雷　強，楊忠亮，王媛媛，黃建林

（1.中國南方電網(wǎng)深圳供電局有限公司，廣東　深圳　518001；2.長園共創(chuàng)電力安全技術(shù)公司，廣東　珠?！?19000）

0　引言

接地線是保證現(xiàn)場作業(yè)人員人身安全的安保線，裝拆接地線操作存在較大危險性，若出現(xiàn)遺漏或錯誤，可能對電網(wǎng)設(shè)備及人身安全造成嚴重危害。在停電檢修作業(yè)過程中，使用的臨時接地線有時數(shù)量較多，且所裝接地點分散，極不便于管理，高強度工作很容易使操作人員在拆除接地線時發(fā)生漏拆的情況，導致發(fā)生帶接地線合斷路器、隔離開關(guān)等惡性誤操作事故。據(jù)統(tǒng)計，60%以上的電氣誤操作與漏拆、誤裝臨時接地線有關(guān)[1-3]。

現(xiàn)有微機防誤閉鎖系統(tǒng)，通常沒有對接地線存儲與操作進行有效管理。接地線裝拆操作時，微機防誤系統(tǒng)無法實時上傳接地線選擇是否正確、接地是否可靠和接地位置是否正確等信息，給接地線操作帶來諸多安全隱患。

在線式智能接地線管理系統(tǒng)的應用，可實現(xiàn)對集控中心及各子站接地線（常用接地線、備用接地線）統(tǒng)一編號，統(tǒng)一管理，準確記錄接地線的屬性；與微機防誤閉鎖系統(tǒng)結(jié)合，按票取用，確保取用正確的接地線；對外來的接地線實現(xiàn)登記注冊、進行有效管理。此外，對于集控站，可通過站間的局域網(wǎng)實現(xiàn)對所有接地線的在位狀態(tài)、使用情況跟蹤管理[4-5]?？筛淖兡壳白冸娬窘拥鼐€儲存及操作過程中過分依賴于制度防誤的現(xiàn)狀，減少變電站因人為疏忽而造成的惡性事故，有效實現(xiàn)對接地線的“全程閉環(huán)”控制?？山档透髯冸娬具\行、檢修和維護作業(yè)的綜合成本，切實有效提高各變電站現(xiàn)代化管理水平[6-7]。

1　關(guān)鍵技術(shù)及原理

1.1　Zigbee通信技術(shù)應用

選用合適的通信方式，實時采集接地線的裝拆狀態(tài)及在庫情況，實現(xiàn)接地線信息數(shù)據(jù)的交互共享，是系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。當前變電站通信網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用的如RS232與RS485串行傳輸以及CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線等工業(yè)總線都采用有線通信方式[8]。有線通信在解決數(shù)據(jù)傳輸問題的同時，也帶來了新線路擴建敷設(shè)的困難。

Zigbee（短距離微功率無線通信）技術(shù)是一種支持自組網(wǎng)、多點中繼，可實現(xiàn)網(wǎng)狀拓撲的復雜組網(wǎng)協(xié)議，組網(wǎng)拓撲見圖1。相比于WiFi、藍牙、433M/315M等無線通信方式，有著更加安全、可靠，低成本、低功耗、環(huán)境適應能力強等諸多優(yōu)勢[9]，使整個管理系統(tǒng)的設(shè)計更加靈活、簡潔，且無需額外鋪設(shè)通信電纜線，可減少工作量和人力成本。Zigbee技術(shù)非常適合在線接地線管理系統(tǒng)使用，并方便拓展合并到現(xiàn)有的微機防誤系統(tǒng)。

無線網(wǎng)絡(luò)通過ZigBee技術(shù)來接收接地線狀態(tài)信息的主要優(yōu)點[10-11]：

（1）提高了系統(tǒng)的安全性。MAC（媒體訪問控制）層的加密方法不僅是選用AES（高級加密標準）的算法，且基于該算法形成一系列的安全機制，以確保MAC層幀的安全性、統(tǒng)一性和有效性。安全性雖在MAC層直接進行處理，然而網(wǎng)絡(luò)層作為上一層仍然控制著整個過程的安全性，例如生成的密鑰和安全的級別。

圖1　Zigbee通信組網(wǎng)拓撲

（2）增強了系統(tǒng)的可靠性。主從工作模式下的“需求時喚醒”，有效削弱終端節(jié)點的功耗，降低碰撞機會，以保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性。

（3）降低了研制及安裝費用。信息通信較慢、通信標準簡潔，從而能夠減少成本，專利費還可以不用繳納；它工作頻段靈活：使用頻段為2.4 GHz，868 MHz及915 MHz，均為免執(zhí)照頻段。研制及安裝費用隨著無線傳感器通信系統(tǒng)的搭建得以減少。

（4）系統(tǒng)后續(xù)維護簡單方便。變電站防誤操作主機監(jiān)控終端設(shè)備在自動路由、動態(tài)組網(wǎng)以及直序擴頻的運行模式下，不僅能夠保證無線信息的有效通信，還能夠快速地升級變電站系統(tǒng)布局。

1.2　系統(tǒng)原理架構(gòu)

系統(tǒng)由后臺管理軟件、無線基站、接地線狀態(tài)采集器、地樁身份組件和庫位識別附件等組成。接地線在庫或離庫時，通過接地線狀態(tài)采集器與庫位識別附件接觸和讀碼，自動將接地線狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)上送后臺管理系統(tǒng)；現(xiàn)場裝拆接地線時，通過接地線狀態(tài)采集器與地樁身份組件接觸和讀碼，自動將裝拆狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)上送后臺顯示[12]。

接地線管理系統(tǒng)可單獨運行，同時也支持接入站內(nèi)現(xiàn)有的微機防誤系統(tǒng)，為實現(xiàn)無縫接入，需要升級原有的防誤系統(tǒng)，為智能接地線管控系統(tǒng)提供臨時接地線和接地閘刀的掛接狀態(tài)、掛接點和合閘狀態(tài)。與防誤系統(tǒng)的通信接口采用TCP（傳輸控制協(xié)議）/IP（網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議）通信方式，防誤系統(tǒng)作為TCP通信客戶端，根據(jù)配置的服務端IP地址及端口號進行TCP連接至服務端，接地線管理系統(tǒng)作為服務端，系統(tǒng)啟動后監(jiān)聽某個約定的端口，接收客戶端發(fā)送過來的接地線掛接或拆除狀態(tài)數(shù)據(jù)，對已接收的接地線狀態(tài)信息實時刷新顯示，具體系統(tǒng)外部通信接口方法見表1。

通過數(shù)字化工藝控制技術(shù)，對叉車門架型鋼的開發(fā)進行研究。選用160Ja型鋼進行3 T以內(nèi)的叉車門架制作，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生不對稱的復雜斷面。高精度型鋼設(shè)計人員在加工中，需要對孔型填充過滿、軋制翹頭等現(xiàn)象進行控制。同時軋件在多次軋制過程中，還會出現(xiàn)軋制不均勻的變形情況，這需要技術(shù)人員對軋件成品的規(guī)格尺寸進行控制。通過數(shù)字化數(shù)值模擬系統(tǒng)，能夠完成160Ja型鋼的孔型設(shè)計和軋制流程模擬，并能夠?qū)Χ啻诬堉瞥霈F(xiàn)的缺陷進行控制。同時利用虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行數(shù)值模擬，能夠在節(jié)約開發(fā)的前提下，完成不同軋制流程的試錯，從而生產(chǎn)出符合國家標準的高精度型鋼產(chǎn)品。

表1　系統(tǒng)外部通信接口方法列表

單站及集控模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2、圖3所示，軟件系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

圖2　單站模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖3　集控模式下在線接地線管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.3　系統(tǒng)建設(shè)與實施

在線式智能接地線管理系統(tǒng)建設(shè)與實施的要點有[13-16]：

（1）變電站主控室的電腦主機上裝設(shè)接地線管理軟件，主機可與五防主機共用。該軟件集中顯示臨時接地線使用和在位情況，并且顯示其裝設(shè)的詳細位置信息。

圖4　在線接地線管理軟件架構(gòu)

（2）為實現(xiàn)該系統(tǒng)的實時通信功能，在高壓場地、高壓室等位置安裝無線基站，保證無線網(wǎng)絡(luò)需能夠覆蓋所有設(shè)備區(qū)域?；静捎镁偷厝‰姺绞健?/p>

（3）站內(nèi)接地線柜內(nèi)加裝庫位識別附件，數(shù)量與實際接地線存放數(shù)量一致；在站內(nèi)地樁上安裝地樁身份組件，用于采集器識別接地線裝設(shè)點位置。

（4）對所有納入管理的臨時接地線上安裝狀態(tài)采集器，替代接地極作用。同時用于檢測臨時接地線在庫信息和裝拆信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息反饋給主機。

2　系統(tǒng)核心應用成效

2.1　接地線信息實時匯報

通過接地線上加裝狀態(tài)采集器，與智能接地樁配合。若位于臨時接地線上的狀態(tài)采集器能夠檢測到接地線樁上的身份識別碼，即視為臨時接地線已經(jīng)掛接在該接地線樁上；若檢測不到，則視為該接地線處于未接地狀態(tài)。接地線狀態(tài)采集器能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)實時地將當前接地線掛接位置匯報至防誤主機，參與實時防誤邏輯判斷。其主要實現(xiàn)流程如圖5所示。

2.2　接地線防誤管理

圖5　接地線實時匯報流程

當現(xiàn)場檢修完畢后，運行人員根據(jù)操作任務拆除接地線，接地線狀態(tài)采集器可對接地點進行檢測，實時反饋接地線的拆除狀態(tài)，確保指定的接地線從指定的接地點拆除。接地線管理軟件上可以監(jiān)控到現(xiàn)場的臨時接地線被取走，只有防誤系統(tǒng)接收到所有接地線已拆除信息后，方可允許電腦鑰匙進行后續(xù)操作。當運行人員將臨時接地線正確放回接地線存儲位置時，庫位識別附件檢測到臨時接地線后將信息實時匯報給接地線管理軟件，后臺就可以實時監(jiān)控到現(xiàn)場的接地線已經(jīng)正確歸位，從而實現(xiàn)杜絕接地線錯裝、漏拆現(xiàn)象發(fā)生。其主要具體實現(xiàn)流程如圖6所示。

2.3　接地線顯示

接地線綜合管理系統(tǒng)主要用于管理層及集控中心管理和查詢接地線狀態(tài)，查看方式支持網(wǎng)頁瀏覽或移動端APP，隨時隨地可監(jiān)控或查看整個管轄范圍內(nèi)的接地線接地閘刀的在庫狀態(tài)、裝拆等情況，實時了解和跟蹤接地線接地閘刀的操作運行情況。

圖6　接地線防誤掛拆閉環(huán)流程

3　技術(shù)應用

該系統(tǒng)已在湖北、天津、山東、浙江等地成功接入站內(nèi)防誤系統(tǒng)，并穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對接地線防誤操作與存儲統(tǒng)一管理，解決了接地線長期存在的管理問題，有效地提高了供電公司對接地線的管控能力和人員工作效率，減少了誤操作、誤調(diào)度事故的發(fā)生?，F(xiàn)場主控室、接地線庫、接地線樁的實際應用布置分別參見圖7—圖9。

圖7　大屏幕液晶或主機布置效果

圖8　接地線庫位布置效果

圖9　現(xiàn)場接地線狀態(tài)采集布置效果

4　結(jié)語

接地線在線式智能管理系統(tǒng)，有效地將接地線的身份、位置、狀態(tài)和操作步驟等信息與變電站現(xiàn)有微機防誤系統(tǒng)實現(xiàn)無間隙連接，將接地線的裝拆操作和存取并入變電站現(xiàn)有微機防誤閉鎖系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電站倒閘操作全過程實時的防誤邏輯判斷和管理，為實現(xiàn)電力設(shè)備自動化運行、集控化管理、智能化操作提供了有力的技術(shù)保障，具備廣泛推廣應用價值。