变电站实体安全措施电子化替代研究

陈 明，李昉科，庞瑜人，张卫民，陈志强

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 苏州 215131）

0 引言

随着国家电网有限公司“三型两网、世界一流”发展战略的提出，变电站向着无人化驻守、少人集中运维方向发展，变电站运维工作多数都将通过远程遥控处理。目前，机器人巡视、顺控操作已代替运维人员承担部分设备巡视和倒闸操作工作，未来，视频监控和通信技术将使远方许可验收成为可能，事故处理可以借助遥控操作、机器人系统、视频系统协同完成，从而大大提高电网的智能化水平和供电可靠性［1］。

安全措施正确有效布置是保障检修工作安全的重要措施之一，包括应拉开开关、隔离开关和应合接地刀闸、应挂地线等操作类型安全措施以及应布置的遮栏、标示牌、红布幔等实体安全措施。随着顺控操作的应用，操作类型安全措施多数可以自动完成。而实体安全措施则存在诸多不便，现有围栏插杆过于笨重，搬运不便，且在沙石地面上难以立稳。围网、红布幔布置和整理麻烦，且多数陈旧脏乱，容易消极对待，导致布置不到位。在大型检修和检修高峰期，安全措施布置和拆除工作繁重，占用大量时间，安全措施可能得不到严格执行或不能及时拆除，对变电站可靠运行造成较大的安全隐患。

为解决安全措施布置的问题，很多研究提出了改良版的围网样式以及围网插杆和围栏［2-3］，保证了围栏、插杆的稳定性。文献［4-5］结合红外对射、无线控制技术提出了各种新型安全措施，能够提供越界声光报警信号，加强现场的安全管控。此外，部分公司提出提前在固定点位布置可自动放倒直立的电动插杆或提供固定点位的插杆插孔方便稳定插杆，但都需要提前在站内布置大量插杆和插孔，而且不能实现对所有可能安全措施的自动布置和拆除，可靠性低、后期维护工作大。

实体安全措施的改良研究仍然需要人员频繁前往各个站点进行安全措施布置和拆除，降低了人员劳动生产率和工作效率。为实现实体安全措施的电子化替代，文献［6］基于RFID 技术提出了一种变电站人员精确定位技术，从而提供一种完全虚拟的电子安全措施围栏，只需在远方划定人员行使路径及工作区域即可自动实现越界报警，但是需布置过量的基站以识别RFID 标签位置，目前不具备实践意义。

为了实现围栏围网、红布幔和标示牌等实体安全措施的电子化替代和远方布置拆除，提出了一种基于声光信号的变电站实体安全措施电子化替代方式，通过主控室的安全措施控制中心和布置在箱柜屏处的安全措施布置终端，在保护屏、端子箱、机构箱以及设备本体支柱上为检修人员提供明显的灯光指示信号，辅助检修人员准确辨识待检修设备和禁止合闸等相关实体安全措施，不误合来电侧隔离开关。所提基于声光信号的电子化安全措施警示和提示效果明显，可以有效保障现场检修工作的安全。同时，可以远方一键布置和拆除，从而大大降低无人值守变电站的运维工作，极大地为公司节省人力成本，提高变电站的运维管理效率。

1 变电站实体安全措施的电子化替代方案

1.1 电子化安全措施系统架构

电子化安全措施系统基于主从双层控制架构，如图1 所示。上层结构为位于主控室的远程安全措施控制中心，下层结构为分布于现场端子箱、机构箱、汇控柜以及继电保护室保护屏上的安全措施布置终端。

图1 电子化安全措施布置系统架构

安全措施控制中心可以根据变电站生产管理系统中的待执行第一种工作票、第二种工作票生成相应的安全措施内容，也可以根据需要生成特定的安全措施布置内容，并一键下发控制指令到安全措施布置终端。在工作票完工时，运维人员在安全措施控制中心直接进行一键撤销即可，无需任何围网插杆、红布幔、标示牌的放置和拆除。

位于箱柜屏处的安全措施布置终端根据收到的控制指令控制现场的声光信号，从而辅助检修人员准确辨别待检修设备，防止走错间隔误动运行设备。同时，提供警示语音和灯光信号，防止现场人员误合检修区域来电侧隔离开关，给检修人员造成安全风险。

为保障现场声光信号安全措施的布置可靠性，现场警告标志牌等实体安全措施采用语音+灯光双重保障或采用双重灯光显示的方式实现可靠替代，同时，当安全措施布置终端故障、失电、通信故障时，后台也能够及发出报警，提醒值班员及时处理。

1.2 围栏、围网的电子化替代

由于站内围网布置样式较多，采用提前布置围网插杆的模式必然需要大量的插杆，不仅影响美观，可靠性也无法保障。为此，结合现场一次设备固有的支柱，在支柱上布置双色灯光即可区分运行设备与检修设备。如针对500 kV 5023 开关B 相检修，所提电子化安全措施现场如图2 所示（相邻5023 开关A相和C 相支柱未画出，应为红色）。

为保障可靠性，站内每个设备的支柱上配置两套独立的相互交错灯圈，对应现场两套独立的安全措施布置终端，安全措施布置终端可根据间隔布置在相应的端子箱或机构箱中，取用相应的加热照明电源。

图2 围网电子化替代

在安全措施布置过程中，控制中心根据工作地点，控制待检修设备支柱灯光为绿色（如电流互感器的单个支柱、500 kV 开关的2 个支柱），相邻前后左右非检修设备支柱灯光为红色，其余支柱灯光不亮，即可明显区分待检修设备，防止误修误动运行设备。

这种替代方法充分利用了站内固有的设备支柱，结合灯光控制技术能够给检修人员提供清晰的提示，在夜晚抢修时能发挥更大效果，防止走错间隔。

1.3 保护屏的电子化替代

基于同样的理论，针对继电保护室二次设备工作的安全措施布置问题，在每个屏柜的正反面沿四周可布置两套独立的灯圈，对应现场两套独立的安全措施布置终端，安全措施布置终端可按行布置在屏柜顶端，用打印机交流电源或其他不重要负荷的交流电源为其供电。安全措施布置后，自动将工作屏柜的灯圈设置为绿色，将相邻屏柜的灯圈设置为红色，从而可以实现对红布幔和“在此工作”指示牌有效替代，针对张锦线保护屏Ⅱ的保护校验安全措施如图3 所示。

1.3 标示牌的电子化替代

为防止误合来电侧隔离开关等，保障检修作业安全，需要在开关端子箱、隔离开关机构箱、压变端子箱等处悬挂标示牌。为此，设计基于扬声器和指示灯的声光报警信号以实现标示牌的电子化替代，在现场箱柜中配置安全措施布置终端、指示灯、扬声器等模块以实现电子化告警，开关端子箱的布置如图4 所示。

图3 保护屏安全措施电子化替代

图4 端子箱安全措施布置终端

在远端安全措施控制中心的控制下，当机构箱打开、箱门节点动作时，能够发出相应警示牌的提示音以及提醒相关联的检修工作，箱内配置的指示灯也能通过红灯闪烁实现禁止操作的报警，可实现机构箱标示牌的电子化替代。同时，由于隔离开关操作电源一般位于开关端子箱内，端子箱在打开时也可以发出相应隔离开关禁止操作的提示音，同时相应隔离开关的指示灯设为红色闪烁报警模式，从而进行双重保障。

2 电子化安全措施的实践应用分析

所提电子化安全措施具有较高的可靠性和可行性，能够辅助检修人员明显区分运行设备和检修设备，不会误入带电间隔、误动运行设备、误修其他设备。相对于目前实体安全措施的改进，电子化安全措施可以远方一键布置和拆除安全措施，极大降低变电站远方集中运维模式下人员前往站内布置安全措施的工作量，提高变电站运维自动化水平和人员劳动生产率，助力三型两网的建设发展。

在可靠性方面，系统通过配置2 套独立电源和安全措施布置模块进行了双重化考量以保证声光信号的可靠性，并且通过后台报警及时反馈电子安全措施故障情况，保障电子化安全措施能够可靠替代实体安全措施功能。

在可行性方面，所提电子安全措施结构简单，仅需在一次设备支柱、保护屏外侧、现场箱柜内配置部分灯圈、指示灯和控制器，所需模块产品成熟度、可靠性高，对现有系统的影响较小，可以进行不停电改造，并且，合理的灯圈布局等不会影响站内设备美观。

在保障检修作业安全性方面，电子安全措施可靠性较高，提供的声光信号能够辅助检修人员清晰直观区分运行设备和检修设备，从而不会走错间隔，误修其他设备。

3 结语

为提高变电站集中运维效率，针对围栏围网、红布幔、标示牌等实体安全措施，提出基于声光信号的电子化安全措施替代方式，在保护屏、端子箱、机构箱以及设备本体支柱上为检修人员提供明显的灯光指示信号和语音指示信号，辅助检修人员明显区分待检修设备，防止误动运行设备、误修其他设备。通过主控室的安全措施控制中心和布置在箱柜屏处的安全措施布置终端间的双层通信架构，实现现场安全措施的一键布置和拆除，极大减少变电站安全措施布置工作量，降低不同站点间的人员流动频率，提高变电站运维管理的自动化和智能化水平。

所提电子化安全措施方式能够满足变电站运维工作的安全措施远方布置需求，但对于试验检修工作中检修人员自行设置的围栏围网安全措施尚无法替代。未来，将进一步研究基于站内精确定位技术、视频监控技术的人员管控技术，从而精确限定作业范围，管控现场人员位置，进一步提高所提电子化安全措施的可靠性和实用性，提升变电站运维自动化和智能化水平。