多维度可调式开关柜断路器应急分合闸操作台的研制

王洪一 王洪俭 黄杰 李锐锋

摘要：从变电站生产实际出发，研制了一套多维度可调式开关柜断路器应急分合闸操作台，可以远程操作开关柜断路器应急分合闸，减少开关柜抢修应急需要等待的时间，实现了稳定移动、遥控升降、准确定位、精准操作等功能。自各个电压等级变电站全面应用以来，在保证变电站安全运行的前提下，极大地提高了运维和检修人员的工作效率，提升了电力系统供电可靠性。

关键词：变电站；应急分合闸；遥控操作台

中图分类号：TM561 文献标识码：A

0 引言

目前中国经济迅猛发展，这对国家电力输送能力提出了更高要求，随着电网智能化运行模式的逐步发展，开关设备技术也得到了进一步提升，设备是否安全可靠成为研究者关注的焦点[1-3]。

高压开关柜的运行状况很大程度上决定电力系统的安全稳定运行。开关柜一旦发生故障，不仅会造成重大经济损失，而且会严重威胁到运维和检修人员的人身安全。例如，在高压开关柜断路器发生“控制回路断线”故障时，必须及时隔离故障高压开关柜，否则存在越级跳闸的风险。控制回路断线后，已无法实现远程遥控开关柜断路器的分合闸，需要就地进行分合闸操作；但目前国家电网有限公司规范中明确规定：“开关柜断路器在工作位置时，严禁就地进行分合闸操作，必须要停运相关母线才能对故障开关柜进行隔离。”目前，大多采用夜間停电的方式来隔离并处理故障，这就导致了停电时间长，影响范围大，造成的社会舆论压力也大。因此，如何在尽可能短的时间内有效隔离故障高压开关柜，是变电站生产现场急需解决的关键问题[4]。

本文针对以上现状，研制了一套可以远程遥控开关柜断路器分合闸的装置，其能够显著减少停电时间，提高电力系统运行的可靠性，保证用电安全，为实现电能质量再提升打下了坚实基础，为公司树立良好的社会形象提供技术保障。

1 现状分析

在实际工作中，监控中心报出“控制回路断线”信号，应急抢修等待流程如图1 所示。

2022 年7 月25 日20 时23 分，班组管辖范围内某220 kV 变电站#2 电容器开关柜报控制回路断线，26 日2 时8 分，运维人员完成了异常隔离、布置安措、工作许可等准备工作。小组对应急抢修预处理各流程环节进行了统计分析，发现不同环节工作时长不同，统计数据如表1 所示。分析发现异常隔离环节耗时过长，严重影响了运维和检修人员的抢修效率。如何缩短异常隔离环节时间，是提高供电可靠性、保障电网稳定运行急需解决问题。

2 制定方案

该装置的技术目标为：①操作台配备车轮，体积小可以人工自由移动；②操作台内置锂电池，无须外部供电；③操作台可以控制操作杆完成分合闸操作；④远距离视频监控与无线传输显示；⑤远距离无线控制操作台进行操作（100 m 以上）；⑥具有红外十字光标等标注辅助；⑦适合各种不同的开关柜断路器应急分合闸开关、旋转、直插等。

该装置的技术目标为实现远程遥控装置进行开关柜断路器应急分合闸操作，优点如下：①缩短了应急抢修等待时间；②避免了一部分用户及设备停电；③保障操作人员的人身安全。

3 方案实施

根据技术需求，本文将装置分解为六大模块：移动模块、电源模块、升降模块、导向模块、操作模块、控制模块。通过对相关参数及优缺点对比分析，进一步将其细化分解，最终方案如图2所示。

该系统核心按照技术构成可分为3 个部分：移动操作台、无线中继器和显示控制平台，装置结构如图3 所示。

3.1 移动操作台

移动操作台采用可移动小车配有受电机控制的操作杆，操作杆可进行上下左右前后移动，使操作杆对准开关柜断路器的应急开关，进行旋转或点击操作。同时配有无线模块和摄像头，可将操作杆与开关的视频上传给显示控制平台进行实时显示。并使用单片机对显示控制平台的控制命令进行处理与电机保护，实现不同命令下的操作杆移动操作。其中，核心控制电路是电流检测比较电路和电机驱动控制电路。

电流检测比较电路通过检测电机的驱动电流，进行电机堵转保护与电机扭矩大小控制，从而保护断路器应急开关不损坏。通过可调变阻器调节电压，限制电机的驱动电流，如图4 所示。

电机驱动控制电路由单片机和电机电流检测电路共同控制，实现操作台电机的运行，从而控制操作台升降，操作杆推进与后退、旋转等功能，如图5 所示。

3.2 无线中继器

目前变电站中各设备房间多采用防爆墙与防爆门隔开，房间之间的信号传输较差，对装置的遥控操作存在一定影响。装置通过研制无线中继器，提高了各房间之间的无线信号质量，提升了操作装置的操作效率与可靠性。无线中继器包括无线中继器盒子与天线。

无线中继器盒子内置有无线模块与锂电池，使用时天线接上，打开电源开关，自动连接发射端，并生成热点，显示操作平台连接热点，打开应用APP，就可以控制操作台。无线中继器可持续工作3 ～ 4 小时，如图6 所示。

3.3 显示控制平台

显示控制平台是在安卓版手机或平板上配有的专门设计的应用软件，其可对操作台无线传输的操作杆前端视频进行显示，工作人员可根据视频在平台上对操作台各电机进行控制，完成分合闸操作，如图7 所示。

显示控制应用界面主要分为3 个部分：视频显示部分、控制操作部分和操作选择部分。

（1）视频显示部分。实时显示操作台摄像头拍摄的画面。

（2）控制操作部分。实现操作台的平台上下左右前后运动或操作台上操作杆的左旋、右旋、前进、后退等运动。

（3）操作选择部分。用于进行操作台操作功能的选择，其共有3 种选择：平台操作、操作杆1、操作杆2。选择平台操作使操作杆对准开关（如平台操作界面）；选择操作杆1，控制上面一组操作杆旋转与点击操作（如操作杆1 界面）；选择操作杆2 控制下面一组操作杆点击操作（如操作杆2界面）。

装置现场应用图如图8 所示。

4 效果检查

（1）安全方面。为保证成果安全、可靠投入使用，将装置送至第三方专业检测机构检测认证。对各装置的各项数据进行检测，合格率为100%。该成果在多处现场实践应用中效果良好，在安全、质量、管理、成本等方面均无负面影响。

（2）经济方面。在日常开关柜断路器应急过程中，采用开关柜断路器应急分合闸操作装置，改变原有开关柜断路器紧急分合闸操作方式，缩短了停电时间，避免一部分设备及用户停电。若一年发生4 次开关柜控制回路断线，每次影响用户5 户，则可避免用户总计80 小时的停电体量，因而具有良好的生产经济效益。

（3）推广性方面。该成果研制的开关柜断路器应急分合闸操作装置可以在不同电压等级开关柜内使用，且适用于各不同厂家，易复制、推广范围广。目前，该成果已在嘉兴供电公司多个变电站开关柜上进行应用，效果良好，具有较强推广应用价值。

5 结论

本文针对运行高压开关柜紧急分合闸的需求，研制了一种遥控紧急分合闸装置。通过移动模块、电源模块、升降模块、导向模块、操作模块、控制模块的相互配合，能够在确保作业人员人身安全的前提下，开断运行中的故障断路器，避免停运母线，节约故障处理用时，缩小停电范围。同时，该装置结构简单、造价低、具备推广应用价值，且适用于不同电压等级的开关柜。成果在消除安全隐患、优化现场工作流程、有效规避工作现场安全风险，以及保障人身安全、确保电网安全运行、提高供电可靠性等方面带来的安全效益不可估量。

参考文献

[1] NETO C A D S，SCHILLING M T. Power system security taxonomy introducing two new approaches[J]. IEEE transactions on power systems，2019，35（1）：487-495.

[2] 雷敏，魏务卿，曾进辉，等. 考虑需求响应的负荷控制对供电可靠性影响分析[J]. 电力系统自动化，2018，42（10）：53-59.

[3] 屈星，李欣然. 考慮配电网结构的电力系统综合负荷建模[J]. 电力系统自动化，2020，44（12）：117-123.

[4] 徐尔康. 高压开关柜紧急抢修系统的设计与实现[D].南京：东南大学，2021.