一种基于无线控制方式的断路器紧急分闸装置

洪国鹏，张毅勇，洪文斌，龚文剑，钟少斌

一种基于无线控制方式的断路器紧急分闸装置

洪国鹏，张毅勇，洪文斌，龚文剑，钟少斌

（国网福建省电力有限公司漳州供电公司，福建 漳州 363000）

鉴于目前电网工作人员都是通过手动的方式实现开关柜中断路器各种开关的操作，导致操作效率低或易造成误操作，存在耗费人力、物力的情况，提出一种基于无线控制方式的断路器紧急分闸装置。该装置通过远距离的无线操作，实现装置的自动操作，有效降低因断路器无法分闸故障而产生的经济成本，同时，通过人机操作界面实现多种操作功能，能降低现场的安全风险，提高智能电网的操作水平。

无线控制；断路器；分闸装置；电网

目前，在电网系统中无论是在变电站还是在输变电网中，电网设备中都设置了多个开关，用于调节输电线路中的电压大小，高压开关柜是电网中常见的一种装置，在电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等中起着作用。而高压断路器作为重要的组成部分，能用于分配电能，通过不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护。当发生严重过载或短路及欠压故障时，断路器能自动切断电路，而且在分段故障电流后一般不需要变更零部件，因此，在电力系统中得到了广泛应用。

1 研发思路

目前断路器的操作需要涉及倒闸操作，而操作人员在倒闸时由于存在一定的安全隐患，因此均要两人或多人进行发令及监护操作，不但耗费人力、物力，同时安全隐患无法有效消除。

项目组调研了漳州地区变电站，通过多番研究最终根据以下5点内容进行项目的研发：PLC无线控制系统的实现、装置记忆功能的实现、断路器旋转器转接头的设计、产品结构的稳定性及合理性、人机操作界面的实现。

2 研制要求

本项目的研究方向聚焦于一种基于无线控制方式的断路器紧急分闸装置的开发，研制时需要达到以下技术指标：①提出了利用PLC实现无线控制紧急分闸的方案并设计了控制策略。整体上缩短了主变试验的时间，提高了工作效率，进一步提高了供电可靠性，保障了电网的安全、稳定运行。②完成了装置电气系统硬件的设计。主要包括PLC选型及扩展模块的确定、伺服电机的选型设计、人机操作LED控制面板的选型及界面设计、电气原理图及总控电路板的设计、装置的外观及结构的设计等。③完成了自动调档装置软件流程的设计及软件的编制。主要包括无线控制PLC系统的算法的设计、程序的结构流程设计、人机操作界面程序的设计、系统的运行主程序的设计及程序编制。

3 具体实施

3.1 实施方案

本项目利用了现代先进的自动控制技术及计算机控制技术，对电力部门的断路器进行紧急分闸装置研制。该装置可实现无线遥控分闸功能，简单易用，能够提高电网设备使用的效率和安全性，具有良好的经济效益及推广前景。

项目实施中主要完成了以下技术工作：①采用PLC控制器、人机交互部件以及伺服电机组成的控制装置，从而可以利用软件编程实现控制策略的调整，接收用户参数设置后对断路器进行控制；②设置无线遥控控制断路器分闸的操作，使操作精确，安全便利，提高了操作的便利性，同时，能够记忆上一次的操作，从而在有相同需求时，只需启动按钮，就可实现相同功能的旋钮操作；③人机交互界面的可视化操作，用户通过该界面能够根据不同的需求设置不同的参数；④装置有能够脱机3 h供电的电池组，该电池组为可充电电池组。

3.2 技术参数

3.2.1 PLC选择及接线设计

PLC为可编程的控制器，是一种采用计算机技术的控制器件，能够运行软件程序，完成与继电器组成硬件逻辑控制相同的控制功能。由于其具有控制灵活、工作可靠、可实现远程控制等优点，在现代工业控制系统中得到广泛的应用。随着电子技术及计算机技术的发展，PLC产品在结构、功能、使用性能等各方面不断被改进和提高。目前，PLC种类很多，配套产品也较为成熟。

PLC厂商按照国别可以分为日系和欧美系，主要包括三菱、西门子、欧姆龙、松下、安川等。其中，欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置。由于本项目中的装置是一种小型的控制系统，所以，采用小型的PLC即可满足要求。

3.2.2 伺服电机

选用的伺服电机可以是步进电机，PLC控制器将人机交互界面用户的输入参数，通过人机交互部件中的处理器将参数输出至PLC控制器中，PLC控制器对数据处理后输出控制信号，实现自动分闸操作。伺服电机各种参数均可以通过控制器进行控制。

3.2.3 触摸式操作面板

为了提升操作体验及设备的便携性，本装置的操作面板拟采用松下公司的智能触摸屏，型号为GT02。该触摸屏具有体积小、便于识别、操作简单等特点。采用了3.8寸LED面板，与传统产品相比，显示区域约加宽了20%。分辨率为240×96点、解像度约为传统产品的2.8倍。同时采用高对比度的黑色液晶，采用LED背光灯，无需维护。可以对背光灯进行ON/OFF控制，比较节能。具有图表显示功能，进一步提高了识别性。具有标准RS232接口，可以连接多台PLC，同时也可以与无线发射单元通信。可利用安全功能，保护主机数据，并管理操作权限。可利用显示语言切换功能，简单制作多国语言画面。同时具有miniUSB通信口。

该操作面板可以直接利用Terminal GTWIN 软件制作画面，该软件运行在Windows操作系统中，可直接在电脑上工作。该软件具有友好的工作界面，支持9种菜单语言，具有部件库，可拖动使用部件。利用该软件，可简单地制作画面，不必要进行复杂的编程，大大减少了触摸屏显示的编程工作量。

此外，该触摸屏与可以与松下公司的PLC完美通信，兼容性非常好，可以很好地满足项目的需要。

3.2.4 电气原理及电路设计

根据系统的工作原理分析，系统由供电3 h伺服电源组、电路开关、系统电源电路器、PLC信号处理器及人机交互部件、伺服电机和紧急分闸部件组成。

根据系统的原理及选定的硬件型号，系统的工作过程为：供电伺服电源能够为装置提供脱机工作的续航，电路开关控制电源组的开启和关闭。电源电路器将伺服地电源组的电源调整为系统需要的24 V供电电压，电源电路器为装置中的部件提供供电电源，装置系统中的控制器为PLC信号处理器，信号处理器对装置中的用户输入信号进行处理，并根据处理的信号输出控制信号，人机交互部件接收用户输入的参数，并对参数进行处理，同时该部件能够显示装置中的设置信号及设置信息，并保存当前设置的设置参数。设置参数通过交互部件中的PLC处理器处理后输出至PLC信号处理器，信号处理器的输出实现了紧急分闸操作。

3.2.5 人机操作界面设计

本项目采用了全触摸式操作面板，操作界面的菜单分为多个级别。

4 技术关键及创新

本项目研发的成果设计技术关键技术包括：①采用PLC控制器、人机交互部件以及伺服电机组成的控制装置，从而可以利用软件编程实现控制策略的调整，接收用户参数设置后对电机进行控制；②设置实现无线控制分闸操作，使操作精确，安全便利，提高了操作的便利性，同时，能够记忆上一次操作，从而在有相同需求时，只需启动按钮，就可实现相同功能的旋钮操作；③人机交互界面的可视化操作方面，用户能够根据不同的需求设置不同的参数；④装置有能够脱机3 h供电的电池组，该电池组为可充电电池组。而项目的创新点在于：①利用PLC控制器及电机实现无线控制方式，PLC具有控制灵活、工作可靠的优点；②采用LED全触摸屏人机操作界面，可以根据断路器型号设置参数，实现分闸操作。

5 产品效果及前景

5.1 经济效益高

本装置的应用有效节省了因断路器无法分闸故障的 出工成本，缩短了因转负荷导致的设备停电时间（缩短80%），减少了负荷及电量损失，保证了系统供电的可靠性和安全性。

5.2 社会效益好

无线控制方式消除了因人为操作埋下的安全隐患，提高了配网供电可靠性，保证了操作人员的人身安全，同时解放了人手，提升了经济效益。

5.3 推广性强

本项目成果的应用，提高了管理效率，规范了操作流程，研发的产品可广泛应用于各种电气设备中。

6 结束语

本项目研发了一种基于无线控制方式的断路器紧急分闸装置，该装置通过远距离的无线操作，实现装置自动操作，有效减少了因断路器分闸故障造成的损失，同时通过人机操作界面实现多种操作功能，能降低现场的安全风险，提高智能电网的操作水平。该项目虽然取得了很大的进展，存在明显的优势，但在技术方面仍然存在一些有待完善的地方。例如，人机操作界面存在菜单画面过多、参数过多等缺点，电机控制的精确性仍需要进一步提高。这些问题将在后续研究中逐步得到解决。

［1］卡普塔诺维克.高压断路器理论、设计与试验方法［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［2］张全元.电气设备及运行维护系列高压断路器分册［M］.北京：中国电力出版社，2016.

［3］特伦斯·布莱文思.无线控制基础：过程工业的连续和离散控制［M］.北京：清华大学出版社，2018.

TM561

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.032

2095－6835（2020）01－0090－02

〔编辑：张思楠〕