一種主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置的設(shè)計(jì)

唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局廣東佛山528000）

?

一種主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置的設(shè)計(jì)

唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局廣東佛山528000）

摘要：針對(duì)主變壓器直流電阻試驗(yàn)必須專(zhuān)人調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種主變有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置，能使節(jié)省專(zhuān)門(mén)的調(diào)檔人員，提高了直流電阻試驗(yàn)的效率。運(yùn)用了圖像采集、處理和顯示技術(shù)，能準(zhǔn)實(shí)時(shí)的顯示有載分接開(kāi)關(guān)當(dāng)前的檔位，使試驗(yàn)人員能夠隨時(shí)得到檔位信息，使遙控調(diào)檔能夠準(zhǔn)確無(wú)誤。該裝置與主變二次回路沒(méi)有直接的電氣連接，不會(huì)給試驗(yàn)增加新的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：主變壓器；有載分接開(kāi)關(guān)；圖像處理；無(wú)線(xiàn)通訊；SCCB協(xié)議

變壓器的直阻試驗(yàn)是變壓器制造中半成品、成品出廠(chǎng)試驗(yàn)、安裝、交接試驗(yàn)及電力部門(mén)預(yù)防性試驗(yàn)的必測(cè)項(xiàng)目，能有效發(fā)現(xiàn)變壓器線(xiàn)圈的選材、焊接、連接部位松動(dòng)、缺股、斷線(xiàn)等制造缺陷和運(yùn)行后存在的隱患。而對(duì)裝有有載分接開(kāi)關(guān)的主變壓器進(jìn)行直阻試驗(yàn)，則需要對(duì)每個(gè)檔位下的直流電阻進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)前，在對(duì)某一個(gè)檔位完成直流電阻測(cè)試后，一般是通過(guò)人工操作有載分接開(kāi)關(guān)上的調(diào)壓按扭來(lái)調(diào)節(jié)到下一個(gè)檔位，因此需要專(zhuān)門(mén)的人員負(fù)責(zé)調(diào)檔操作，再通知儀器操作人員調(diào)檔完成、可以進(jìn)行測(cè)試［1］。

上述測(cè)試技術(shù)所需要的人力資源比較多、測(cè)試操作非常不方便，導(dǎo)致人機(jī)工作效率低，因此有必要針對(duì)現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)?；诖耍O(shè)計(jì)了一種新的調(diào)檔裝置，可以對(duì)分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行遙控調(diào)檔，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前檔位，使直阻試驗(yàn)的工作效率得到顯著提高［2］。

1　裝置的硬件設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足遙控調(diào)檔的目的，裝置須由兩部分組成，分別命名為“調(diào)檔機(jī)構(gòu)”和“控制箱”。其中調(diào)檔機(jī)構(gòu)安裝在有載分接開(kāi)關(guān)處，完成調(diào)壓命令的執(zhí)行和圖像數(shù)據(jù)的采集、處理功能?？刂葡溆稍囼?yàn)人員操作，用來(lái)發(fā)出調(diào)壓命令、接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并顯示當(dāng)前檔位圖像。兩者須通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊完成遙控調(diào)檔的目的。裝置硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。下面將從上述兩部分對(duì)裝置進(jìn)行闡述。

調(diào)檔機(jī)構(gòu)直接與有載分接開(kāi)關(guān)連接，完成主變有載分接開(kāi)關(guān)的調(diào)檔，設(shè)計(jì)具備以下功能：1）采集和預(yù)處理當(dāng)前有載分接開(kāi)關(guān)的圖像數(shù)據(jù)；2）接收調(diào)檔指令，發(fā)送圖像數(shù)據(jù)；3）存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)；4）實(shí)現(xiàn)調(diào)檔目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，以O(shè)mnjVjsjon公司的OV7670圖像傳感器模組作為圖像的采集模塊，該傳感器體積小、電壓低，具備VGA攝像頭和影像處理器的所有功能，同時(shí)還具備可夜視功能。通過(guò)SCCB協(xié)議控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數(shù)據(jù)。其VGA圖像最高為30幀/秒。所有圖像處理功能過(guò)程包括伽瑪曲線(xiàn)、白平衡、飽和度、色度以及圖像的數(shù)據(jù)格式和傳輸方式都可以通過(guò)SCCB接口編程。滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的圖像采集的需求［3］。

裝置的調(diào)檔機(jī)構(gòu)采用Xj1jnx公司的Spartan-2E系列FPGA來(lái)作為控制器，一方面，F(xiàn)PGA通過(guò)UART轉(zhuǎn)WIFI模塊接收控制箱發(fā)過(guò)來(lái)的調(diào)檔指令，經(jīng)過(guò)分析判斷出是升檔還是降檔指令，并且按照指令要求的脈沖時(shí)延，通過(guò)對(duì)應(yīng)的IO口連接到繼電器的線(xiàn)圈，繼而來(lái)控制繼電器常開(kāi)接點(diǎn)的分合動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)間；另一方面，選擇FPGA的IO接口與圖像傳感器相連，通過(guò)FPGA編程實(shí)現(xiàn)OV7670圖像傳感器需要的SCCB協(xié)議，來(lái)控制圖像數(shù)據(jù)的格式和傳輸方式，并且通過(guò)并行傳輸來(lái)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，然后對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后通過(guò)UART轉(zhuǎn)WIFI模塊再發(fā)送給控制箱；最后，F(xiàn)PGA可將接收到的圖像數(shù)據(jù)都存入FLASH中，并且可以隨時(shí)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)。

圖1　裝置硬件結(jié)構(gòu)

無(wú)線(xiàn)傳輸采用WIFI的方式，選擇一種成熟的UART轉(zhuǎn)WIFI模塊，然后通過(guò)FPGA的IO口編寫(xiě)UART傳輸協(xié)議即可完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。所選繼電器電壓為3.3 V，F(xiàn)PGA的脈沖輸出通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路（三極管共射電路）來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器的線(xiàn)圈使常開(kāi)接點(diǎn)分合。以完成有載分接開(kāi)關(guān)的調(diào)檔功能。

控制箱作為試驗(yàn)人員的操控部分，設(shè)計(jì)具備以下功能：1）顯示有載開(kāi)關(guān)當(dāng)前檔位數(shù)據(jù)/圖像；2）形成有效的調(diào)檔脈沖（滿(mǎn)足100ms延時(shí)）；3）發(fā)出調(diào)檔指令并接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)；4）圖像顯示。控制箱采用TI公司的MSP430F6系列單片機(jī)，通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)控制脈沖的頻率和占空比，再通過(guò)UART轉(zhuǎn)WIFI模塊發(fā)送。另外可通過(guò)UART轉(zhuǎn)WIFI模塊接受調(diào)檔機(jī)構(gòu)發(fā)送過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后，通過(guò)TFT液晶屏顯示出來(lái)，由于選用的TFT液晶屏本身就集成了ILI9325控制模塊，所以單片機(jī)可以直接來(lái)控制該模塊，并且發(fā)送圖像數(shù)據(jù)即可［4-6］。

2　裝置軟件設(shè)計(jì)

為了使機(jī)構(gòu)各個(gè)模塊能并行不悖，軟件部分主要是采用嵌入式設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)控制部分和FPGA控制部分，其軟件設(shè)計(jì)主要包括調(diào)檔指令的控制，圖像的采集和處理，WIFI的通訊設(shè)計(jì)以及圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等其它設(shè)計(jì)。

在裝置遙控調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員需要看到當(dāng)前的檔位圖像，以便確定機(jī)構(gòu)是否運(yùn)行正常。但是因?yàn)樗玫腗SP430F6單片機(jī)的主頻最高20 M，UART口的傳輸速度最大為460800波特率（約4.4 Mbps），而OV7670圖像采集的1 s會(huì)有30幀圖像數(shù)據(jù)，即使采用數(shù)據(jù)量少的QVGA模式，圖像每一個(gè)行同步有效，會(huì)產(chǎn)生640個(gè)像素時(shí)鐘，每一個(gè)幀同步有效，會(huì)有240個(gè)有效行同步信號(hào)。每個(gè)像素時(shí)鐘會(huì)有8 bjt數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這樣計(jì)算下來(lái)1 s就會(huì)產(chǎn)生30 M的數(shù)據(jù)量，這么大的數(shù)據(jù)量無(wú)論是傳輸還是后續(xù)處理都是難以進(jìn)行的。本裝置雖然要求對(duì)有載分接開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)控，但對(duì)于圖像的流暢性并無(wú)要求。所以本裝置采用一種準(zhǔn)實(shí)時(shí)的圖像采集和處理方式，F(xiàn)PGA只需每秒鐘接收一幀圖像數(shù)據(jù)即可，一秒鐘的采集流程如圖2所示。這樣只需處理1 M左右的數(shù)據(jù)量滿(mǎn)足后續(xù)傳輸和處理的要求。FPGA將每秒一幀的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI通訊發(fā)送給控制箱，控制箱接收到這些圖像數(shù)據(jù)后由單片機(jī)通過(guò)并口模式發(fā)送給TFT液晶屏即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖2　FPGA一秒鐘的采集流程

檔位升降指令由按鍵控制，通過(guò)接入單片機(jī)的IO口，以中斷觸發(fā)的方式來(lái)告訴單片機(jī)當(dāng)前的指令是升檔還是降檔。并且可以通過(guò)延時(shí)函數(shù)來(lái)設(shè)置脈沖觸發(fā)時(shí)間。然后將這些信息通過(guò)對(duì)應(yīng)的代碼無(wú)線(xiàn)發(fā)送給調(diào)檔機(jī)構(gòu)，由FPGA來(lái)識(shí)別后確定是升檔還是降檔，以及脈沖持續(xù)時(shí)間。然后將相應(yīng)的脈沖通過(guò)FPGA對(duì)應(yīng)的管腳發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路，再通過(guò)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)最后的調(diào)檔功能。系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

3　裝置實(shí)測(cè)效果

完成對(duì)裝置主要硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并且通過(guò)一系列的組裝。最終研制出了一款有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置。將該裝置調(diào)檔機(jī)構(gòu)的繼電器常開(kāi)接點(diǎn)與主變有載分接開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的的升降檔位繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)相并聯(lián)即可進(jìn)行遙控調(diào)檔試驗(yàn)，該裝置與主變二次回路避免了直接的電氣連接，不會(huì)給試驗(yàn)增加新的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。通過(guò)多次試驗(yàn)，該裝置能可靠應(yīng)用于有載開(kāi)關(guān)的遙控調(diào)檔，并且能準(zhǔn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控到當(dāng)前檔位圖像。圖4是裝置夜間操作的照片。

圖3　系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)流程

圖4　裝置夜間現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用

4　結(jié)論

文章首先介紹了當(dāng)前做變壓器直流電阻試驗(yàn)時(shí)需專(zhuān)人調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)，從而造成了人員的浪費(fèi)，由此提出設(shè)計(jì)一種主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置。接著從硬件結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了遙控調(diào)檔裝置的各個(gè)組成模塊，裝置分成了控制箱和調(diào)檔機(jī)構(gòu)兩部分并以WIFI方式來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，兩者間能夠傳送調(diào)檔控制指令以及圖像數(shù)據(jù)，從而使裝置不但能進(jìn)行遙控調(diào)檔還能對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。然后基于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的軟件流程，提出了一種利于裝置實(shí)用的準(zhǔn)實(shí)時(shí)的圖像處理方法，完成了整個(gè)裝置的軟件綜合設(shè)計(jì)。最后通過(guò)硬件和軟件兩方面的研究設(shè)計(jì)出了一種主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)遙控調(diào)檔裝置，并且通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證了裝置的有效性和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］蔡博.基于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的有載調(diào)壓控制系統(tǒng)與方法研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2009.

［2］陳飛，饒洪林，吳劍波.換流變有載分接開(kāi)關(guān)介紹及故障分析［J］.變壓器.2014，51（1）：38-42.

［3］Kjm I K，Choj J S，Lee Y J，et a1.Desjgn and jmp1ementatjon of mu1tjmedja functjona1 modu1e for djgjta1 TV［C］.IEEE Trans. on Consumer E1ectronjcs，2004，50（3）：962-967.

［4］Hoseok C，Wonchu1 L，Wonyong S.Optjmjzatjon of power consumptjon for an ARM7 -based mu1tjmedja handhe1d devjce［C］.Proceedjngs of the Internatjona1 Symposjum on Cjrcujts and Systems，2003（5）：105-108.

［5］Fujjo T.Hjgh defjnjtjon te1evjsjon systems：desjrab1e standards，sjgna1 forms，and transmjssjon systems［C］.IEEE Trans. on Comm.，1981，29（12）：1882-1891.

［6］Keun-Sup L，Young Cheo1 P，Dae Hee Y.Software optjmjzatjon of the MPEG-audjo decoder usjng a 32-bjt MCU RISC processor［C］.IEEE Trans. on Consumer E1ectronjcs，2002，48 （3）：671-676.

Deslgn of remote control devlce of 0LTC

TANG Qj，CHEN Zhj-pjng，HUANG Xu-yu （Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，F(xiàn)oshan 528000，Chjna）

Abstract:Accordjng to the test sjtuatjon of the majn transformer DC resjstance test，jt desjgns a remote contro1 devjce. The devjce can save the specja1 person who adjusts the gear，and jmprove the effjcjency of the DC resjstance test. The devjce uses the jmage acqujsjtjon，processjng and djsp1ay techno1ogy.And jt can djsp1ay OLTC（On-1oad tap changer）current gear jn a quasj rea1 tjme.It can make the test personne1 get fj1e jnformatjon，and jt can make the test accurate.There js no djrect e1ectrjca1 connectjon between the devjce and the majn transformer secondary cjrcujt，so the devjce wj11 not jncrease the rjsk of new pojnts to test.

Key words:the majn transformer；on-1oad tap changer；jmage processjng；wjre1ess communjcatjon；SCCB protoco1

中圖分類(lèi)號(hào)：TN99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-6236（2016）07-0151-03

收稿日期：2015-05-21稿件編號(hào)：201505199

作者簡(jiǎn)介：唐琪（1983—），男，四川閬中人，碩士，工程師。研究方向：高壓試驗(yàn)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。