张妍1 孟庆光2
国网天津市电力公司城东供电分公司, 天津 300000
摘 要：随着智能变电站规划与发展, 发挥继电保护的安全防护作用, 可降低变电站运行期间故障发生率。对于满负荷或超负荷运行造成的继电保护故障, 必须发挥状态监测系统的安全防护作用。据此, 结合智能变电站发展趋势, 本文分析了继电保护设备状态监测系统布局设计及应用方法。
关键词：智能变电站; 继电保护; 状态监测
近年来, 随着智能变电站建设工作的不断推进, 对变电站的安全问题也提出越来越高的要求。智能变电站的安全问题主要表现在两个方面:一方面, 保证变电站周界安全, 防止盗窃或者恶意破坏电力设备对维护供电可靠性具有重要意义。在智能变电站技术中, 保证电网安全稳定运行不是单靠提高变电站的智能化就可以实现的, 它是一个系统工程, 取决于诸多因素, 变电站的安全稳定运行是与变电站接入方案是否可靠、系统网架是否合理、运行方式是否合适分不开的。
1 在线监测系统设计要点
1.1 明确目标
继电保护是变电站管理改革重点, 关系着内部变电服务水平发展, 对各类站点故障防护具有重要意义。继电保护运行面临着诸多故障风险, 导致继电保护功能难以正常发挥, 影响了设备检查结果的准确率。继电保护状态监测要考虑多方面内容, 从系统调度与维护角度实施综合改造, 帮助保护器发挥出预期的安全防御功能, 这样才能实现电能资源利用率稳步增长。继电保护设备状态控制下, 必须树立正确的保护目标, 为系统及设备操控做好相关的准备工作, 降低各类因素引起的突发性事故, 构建更为科学的数字化平台。
1.2 危害分析
按照系统故障发生率展开研究, 提出符合区域战略指导的新型方案, 帮助设备执行安全监控体系, 实现了资源规划与可持续发展。继电保护是规模化变电体系的构成部分, 为各类故障防护提供了操作平台。继电保护是故障防护不可缺少的装置, 承载着各种因素形成的外在压力。危害分析是为了更好地调控设备, 保持变电站平台运行的可持续发展, 实现了资源利用与改造建设的可调度性, 这样才能更好地执行数字化操控平台, 满足了区域规划与建设标准。
1.3 参照标准
按照国家规定的变电调度标准, 必须做好可靠性、安全性、功能性等分析工作, 调节继电保护装置应用的可持续性, 这些都是提高资源利用率的关键。参照标准是为了保证继电保护运行的稳性状态, 为电力系统规划改造提出科学的指导放心, 以免外在控制因素带来的诸多风险隐患。例如, 在机电保护调试过程中, 考虑状态检修与操作要求, 执行整个标准化的电力运行方案, 大大降低了各种设备运行的安全风险。对于高标准变电调度来说, 状态监测实现了资源化利用机制, 体现系统规划与改造的先进性。
2 智能变电站安全在线监测系统的硬件设计
2.1 周界安防监控终端的硬件设计
周界安防监控终端负责检测变电站周界的入侵信号, 并将信号上传给安全测控主机, 调动网络摄像机采集入侵动作的视频信息。为提高系统对入侵信号检测地灵敏性及可靠性, 系统采用基于激光对射技术的激光围栏, 可以自动克服落叶、鸟类等因素对其造成的干扰, 防止误报警。周界安防监控终端结构主要包括MCU、电源模块、Zig Bee无线模块、激光围栏、声光报警模块等部分。MCU采用PQFP封装的STC89C51RC, 是一款体型小巧, 功耗较低的单片机。Zig Bee无线模块采用某公司的XBee Pro模块, 内置Zig Bee协议栈, 即插即用, 组网灵活, 配置简单, 体积小巧, 支持AT和API两种命令方式。本系统采用网状拓扑结构, Zig Bee模块配置为终端节点或路由节点, 具体方式要根据距离安全测控主机端的协调器节点的长短而定。
2.2 温度在线监测终端的硬件设计
温度在线监测终端负责采集运行设备的实时温度信息, 由温度采集器和若干温度传感器组成。温度采集器结构由MCU、电源模块、存储器模块、声光报警模块、Zig Bee无线模块、射频发送模块、射频接收模块及调制解调模块等部分组成。为降低系统功耗, 提高性能, 从硬件芯片选型到电路设计及软件实现上都侧重于低功耗的设计实现。
Zig Bee无线模块同样采用某公司的XBee Pro模块, 并根据距离安全测控主机的长短配置为终端节点或路由节点的工作方式, 负责将采集到的温度信息、温度越限告警及传感器故障告警等数据发送给安全测控主机。温度传感器节点基于声表面波测温技术, 在压电基片上采用微电子工艺制作而成, 通过射频信号与温度采集器进行信息交换。接收到的射频信号通过输入叉指换能器转化为声信号, 在压电晶体表面进行传播, 输出叉指换能器将从反射柵发射过来的携带温度信息的机械波 (声表面波) 转换为电信号, 以射频信号发给采集器。由于声表面波温度传感器无源无线的特点, 克服了其他无线测温方式中存在的传感器电池供电不可靠, 测温点绝缘性差、更换电池困难等弊端。需要强调的是, 由于温度在线监测终端分布在变电站的多个关键测温处, 如高压开关柜母排, 电缆接头等复杂环境中, 存在遮挡、干扰等影响因素, 且采用无线的方式进行传输, 天线的质量及位置对测温系统的可靠性起着关键作用。所以, 该系统将温度传感器节点的失灵故障作为监控的一项重要参数, 当出现某个温度传感器节点测温异常时, 温度采集器会向安全测控主机发出告警信号, 以便及时通知运维人员检查并调整接收天线位置及角度。
2.3 安全测控主机的硬件设计
安全测控主机处于变电站间隔层, 主要负责对各个周界安防监控终端和温度在线监测终端上传的Zig Bee数据帧进行解析、预处理后, 进行IEC 61850信息重组并转发至站控层管理中心;在收到周界安防现场控制器上发的入侵信号后, 调动网络摄像机进行视频信息采集, 以便日后回调、取证;对收到站控层下发的符合IEC 61850规范的命令进行解析, 打包成Zig Bee数据帧向下分发;维护IEC 61850协议栈及Zig Bee无线通信网络等。安全测控主机的结构主要由MCU、电源模块、Zig Bee无线模块、GSM模块、内存模块及存储器模块等组成。MCU采用某公司的Sitare系列ARM处理器AM3354, 是一款高性能的Cortex-A8架构工业级处理器。电源管理模块采用与之匹配设计的电源管理芯片TPS65217, 两个互相匹配设计的芯片协同作用可以使系统以更高的性能和更低的功耗运行。Zig Bee模块1为协调器节点, 负责周界安防子系统的无线网络的组建与维护。Zig Bee模块2同样是协调器节点, 负责温度在线监测子系统的无线网络组建及维护。Zig Bee模块采用XBee Pro Digi Mesh 900M RF模块, 提供设备间数据的可靠传输。GSM模块采用某公司生产的SIM300型GSM/GPRS双频模块, 负责将告警信息发送给运行维护人员, USB接口连接USB鼠标等外设, NET接口和网络摄像机的NET接口经光纤-以太网转换接口连接到站内现有光纤网络交换机上。
3 在线监测系统常规管理方法
3.1 运行管理
继电保护器运行期间是极为复杂的, 整个过程要按照区域控制与改造进行调整, 才能满足不同阶段系统运行的安全要求。对于状态监测中发现的问题, 运行阶段要做好综合调度与控制, 这些都是维持继电保护系统安全的关键。此外, 运行管理方案中, 及时安排数字化设备实施控制, 避免传统结构改造引起的综合隐患, 这些都是提高状态监测与数字化效率的有利方式。
3.2 维修管理
后期维修也是状态监测中不可缺少的, 为变电设备提供了更为稳定有序的控制环境, 帮助用户构建更为高效的供电服务平台。状态监测过程中, 需考虑系统运行与控制的综合要求, 提出切实可行的自动化操作平台, 降低状态监测阶段面临的安全隐患。做好安全保障对信息系统维护具有价值意义, 按照信息系统维护与检测机制进行调整, 从而实现了设备维修与管理的综合改造, 均是安全保障中不可缺少的措施。
4 结语
继电保护设备状态监测是为了及时、准确的掌握设备运行状态, 保证设备的安全、可靠和经济运行。在线监测通过专业检定可掌握系统运行状态, 为继电保护设备提供安全运行环境。因此, 要重点考虑继电保护运行与变电设备的协调性，同时对在线监测系统反馈的故障信号,减小故障对系统运行带来的安全隐患, 全面构建智能化变电调度平台。
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