù)器以Apache+HTML+PHP的架構(gòu)方案實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)瀏覽,該方案可動(dòng)態(tài)地修改Web服務(wù)器計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)配置等,采用GCC等開發(fā)工具開發(fā)用戶應(yīng)用程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)各變電站現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)接地線管理機(jī)使用情況的監(jiān)控。Web服務(wù)器所有的用戶界面都是通過Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)的。其中部分事務(wù)邏輯可在管理機(jī)的界面下實(shí)現(xiàn),但是主要事務(wù)還是在Web服務(wù)器端實(shí)現(xiàn),形成所謂的3-tier結(jié)構(gòu),如圖5所示。瀏覽器/服務(wù)器模式是Web服務(wù)器與瀏覽器之間的訪問,客戶和服務(wù)器的中間節(jié)點(diǎn)不對(duì)HTTP請(qǐng)求及響應(yīng)做任何操作,應(yīng)用程序放在服務(wù)器中,處理HTTP請(qǐng)求時(shí)客戶端只需采用如IE這樣的瀏覽器對(duì)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽,不用開發(fā)客戶端程序。本系統(tǒng)的Web服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)以下功能:①實(shí)時(shí)查看局域網(wǎng)上各管理機(jī)的狀態(tài)和其管理的臨時(shí)接地線使用情況;②權(quán)限設(shè)置,設(shè)置不同級(jí)別的用戶,規(guī)范臨時(shí)接地線的管理;③分析和統(tǒng)計(jì)各個(gè)變電站臨時(shí)接地線的各種使用情況;④在一定的安全級(jí)別下,控制管理機(jī)閉鎖,開解鎖票。4接地線管理系統(tǒng)的主要功能接地線管理系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要功能:1接地線進(jìn)行識(shí)別,實(shí)現(xiàn)臨時(shí)接地線準(zhǔn)確分類存放和留通過安裝在每組接地線上的識(shí)別碼,系統(tǒng)可以對(duì)臨時(shí)接地線進(jìn)行識(shí)別,實(shí)現(xiàn)臨時(shí)接地線在地線庫(安全工具柜、架)中的對(duì)位存放與鎖定,錯(cuò)放時(shí)有相應(yīng)的語音提示,確保接地線能被正確取用和及時(shí)存放,未許可的接地線不能拿出。22日記記錄管理功能授權(quán)用戶對(duì)接地線進(jìn)行相關(guān)操作時(shí),接地線管理機(jī)對(duì)接地線的取用和存放信息形成記錄。32實(shí)時(shí)顯示功能在五防主機(jī)中可以實(shí)時(shí)顯示地線庫中臨時(shí)接地線的放置情況。4掛接、清理臨時(shí)接地線從地線庫中取出后,必須嚴(yán)格按照五防模擬許可的操作序列進(jìn)行掛接、拆除等實(shí)際操作。任何不符合五防邏輯的操作,電腦鑰匙可發(fā)出錯(cuò)誤提示,用戶將無法進(jìn)行下一步操作。51管理系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看局域網(wǎng)上各管理機(jī)的狀態(tài)及其管理的臨時(shí)接地線使用情況,在一定的安全級(jí)別下,可以控制管理機(jī)閉鎖、開解鎖票。5臨時(shí)接地線解鎖及傳遞在投入運(yùn)行前對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了功能及疲勞測(cè)試。將與臨時(shí)接地線閉鎖器通信的4個(gè)串口,每個(gè)串口連接32個(gè)閉鎖器,在五防后臺(tái)開操作票,經(jīng)防誤主機(jī)授權(quán)后,解鎖、閉鎖指定的地線;設(shè)置臨時(shí)接地線管理機(jī)每隔一定時(shí)間(如500ms)按順序查詢每個(gè)臨時(shí)接地線閉鎖器狀態(tài),并對(duì)接地線閉鎖器不斷發(fā)送全解鎖命令和單個(gè)順序解鎖、閉鎖命令。持續(xù)拷機(jī)100h,系統(tǒng)運(yùn)行正常。本系統(tǒng)于2010年初在南方電網(wǎng)公司貴州興義供電局樓下、德臥、李關(guān)、冊(cè)亨、望謨等5個(gè)變電站投入運(yùn)行,附錄B圖B1～B3分別為設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的安裝圖和防誤主機(jī)界面圖。其中臨時(shí)接地線管理機(jī)安裝在安全工具室內(nèi)墻壁上,接地線閉鎖器安裝在地線管理柜內(nèi)。運(yùn)行結(jié)果表明,臨時(shí)接地線綜合管理系統(tǒng)對(duì)接地線狀態(tài)起到了很好的監(jiān)測(cè)作用,通過接地線管理機(jī)的人機(jī)界面和防誤主機(jī)都能及時(shí)、準(zhǔn)確查詢接