接地线在线式智能管理系统建设与应用

雷　强，杨忠亮，王媛媛，黄建林

（1.中国南方电网深圳供电局有限公司，广东　深圳　518001；2.长园共创电力安全技术公司，广东　珠海　519000）

0　引言

接地线是保证现场作业人员人身安全的安保线，装拆接地线操作存在较大危险性，若出现遗漏或错误，可能对电网设备及人身安全造成严重危害。在停电检修作业过程中，使用的临时接地线有时数量较多，且所装接地点分散，极不便于管理，高强度工作很容易使操作人员在拆除接地线时发生漏拆的情况，导致发生带接地线合断路器、隔离开关等恶性误操作事故。据统计，60%以上的电气误操作与漏拆、误装临时接地线有关[1-3]。

现有微机防误闭锁系统，通常没有对接地线存储与操作进行有效管理。接地线装拆操作时，微机防误系统无法实时上传接地线选择是否正确、接地是否可靠和接地位置是否正确等信息，给接地线操作带来诸多安全隐患。

在线式智能接地线管理系统的应用，可实现对集控中心及各子站接地线（常用接地线、备用接地线）统一编号，统一管理，准确记录接地线的属性；与微机防误闭锁系统结合，按票取用，确保取用正确的接地线；对外来的接地线实现登记注册、进行有效管理。此外，对于集控站，可通过站间的局域网实现对所有接地线的在位状态、使用情况跟踪管理[4-5]。可改变目前变电站接地线储存及操作过程中过分依赖于制度防误的现状，减少变电站因人为疏忽而造成的恶性事故，有效实现对接地线的“全程闭环”控制。可降低各变电站运行、检修和维护作业的综合成本，切实有效提高各变电站现代化管理水平[6-7]。

1　关键技术及原理

1.1　Zigbee通信技术应用

选用合适的通信方式，实时采集接地线的装拆状态及在库情况，实现接地线信息数据的交互共享，是系统实现的关键。当前变电站通信网络中被广泛采用的如RS232与RS485串行传输以及CAN（控制器局域网络）总线等工业总线都采用有线通信方式[8]。有线通信在解决数据传输问题的同时，也带来了新线路扩建敷设的困难。

Zigbee（短距离微功率无线通信）技术是一种支持自组网、多点中继，可实现网状拓扑的复杂组网协议，组网拓扑见图1。相比于WiFi、蓝牙、433M/315M等无线通信方式，有着更加安全、可靠，低成本、低功耗、环境适应能力强等诸多优势[9]，使整个管理系统的设计更加灵活、简洁，且无需额外铺设通信电缆线，可减少工作量和人力成本。Zigbee技术非常适合在线接地线管理系统使用，并方便拓展合并到现有的微机防误系统。

无线网络通过ZigBee技术来接收接地线状态信息的主要优点[10-11]：

（1）提高了系统的安全性。MAC（媒体访问控制）层的加密方法不仅是选用AES（高级加密标准）的算法，且基于该算法形成一系列的安全机制，以确保MAC层帧的安全性、统一性和有效性。安全性虽在MAC层直接进行处理，然而网络层作为上一层仍然控制着整个过程的安全性，例如生成的密钥和安全的级别。

图1　Zigbee通信组网拓扑

（2）增强了系统的可靠性。主从工作模式下的“需求时唤醒”，有效削弱终端节点的功耗，降低碰撞机会，以保证系统通信的稳定性。

（3）降低了研制及安装费用。信息通信较慢、通信标准简洁，从而能够减少成本，专利费还可以不用缴纳；它工作频段灵活：使用频段为2.4 GHz，868 MHz及915 MHz，均为免执照频段。研制及安装费用随着无线传感器通信系统的搭建得以减少。

（4）系统后续维护简单方便。变电站防误操作主机监控终端设备在自动路由、动态组网以及直序扩频的运行模式下，不仅能够保证无线信息的有效通信，还能够快速地升级变电站系统布局。

1.2　系统原理架构

系统由后台管理软件、无线基站、接地线状态采集器、地桩身份组件和库位识别附件等组成。接地线在库或离库时，通过接地线状态采集器与库位识别附件接触和读码，自动将接地线状态通过无线网络上送后台管理系统；现场装拆接地线时，通过接地线状态采集器与地桩身份组件接触和读码，自动将装拆状态通过无线网络上送后台显示[12]。

接地线管理系统可单独运行，同时也支持接入站内现有的微机防误系统，为实现无缝接入，需要升级原有的防误系统，为智能接地线管控系统提供临时接地线和接地闸刀的挂接状态、挂接点和合闸状态。与防误系统的通信接口采用TCP（传输控制协议）/IP（网络之间互连的协议）通信方式，防误系统作为TCP通信客户端，根据配置的服务端IP地址及端口号进行TCP连接至服务端，接地线管理系统作为服务端，系统启动后监听某个约定的端口，接收客户端发送过来的接地线挂接或拆除状态数据，对已接收的接地线状态信息实时刷新显示，具体系统外部通信接口方法见表1。

通过数字化工艺控制技术，对叉车门架型钢的开发进行研究。选用160Ja型钢进行3 T以内的叉车门架制作，在生产过程中会产生不对称的复杂断面。高精度型钢设计人员在加工中，需要对孔型填充过满、轧制翘头等现象进行控制。同时轧件在多次轧制过程中，还会出现轧制不均匀的变形情况，这需要技术人员对轧件成品的规格尺寸进行控制。通过数字化数值模拟系统，能够完成160Ja型钢的孔型设计和轧制流程模拟，并能够对多次轧制出现的缺陷进行控制。同时利用虚拟网络环境进行数值模拟，能够在节约开发的前提下，完成不同轧制流程的试错，从而生产出符合国家标准的高精度型钢产品。

表1　系统外部通信接口方法列表

单站及集控模式下在线接地线管理系统架构如图2、图3所示，软件系统构成如图4所示。

图2　单站模式下在线接地线管理系统架构

图3　集控模式下在线接地线管理系统架构

1.3　系统建设与实施

在线式智能接地线管理系统建设与实施的要点有[13-16]：

（1）变电站主控室的电脑主机上装设接地线管理软件，主机可与五防主机共用。该软件集中显示临时接地线使用和在位情况，并且显示其装设的详细位置信息。

图4　在线接地线管理软件架构

（2）为实现该系统的实时通信功能，在高压场地、高压室等位置安装无线基站，保证无线网络需能够覆盖所有设备区域。基站采用就地取电方式。

（3）站内接地线柜内加装库位识别附件，数量与实际接地线存放数量一致；在站内地桩上安装地桩身份组件，用于采集器识别接地线装设点位置。

（4）对所有纳入管理的临时接地线上安装状态采集器，替代接地极作用。同时用于检测临时接地线在库信息和装拆信息，通过无线网络将信息反馈给主机。

2　系统核心应用成效

2.1　接地线信息实时汇报

通过接地线上加装状态采集器，与智能接地桩配合。若位于临时接地线上的状态采集器能够检测到接地线桩上的身份识别码，即视为临时接地线已经挂接在该接地线桩上；若检测不到，则视为该接地线处于未接地状态。接地线状态采集器能够通过无线网络实时地将当前接地线挂接位置汇报至防误主机，参与实时防误逻辑判断。其主要实现流程如图5所示。

2.2　接地线防误管理

图5　接地线实时汇报流程

当现场检修完毕后，运行人员根据操作任务拆除接地线，接地线状态采集器可对接地点进行检测，实时反馈接地线的拆除状态，确保指定的接地线从指定的接地点拆除。接地线管理软件上可以监控到现场的临时接地线被取走，只有防误系统接收到所有接地线已拆除信息后，方可允许电脑钥匙进行后续操作。当运行人员将临时接地线正确放回接地线存储位置时，库位识别附件检测到临时接地线后将信息实时汇报给接地线管理软件，后台就可以实时监控到现场的接地线已经正确归位，从而实现杜绝接地线错装、漏拆现象发生。其主要具体实现流程如图6所示。

2.3　接地线显示

接地线综合管理系统主要用于管理层及集控中心管理和查询接地线状态，查看方式支持网页浏览或移动端APP，随时随地可监控或查看整个管辖范围内的接地线接地闸刀的在库状态、装拆等情况，实时了解和跟踪接地线接地闸刀的操作运行情况。

图6　接地线防误挂拆闭环流程

3　技术应用

该系统已在湖北、天津、山东、浙江等地成功接入站内防误系统，并稳定运行。该系统实现了对接地线防误操作与存储统一管理，解决了接地线长期存在的管理问题，有效地提高了供电公司对接地线的管控能力和人员工作效率，减少了误操作、误调度事故的发生。现场主控室、接地线库、接地线桩的实际应用布置分别参见图7—图9。

图7　大屏幕液晶或主机布置效果

图8　接地线库位布置效果

图9　现场接地线状态采集布置效果

4　结语

接地线在线式智能管理系统，有效地将接地线的身份、位置、状态和操作步骤等信息与变电站现有微机防误系统实现无间隙连接，将接地线的装拆操作和存取并入变电站现有微机防误闭锁系统，实现了变电站倒闸操作全过程实时的防误逻辑判断和管理，为实现电力设备自动化运行、集控化管理、智能化操作提供了有力的技术保障，具备广泛推广应用价值。