变电站接地线管理系统

王 斌，顾莹珊

（1.国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州，311232；2.国网浙江省电力有限公司温岭市供电公司，浙江 温岭，317500）

变电站安装的五防系统，主要通过五防钥匙和安装在现场接地桩的五防锁的配合来实现接地线的管控。但是，这个过程中无法保证接地线始终在管控之中，从而无法完全杜绝接地线事故的发生。另外，对于因工作原因由工作人员自己加装的工作接地线或个人保安线，五防系统无法管控，从而留下了安全隐患[2]。因此需要有一种接地线的管理系统，能实时监控接地线在安全工器具室内的在位情况以及现场接地线安装的状态（包括不在变电站管理范围内的工作接地线或个人保安线），从而加强变电站范围内各类接地线的安全管控，杜绝因接地线使用过程中的疏漏造成的事故的发生。

1 接地线管理需求分析

目前对于加挂接地线的控制措施，其主要工作方式为：在五防系统将须要加挂接地线的地点的操作票下载到五防钥匙上，工作人员手持五防钥匙至安装有五防锁的接地桩处，用五防钥匙开启锁，将接地线的接地端安装于接地桩后，再利用五防锁将接地线的接地端和接地桩锁好，完成接地线安装的管控，拆除接地线步骤和安装类似。目前这种方式主要存在几个问题：不是所有的接地桩都安装了五防钥匙；五防系统只是在五防钥匙和五防锁之间的配合，接地线在该系统中的管理依旧须要靠人工来完成；对于工作人员私自加挂的工作接地线或个人保安线，该五防系统无法实现有效监控。

针对所有的接地线都是要通过现场的接地桩头来接入接地网，所以要实现接地线在现场的有效管控，首先要实现对接地桩的管控。

除了要加强接地线在现场的管控，同时为了防止出现接地线缺失、超试验周期等情况造成的没有

足够的接地线可用的情况，要加强接地线在安全工器具室内的管控，从而确保变电站中具有数量充足、检验合格的接地线以备使用。

2 接地线管理系统总体设计

接地线管理系统主要有3部分组成。

接地线柜监测装置：安装于安全工器具室内，其主要负责接地线的在位监测、借还管理。

接地桩闭锁装置：安装在现场接地桩上，能识别接地线的名称。在与后台指令核对正确的情况下开放接地桩。

远程后台管理系统：负责获取接地线管理装置、接地桩识别装置传输来的数据、并实现数据的存储、可视化展示。

接地线管理系统的总体结构如图1所示。

图1 接地线管理系统结构图

3 接地线管理系统硬件设计

3.1 接地线柜监测装置

存放在安全工器具室内的接地线，根据现场的实际需求，希望知道接地线是否在其固定存放位置。对于这个需求，有的设计采用将接地线放置在安装了压控开关的底盘上，通过接地线的取放触发压控开关来获取接地线在位的信息，这种方法也有一定不足之处。

为了解决目前接地线在安全工器具室内管理存在的不足，在本文中采用在安全工器具室内安装接地线柜监测装置来实现接地线有效地管理，该接地线柜监测装置主要由3部分组成。

接地线监测通信控制器：主要负责与各个接地线柜监测控制器、远程后台之间数据通信。

接地线柜监测控制器：包括用于液晶显示器、输入键盘、门磁开关、ID读卡器，报警蜂鸣器等外设的控制以及与接地线监测通信控制器的数据传输。

2.1.5 方法学考察 分别进行精密度、稳定性、重复性试验，分别测定栀子苷、芍药苷和丹皮酚的峰面积。结果栀子苷、芍药苷和丹皮酚峰面积的RSD均小于3.0%，表明本试验仪器精密度、方法重复性均较好，供试品溶液在室温下放置24 h内基本稳定。

接地线身份标示牌：安装在接地线上，用于标识接地线的ID卡[3]。

其中每个接地线柜上相关部件的布置如图2所示。

图2 接地线柜示意图

3.1.1 接地线监测通信控制器

接地线监测通信控制器安装在各个变电站的安全工器具室内，负责各个接地线柜监测控制器与远程后台的信息传输。

考虑到安全工器具室一般空间不会很大，因此在室内可采用有线的数据传输方式。在本文中接地线监测通信控制器和各个接地线柜监测控制器采用485总线来连接。同时采用MODBUS协议来实现数据传输。

另外，接地线监测通信控制器与远程后台之间的数据传输，由于距离较远，如果采用有线通道，布线比较长且复杂。为了减少现场布线以及后期的维护，在本文中采用无线数据传输。在本系统中，由于须要采集的安全工器具室的相关数据量不大，因此考虑采用NB-IoT无线通信来实现[4]。

3.1.2接地线柜监测控制器

每个接地线柜在其柜门上安装接地线柜监测控制器。其主要解决人机信息交互、接地线数据的读取、数据通信等。在本文中采用意法半导体单片机STM32F030C6T6作为主控芯片，该接地线柜监测控制器的结构示意图如图3所示。

图3 接地线柜监测控制器结构图

3.2 接地桩闭锁装置

对于接地线在现场的安装时的管控，在本文中采用对现场的接地桩安装锁控装置来实现。

用于封闭接地桩的闭锁装置：在接地桩闭锁控制器未读取所要接入的接地线ID前，该闭锁装置一直封闭这接地桩的接地线安装处，避免接地线随意安装在接地桩头处，只有在现场获取的接地线信息和接收到后台的指令相一致的情况下才会开放。

接地桩闭锁装置控制器：其主要的功能是在识别了接地线后开放接地桩闭锁装置，以便于接地线的接地端可以安装在接地桩头上。由于变电站各个接地桩头比较分散，如果采用有线设计，其布线复杂、耗时长、造价高等缺点将凸显。为此，在本文中综合考虑整个装置的功能后，决定采用充电电池结合太阳能板来给整个装置供电，在数据通信方面采用NB-IoT来实现。其结构框图如图4所示。

图4 接地桩闭锁装置结构图

本装置采用低功耗的单片机作为主控芯片，正常情况下进入休眠状态，工作时唤醒。其主要工作原理为：运维人员根据工作的要求选择在某个接地桩处挂接某编号接地线，并将指令发送到接地桩闭锁装置。接地桩闭锁装置在收到后台指令后，并通过RFID[5]读取所须挂接的接地线的电子标签，当获取的接地线信息和后台一致时，启动电磁锁开放接地桩，此时工作人员可将接地线的接地端接入接地桩头。

4 接地线管理系统软件及后台

为了能实时掌握接地线的相关情况，所配置的后台系统须要具有以下功能。

接地线信息录入：能将接地线的相关信息如试验日期、生产厂家、长度等数据进行录入。

接地线状态显示：能直观地显示各个接地线在安全工器具柜内的在位情况以及在现场的安装情况。

接地线超期告警：当接地线超试验周期时或者设定的时间后有告警信息。当由于某些原因过期接地线依旧在安全工器具柜内，在人员取用时，会闭锁柜门并发出警告。

信息查询：提供接地线相关信息的查询。

5 结束语

为了加强变电站现场接地线的有效管控，本文在分析了传统方式存在的不足的前提下，提出了一套由安全工器具室、现场接地桩、远程后台3部分所组成的接地线管理系统。该系统通过目标识别、远程通信等技术来达到接地线在室内和现场的有效管控，大大降低了因接地线管理不到位造成事故的概率，提高了变电站运行的安全性。