状态监视及防误智能保护压板的设计与应用研究

冯志延，王翰龙，李 壮，林伟杰

(深圳蓄能发电有限公司，广东 深圳 518115)

0 引 言

随着人们对蓄能电站自动化技术研究不断深入，调度系统信息化、智能化在蓄能电站的应用越来越广泛。继电保护作为电站最核心部分，对信息化与智能化水平有着更高要求[1]。而保护压板作为实现继电保护的关键因素，其信息化、智能化水平相对薄弱。一方面，目前保护压板运行状态确认完全处于人工模式，自动化水平不足[2]；另一方面，二次设备压板具有在布局上高度密集性以及在功能上集成复合性等特点，这些特点极易导致巡检疏漏及操作错误。尤其当水电站实现无人值班时，保护压板误操作之后更难于发现[3]。目前一系列管理措施的出台也不能真正从根本上解决二次防误的问题，导致此类电力系统事故时有发生[4-5]。近几年的统计资料表明，人为误投退、漏投退保护压板引起的事故百分比虽然有所下降，但其绝对值仍然居高不下，并且造成的负荷损失也愈发严重[6]。因此，实现二次设备保护压板投退状态检测、防误操作是当务之急[7]。

目前，许多研究者致力于智能保护压板的研究，现有的智能保护压板设备主要通过以下两种方式实现：第一种是设计一种全新的智能保护压板设备，重新设计传感器、信号采集、信号传输方式，对于新的电厂和监控站有着明显的优势，但对于现有已投运的站却较难实施，必须停电更换[8-9]。第二种是对现有保护压板进行改进，在现有保护压板设备上加装传感器、采集器、信号传输和处理单元、报警智能压板等检测装置，实现保护压板状态的智能监控，无需改动原有保护压板及线路，方便实施[10-11]。为了避免停运一次线路设备和改动原有设备二次接线的情况，本文采用后者。

本文设计的状态监视及防误智能保护压板通过状态传感器达到了对二次设备压板投退状态实时监测的目的，搭配智能压板管理系统实现了防误操作功能，并具备查询历史操作及变位记录功能，解决了电站中二次设备的误投退、漏投退等问题。该智能保护压板有效地应用于深圳抽水蓄能电站，实现了全站压板的集中管理。

1 保护压板原理

1.1 保护压板构造

保护压板因其硬连片设计也常被称为保护连片，在变电站运维中使用率较高，当硬连片合上时表示该压板对应的功能投入，反之断开则为退出对应功能[12]。保护压板的投入与退出关系到保护功能和动作出口能否正常发挥作用。按照压板接入二次回路位置的不同，可分为保护功能压板和出口压板两类。保护功能压板主要实现主保护、距离保护、零序保护等功能的投退。该压板一般为弱电压板，接直流24 V。出口压板决定保护动作的结果，根据保护动作出口作用的对象不同，可分为跳闸出口压板和启动压板。跳闸出口压板直接作用于本开关或连跳其他开关，一般为强电压板，接直流220 V或110 V。启动压板作为其他保护开入时启用，如失灵启动压板、闭锁备自投压板等，根据接入回路不同，有强电压板也有弱电压板[13]。

2 传统保护压板的不足

继电保护系统中相关设备的安全运行对电网安全具有重要作用，在二次回路上，设计保护压板来确保继电保护系统的安全运行。例如在跳闸回路上设计保护压板，该保护压板是一个可视的断开点，便于运行人员判断继电保护装置的跳闸电路是否为可连通开关(断路器)的跳闸线圈，为检修、运行提供了极大的便利，但也使变电站的保护系统中，增加了一个不能完全闭环的断开点。因继电保护跳闸压板的特殊性，正常状态下(无跳闸命令)时，两侧不能同时带电[14]。而压板的投退由人工操作，完全靠运行人员的责任心、实际技术水平来把关。故在实际运行中，因压板投退不当，造成保护系统不能正确行为的现象时有发生。本文通过分析传统压板的原理以及变电站运行管理人员对传统压板的操作经验[15-16]，总结了传统压板存在以下缺陷：①无法评估压板的虚接状态；②无法远方实时监测压板运行的位置；③无法就地显示上位机确认的压板位置；④无法评估压板投退是否可靠正确。

3 状态监视及防误智能保护压板的设计

3.1 智能保护压板框架设计

与传统压板不同，为了能有效评估压板的虚接状态，本文设计的状态监视及防误智能保护压板使用通讯与直采结合的方式进行二次压板信息采集，其中软压板的状态主要通过与监控系统通信的方式获取，硬压板采用非电量检测技术。智能保护压板原理如图1所示，通过压板测量回路反馈压板位置，并通过压板位置指示灯将位置状态显示，从而实现对压板位置的就地监视。同时配套智能压板防误管理系统实现远方监视，当压板投入或退出时，系统更新显示压板的实时状态，弥补了传统压板无法远方实时监测压板运行位置和就地显示上位机确认的压板位置等缺陷。同时在智能防误压板管理系统增加了压板的防误逻辑判断及管理功能，系统可对压板的逻辑规则进行编辑，并以典型票的方式保存在数据库中。操作压板时预先进行模拟预演，模拟预演按照压板操作规则进行逻辑判断，从而消除了因压板误投退造成的安全事故隐患，达到了事故前的科学预防，极大提高了电网运行的安全性[17-18]。

图1 状态监视及防误智能压板基本硬件原理

3.2 智能保护压板的状态监视及防误方案设计

状态监视及防误智能保护压板包括三大模块：压板管理系统、压板状态采集器组成的通讯回路和压板状态传感器形成的压板位置测量回路，其设计原理如图2所示。

图2 状态监视及防误智能保护压板的设计原理

首先，为了实现对压板状态信息的监测，导轨式压板状态传感器基于感应附件的磁感应原理采集压板的投退状态，通过CAN总线将采集到的信号送给压板采集器。该设备采用直接加装套设在压板上的感应附件的设计，达到了不停运一次线路设备和改动原有设备二次接线的目的。为了就地显示相应压板的位置信息，智能保护压板采用了压板位置指示灯，其中，红色常亮，表示操作该压板；红色闪亮表示该压板异常，如线槽未接好，非法投或非法退；熄灭则表示该压板没有异常。

其次，压板状态采集器构成智能保护压板的通讯回路，可管理多条压板状态传感器，并自动识别压板状态传感器地址，且具有1路RS485通讯、12路LIN通讯和双杆钥匙接口。为了实现压板的远方监视，压板状态采集器搭配压板管理系统，将采集的压板状态传感器信息通过通讯方式上送至压板管理系统，达到远方监视压板状态的目的。考虑到无线通讯方式的传输信号易受安装环境干扰，且为了保证无线通讯的安全性，需采取通讯加密措施，该方案设计的通讯方式采用稳定性优良的有线通讯方式[19]。

最后，压板管理系统作为状态监视及防误智能保护压板的核心，实现压板防误操作功能，通过模拟预演压板操作，从而达到防误操作的目的。为了方便管理人员溯源历史操作，当压板状态发生变化时，系统将产生事件记录入数据库，并且管理人员能够查询压板的历史操作及变位记录。

4 状态监视及防误智能保护压板的应用

4.1 应用场所

为验证本文所设计状态监视及防误智能保护压板的有效性，将该智能压板应用于深圳抽水蓄能电站。深圳抽水蓄能电站于2018年全面投入运行，运行主要采用分层分布式计算机监控系统(CSCS)，分为现地控制层、中控层和调度层。该电站按国际先进水平进行设计、建设，力求实现变电站“无人值班”。“无人值班”的实现对深圳抽水蓄能电站的继电保护系统的自动化水平提出了较高要求，而保护压板是实现继电保护的关键因素。因此，状态监视及防误智能保护压板的启用对“无人值班”在深圳抽水蓄能电站的实施是至关重要的。

4.2 状态监视及防误智能保护压板在蓄能电站的应用

智能保护压板在不停运设备的情况下，成功安装于主厂房的28面保护屏、主厂房地下GIS室的4面保护屏以及220 kV开关站二次设备室的19面保护屏上，图3为智能保护压板220 kV开关站二次设备室的20P 220 kV母线保护屏上的现场安装情况。压板状态采集器贴装在屏面板上，利用现有变电站内的网络通信接入安全管控平台，传送压板状态信号至智能压板系统，当压板状态发生变化时产生事件并录入数据库，从而实时监视压板的状态。智能压板系统压板状态监视界面如图4所示。执行压板操作时，智能压板系统按一次主接线图设备防误操作画面、逻辑设定及各种功能菜单，检验操作顺序是否正确，若操作错误，则在显示器上显示相应警告信息并同时发出声光报警，达到了防止各种误操作的目的，同时也起到了仿真培训的作用。

图3 现场安装

图4 智能压板系统压板状态监视界面

5 结 语

本文设计的状态监视及防误智能保护压板在安装上，实现了不停运一次设备完成设备安装；在功能上，具有状态监视和防误操作功能，状态监视功能成功实现了对压板的自动化状态监视，以及实现远方就地查询压板的工作状态信息。防误操作功能通过结合计算机技术与网络通信技术的模拟预演，实现了压板正确可靠的投退，避免了人工操作出现失误后无法由微机监控实时报警而造成的重大损失。该智能压板已成功应用于深圳抽水蓄能电站，为电网的安全、经济运行提供了保障。