一种控制保护系统二次设备的智能安全防护装置

［摘 要］对变电站二次设备进行维护检修时，运行人员需要对压板、空开等二次设备进行人工核对确认，自动化程度低，工作任务繁重。文章介绍了一种控制保护系统二次设备的智能安全防护装置，由现场硬件、智能控制、网关、后台服务器等联合组成智能安措系统，通过后台小程序一键完成智能锁布防撤防的功能，利用后台管理系统即时接收告警信息并进行告警管理和设备管理，在运行设备和施工设备之间形成一道可靠的智能防线。该装置提高了人员的工作效率，降低了保护设备的误动风险，为电力系统的安全稳定运行提供了重要保障。

［关键词］变电站；保护装置；二次设备；智能安措

［中图分类号］TM77 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）03–0094–03

1 二次设备防误操作现状

长期以来，继保班组进行保护装置的维护定检时，运行人员需要根据工作票内容，将同一保护屏内的无关设备进行隔离。常用的方法是利用黄色警示带覆盖住与工作无关的压板、空开、操作把手、端子排等。但黄色警示带隔离效果不佳，存在掉落风险，且警示带有粘性，拆除时极易残留污渍。整个过程靠运行人员纯手工操作，工程量大，容易触碰到设备连线或设备本身上，影响电气回路，造成设备损坏或误动作。特别是在无人值班站，电话下达许可方式的普及，运行人员更加难以把控现场情况。

2 二次设备智能安措系统

2.1 系统整体架构设计

如图1 所示，智能安措系统主要分为4 个模块：前端硬件、智能安措网关、系统后台、微信小程序。其中，安措网关通过TCP Socket 与后台服务器建立连接通道，用于数据交互；后台服务器提供一个API接口，用于微信小程序的账号验证及项目数据同步。而硬件的状态信息则由网关通过433 信号和Wi-Fi 信号同步给系统后台，实现对现场二次设备的监视。

2.2 硬件设计

控制保护系统二次设备的智能安全防护装置的硬件部分由屏蔽罩和智能锁两部分构成，锁固定在屏蔽罩上。材料选取透明亚克力板，在保证了材料强度的同时，也不会影响对设备的观察。根据二次设备的不同，设计了多种长度尺寸的屏蔽罩，并且屏蔽罩之间可以进行连接，保证可以适应不同的长度，最长支持2 m 的屏蔽。屏蔽罩外形依据所保护电气设备外形的结构设计，中间镂空，采用灵活挡板来保护需要保护的设备，如图2 所示。当外部触碰到屏蔽罩时，将触发智能锁3D 传感器告警。

2.2.1 屏蔽罩设计

保护测控屏内的二次设备主要分为压板、空开、端子排、操作把手等。由于压板在布局上的高度密集性，所以围蔽上通常以排为单位，将不同排的压板作为一个整体进行隔离。屏蔽罩上有一个个镂空小孔，适配有相同尺寸的可拆卸挡板，对非工作区域形成遮挡。屏蔽罩整体采用磁吸固定在智能安全防护装置上，不与二次设备接触，保证了设备和人身的安全。同时，磁吸强度经过测试，完全能承受住屏蔽罩自身重力或正常外力干扰，杜绝了屏蔽罩由于外界因素掉落的风险。

针对空开位置的不同，对柜内与柜外的空开屏蔽罩进行了区分，柜外空开本身就处于一个凹槽内，屏蔽罩可制作成平面，减少空间的消耗。而柜内空开的屏蔽罩则与压板类似。端子排是二次线路连接的区域，线路密度大，且直接裸露在外界，极易产生脱线、触电等危险，其屏蔽则是以长度作为量化，对非工作端子整体围蔽，使外界无法触碰到二次接线。操作把手是保护测控的控制机构，相对其他装置较为独立，使用单个的小型屏蔽罩就可实现隔离。

2.2.2 智能锁设计

智能锁是实现监控功能的关键装置，外壳上贴有不同的二维码进行区分，并设置了3 个小灯便于观测智能锁状态，如图3 所示，通过观察小灯的颜色和闪烁频率可识别所处的状态。指示灯状态见表1。

智能锁能实时感应屏蔽罩的状态，当屏蔽罩或挡板被人为移动时，智能锁将会震动，告警指示灯闪烁同时发出警报声，提醒现场工作人员触碰到无关设备。并且智能锁还会将告警传送给后台，告知运行人员正有人触碰运行设备，使得运行人员可以及时前往查看，避免事故的发生。

2.3 软件设计

为了实现现场布防和后台监视，将智能安措的控制软件分为以下两个部分。

（1）后台管理系统（图4），用于项目管理、设备状态管理、用户权限管理及日志管理，在后台系统可以对智能安措装置进行实时管控。

（2）可以在移动设备上进行操作，通过微信小程序扫一扫智能锁上的二维码，实现对二次设备的快速设防与撤防。项目创建时会自动生成一个版本号，此版本号会根据项目变动而更改。后台会将此版本号发布至项目相关的安措网关，由网关通过433 信号同步至前端设备上。当用户使用小程序通过蓝牙连接前端设备时，会读取设备上的版本号与小程序缓存的版本号进行比对，如果一致才允许小程序对设备进行布防/ 撤防操作。

3 装置的实际应用

3.1 应用情况

以某变电站为例，引入智能安全防护装置之前，继保室的安全措施全由人工完成，时常发生隔离措施掉落的问题，日常工作需要运行人员定期巡视监督，加重了工作任务。在智能安全防护装置试运行后，完成了现场与后台的数据关联，将所有试点的二次设备屏蔽罩状态在监视界面集中显示，现场有任一安全措施遭到破坏，后台主机同步发出告警，提醒运行人员前往查看，成功解决了以往安全措施难以监测的难题。

试运行期间，安全措施的完整率为100%，后台信号的正确率为100%，二次设备的误操作率为0。数据表明，该装置的可靠性高，稳定性良好。试验过程中成功实现了装置的预期效果，对电力系统的稳定运行和运行人员的减负起到了积极的作用。

3.2 性能分析

（1）智能锁与屏蔽罩一体化设计，结构简单，防护更为灵敏可靠，当外部触碰到屏蔽罩时，可立即触发告警。

（2）屏蔽罩有多种尺寸大小，可以满足不同的工作需求，并且屏蔽罩可以进行级联，实现全方位、最大化防护。而且屏蔽罩采用透明材质，能够清晰辨识压板名称，使用后不会遮挡其他设备，不会产生像传统标识牌阻碍工作开展的现象。

（3）智能安措系统采用人工智能及物联网技术，采用三制式网关，使报警及防护功能更快、更智能、更规范、更安全。

（4）系统操作日志在服务器进行记录存档，可作为将来事件回溯的参考依据。

4 结束语

智能安全防护装置的应用成功解决了二次设备难以统一管理的缺点，通过技术手段将现场设备状态实时回传到后台，提高了运维效率，节省了大量人力资源。同时，智能安全防护装置形成了全封闭硬质防护，不仅布防简单，而且避免了误碰或误操作，安全性得到了有效保障。擅自变更现场安措时系统也将会记录和提醒，增强了安措的可靠性。而且整个布防过程不会触碰到二次设备，杜绝了因操作失误造成设备误动的风险。在后续的研究中，可对后台界面和小程序做进一步优化，使之更加简洁明了，以便大范围的推广。

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