基于姿态传感系统的智能变电站一键顺控技术研究与应用

徐康 李浩泽

摘要：目前变电站电气设备的倒闸操作复杂，传统倒闸操作模式已无法满足电网发展需求。智能变电站一键顺控技术的应用，既能有效解决智能变电站传统操作方式中存在的问题与不足，又可以自动核对站内当前运行设备的实际状态，大大提高了电气设备运行的有效性和准确性。本文介绍了一键顺控系统的基本架构、姿态感知系统的核心技术，并通过实际案例，阐述了基于姿态感知系统的一键顺控技术具体应用案例。

关键词：一键顺控;双确认;姿态传感器;接收装置

引言：近十年来，电网建设经历了高速发展，一线生产任务日益繁重，传统倒闸操作需要依靠人工完成，操作风险大，导致操作票填写错误或走错间隔而引起误操作。一种基于姿态传感系统的变电站一键顺控技术彻底解决了此问题，真正实现了倒闸操作由传统的人工操作向计算机远程操作的重大转变，有效减少了运维人员的工作强度，提高了变电站倒闸操作工作效率。

1一键顺控系统架构

一键顺控是智能变电站倒闸操作的一种操作模式，具有操作项目软件预制、操作任务模块式搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行功能[1]。

在变电站部署监控主机、独立智能防误主机和Ⅰ区数据通信网关机，独立智能防误主机与监控系统内置防误逻辑实现双套防误校核，Ⅰ区数据通信网关机为调控机构远方一键顺控提供通道。监控主机负责站内数据的采集、处理，应具备站内设备的一键顺控、防误闭锁、运行监视、操作与控制等功能，通过站控层网络采集变电站实时数据，下发控制信息。监控主机与Ⅰ区数据通信网关机通信，传输一键顺控数据。Ⅰ区数据通信网关机具备数据采集、处理、远传等基本功能，还具备单点遥控和一键顺控指令转发、执行结果上送等功能。

2姿态感知系统

姿态传感系统由姿态传感器和接收装置组成，通过姿态传感器监测传感器本体所处部件的位置角度情况，运用一定的解算算法，计算出隔离开关本体的旋转角度和变化情况，从而判断隔离开关分合位置状态，输出判别结论至上层网络，辅助完成一键顺控操作。姿态传感系统在隔离开关动作时应准确判别分合闸状态，并给出分闸到位、合闸到位、分闸异常或合闸异常之一的遥信信号。

2.1隔离开关“双确认”技术

设备操作后的位置检查应以设备各相实际位置为准，无法看到实际位置时，应采用间接方法，且至少有两个非同样原理或非同源的指示同时发生对应变化、所有已确定指示均同时发生对应变化才能判定分合闸是否到位[2]。本文通过加装姿态传感器，实现对隔离开关设备分合闸位置监测，与传统辅助开关接点实现隔离开关设备分合闸位置判断的方式形成非同源的分合闸位置指示，构成隔离开关分合闸位置的“双确认”判据，采用有线通讯方式将隔离开关位置检测信息传输至接收装置，为实现变电站隔离开关“一键顺控”操作提供安全保障。

2.2姿态传感器

姿态传感系统采用陀螺仪原理，从三个方位轴解算出隔离开關转动的实时姿态角度，三个方位轴测出来的角度分别为俯仰角（Pitch）、航向角（Yaw）和翻滚角（Roll）[3]。姿态传感器在隔离开关上安装后应进行标定，标定分闸到位为0°，操作隔离开关n次（n≥3），测量分闸到位与合闸到位之间的角度值θi，求平均取得分合闸之间角度值，称为额定值θ，θ=1/nΣθi，设置分闸到位判别阈值α，合闸到位判别阈值β，标定后，姿态传感器应进入正常工作状态。

2.3接收装置

接收装置是基于姿态传感器的隔离开关状态监测系统的中转站，用于采集姿态传感器的检测数据，进行初步的分析判断后将相关数据按照约定的通讯规约上传至上层网络系统，其主要功能是数据转发。本文选择了平高电气SM-916型姿态传感器信号接收装置，每个接收装置最多可接入12台姿态传感器，该套装置可将每相刀闸输出分合状态信号、刀闸机构角度和机构分合时间通过光缆以IEC61850通信方式上传至站控层交换机。接收装置装置输出20个硬接点，具有硬接点输出及网络接口输出能力。

3.1000kV横山开关站应用实例

1000kV横山开关站于2017年投入运行，1000kV部分采用一个半接线方式，目前建设规模为2个完整串和一个半串，共8台断路器，四条出线。

姿态传感器接收装置将数据进行信号处理后通过光缆送至1000kV 1号继电器室新安装的光交换机，光交换机通过网线接至站控层交换机，将隔离刀闸分合数据送至站控层网络，顺控主机从站控层网络接入相关信号进行位置双确认。第二串T0211、T0212、T0221、T0222、T0231、T0232刀闸采用在刀闸机构箱内加装姿态传感器的方式获取刀闸位置的“第二判据”。6相隔离开关机构，每相机构内配置一只姿态传感器，共6只姿态传感器。同时配置一台姿态传感器接收装置，此装置安装于就地智能控制柜内，落地安装于电缆沟。本体机构箱至就地汇控柜电缆敷设，GIS就地控制柜至后台光缆敷设。通过一键顺控操作，由一键顺控主机按顺序自动完成设备的控制操作，一次性完成多项变电站设备操作任务，实现1000kV各间隔“运行、热备用、冷备用”三种状态间的转换操作以及1000kV母线电压互感器二次空开的顺控操作。

4.结论

一键顺控技术在国网系统首次实现交流特高压一键顺控送电操作，隔离开关“双确认”应用了姿态传感器模式，提高了人身安全性和倒闸操作正确性，同时，相较于传统倒闸操作节省了50%的时间，极大地提高了操作效率。

参考文献：

[1]刘慧，黄凯，王宇飞.变电站一键顺控改造技术的试点研究[J].河南科技，2020（14）：122-124.

[2]《Q/GDW1799.1-2013国家电网公司电力电力安全工作规程变电部分》.

[3]田成凤.智能变电站相关技术研究及应用[D].天津：天津大学，2010.