基于特高壓主變穩控系統策略的輔助校驗裝置的研制

宋宇 喬星金 馬敏杰

摘 要：在特高壓穩控裝置的調試過程中，以往是使用短接線模擬接點的閉合，應用于穩控裝置的單體校驗，一旦短接錯可能會導致開關的誤動作。文章針對這種情況，設計了一種多支路開關量輸出的輔助校驗裝置，該裝置的開出量延時和保持時間可就地化設置，能夠模擬開關、刀閘等位置信號及保護動作后的接點輸出，可以有效規避風險，固化人的行為。

關鍵詞：特高壓；穩控裝置；輔助校驗；多開出量

引言

安全穩控裝置作為電力系統第二道防線關鍵設備，對保障電力系統穩定運行具有重要作用[1]。2015年，江蘇將建設多個特高壓變電站，為保障特高壓安全平穩運行，勢必新建多套特高壓穩控裝置。國內特高壓變電站經過試點工程和常態化建設兩個階段，目前，雖然江蘇已經率先運用特高壓穩控裝置，但還未在特高壓主變上運用，且沒有完善、成熟的檢修相關技術支撐。國內外特高壓發展還未起步，未出現類似特高壓主變穩控裝置的檢修相關技術。

文章依托江蘇特高壓變電站穩控系統，深度分析穩控裝置在建設及檢修過程中存在的危險點，研究安全控制技術，研究有效規避風險的驗證方法；從長遠的檢修維護角度，研究出適用于該類穩控裝置檢修輔助試驗設備；所研制的基于特高壓穩控系統策略的輔助校驗裝置，應用于穩控裝置的單體校驗。

目前，調試過程中都是使用短接線模擬接點的閉合，一旦短接錯可能會導致開關的誤動作，輔助校驗裝置能夠模擬開關、刀閘等位置信號機保護動作后的接點輸出，可以有效規避風險。

1 功能設計

如圖1所示，為了便于對穩控裝置的單體校驗，輔助校驗裝置提供多支路開出量輸出，每一路的開出量接點動作延時和保持時間支持就地化設置，開出量的輸出支持手動按鈕和外部信號兩種觸發方式。外部信號即開入量，支持“邏輯或”和“邏輯與”兩種邏輯組合。

鑒于現場工作需求，輔助校驗裝置具備以下功能特點：（1）裝置能夠模擬開關、刀閘等位置信號機保護動作后的接點輸出。（2）裝置具有12路開出量，分為6路常開接點、6路常閉接點。（3）裝置具有2路開入量，公共端DC5V，支持2路“邏輯與”和“邏輯或”的邏輯組合。（4）開出量的延時和保持時間參數，支持就地化設置。（5）開出量輸出支持手動按鈕和外部信號兩種觸發方式。

綜上所述，該輔助校驗裝置采用一體結構，手持化設計，開出量空節點輸出，開入量裝置內部供電，采用外部DC5V1A供電，設置的時間單位10ms，設置范圍10ms到1min，開出量根據設置的時間動作，精度高，大大提高保護調試人員的工作效率，減少因人為因素造成的差錯。

2 方案設計

該輔助校驗裝置應用于穩控裝置單體的校驗，目前調試過程中都是使用短接線模擬接點的閉合，一旦短接錯可能會導致開關的誤動作，因此，輔助校驗裝置需要能夠模擬開關、刀閘等位置信號及保護動作后的接點輸出。同時，需要提供多支路的開關量，方便對不同穩控裝置單體校驗，并且每個支路開關量的輸出延時和保持時間可設置，以達到不同的支路可以按規定的時間動作。

提出一種設計方案，按照其獨立性的原則，設計12路獨立的開出量，分為6路常開接點、6路常閉接點，由一種電氣性能良好的繼電器來完成其接點動作和復歸的功能。設計2路開入量，支持“邏輯或”和“邏輯與”的邏輯組合控制開出量1。為了實現就地化的設置開出量的動作時間，采用鍵盤加液晶的組合設計，液晶配置一顆主流的GPU（協處理CPU），所有的工作由其總的處理單元（主控CPU）來負責協調。其硬件單元應包括：主控CPU模塊，協處理CPU模塊，2#智能開出模塊，1#智能開出模塊，指示燈顯示模塊，HMI顯示模塊，智能開入模塊，鍵盤模塊，DC-DC隔離電源模塊，電源模塊。

該方案的優點是配置靈活，每個模塊功能單一、相互獨立、設計簡單并且。

輔助校驗裝置的設計方案如圖 2所示。

3 硬件設計

3.1 CPU模塊的設計

主控CPU模塊和協處理CPU模塊都采用ST公司的32位微控制器，該系列MCU包含一個Cortex-M3核，主頻經過PLL后可達72MHz。STM32單片機在微控領域占據主導位置，功能強大、功耗低、存儲容量大，加之ST公司開放的固件庫，使編程變得非常方便[3]。

主控CPU模塊負責采集鍵盤模塊傳來的信息，包括交互和命令兩種信息類型，交互信息通過USART傳給協處理CPU模塊，命令信息傳給1#智能開出模塊、2#智能開出模塊和指示燈顯示模塊；同時負責采集智能開入模塊傳來的狀態信息，傳給1#智能開出模塊和指示燈顯示模塊。

協處理CPU模塊負責接收主控CPU模塊傳來的交互信息，交互信息經處理后，傳給HMI顯示模塊。

3.2 開入開出模塊的設計

1#智能開出模塊采用6個DSP2a-DC5V繼電器，該類繼電器包含兩組常開接點，輔助校驗裝置將兩組常開接點并接使用。

2#智能開出模塊采用6個DSP1-DC5V-F繼電器，該類繼電器包含一組常開接點，一組常閉接點，輔助校驗裝置使用了常閉接點。2#智能開出模塊負責接收主控CPU模塊傳來的命令信息，根據命令信息控制開出量做出相應的動作。命令信息包括動作命令，停止命令，動作延時時間、保持時間。

智能開入模塊具有兩路通道，公共端由DC-DC隔離電源模塊提供DC5V電源，兩路通道信號支持邏輯組合，包括“邏輯或”和“邏輯與”兩種邏輯組合關系。智能開入模塊負責采集外部信號的邏輯狀態，傳送到主控CPU模塊，進而控制1#智能開出模塊中部分開出量。

3.3 HMI模塊的設計

HMI顯示模塊6采用2.2 220x176分辨率的TFT真彩屏。HMI顯示模塊6負責接收協處理CPU模塊2傳來的交互信息，控制液晶屏顯示相應的交互操作，包括設置時間，設置實驗，查看幫助等。

鍵盤模塊包括11個按鍵，負責捕獲按鍵的操作，將操作信息傳送到主控CPU模塊，操作包括上、下、左、右、ENTER、ESC、F1、F2、F3、F4、CLR。

3.4 顯示模塊的設計

指示燈顯示模塊包括17只LED燈，1只藍色運行燈，1只紅色故障燈，1只綠色實驗燈，2只開入指示燈，6只常開開出指示燈，6只常閉開出指示燈。指示燈顯示模塊負責接收主控CPU模塊傳來的命令信息，包括鍵盤和開入觸發的兩種命令信息，做相應的電燈、滅燈操作。

3.5 電源模塊

DC-DC隔離電源模塊負責DC5V-DC5V的轉換隔離，給智能開入模塊公共端供電，防止智能開入模塊端子誤操作損壞本實用型新模塊本身。電源模塊負責DC5V-DC3.3V的轉換，DC3.3V給主控CPU模塊和協處理CPU模塊供電。

4 軟件設計

輔助校驗裝置的軟件設計包括人機交互和實驗兩部分。人機交互涉及界面操作、參數設置等；實驗包括手動按鈕和外部信號兩種觸發開出量的邏輯處理。

如圖4所示，上級界面中，通過左右鍵選擇菜單，ENTER鍵進入相應下級界面；下級界面中，通過ESC鍵返回上級界面。

如圖5所示，在實驗界面中，通過F2鍵進入修改狀態，通過方向（上、下、左、右）鍵選擇修改位，通過ENTER鍵修改值，通過ESC鍵返回到實驗界面。

如圖6所示，在觸發設置界面，初始界面為開出n，可以批量設開出1-12，通過上下鍵翻頁，實現對開出1到開出12的設置。在設置界面中，通過F2鍵進入修改狀態，通過左右鍵選擇修改位，通過上下鍵修改值，通過ESC鍵取消設置，通過ENTER鍵保存設置值。

如圖7所示，在實驗界面中，通過F4鍵手動觸發實驗，12路開出根據設置的狀態，設置的延時和保持時間動作，實驗未結束前，通過CLR鍵可以停止試驗。在實驗界面中，采集開入量，根據設置的狀態及邏輯組合關系，觸發開出1動作。

5 結束語

通過現場實際測試證明，輔助校驗裝置可以帶來以下效果：

（1）減少現場試驗時拆線和接線的工作量，進而避免了因拆線和接線錯誤而導致的安全隱患，大大提高了輔助校驗工作的質量。

（2）提高了現場試驗的工作效率，節約了校驗維護工作時間；降低了校驗維護工作的勞動強度，現場只需把相應的開出接入需要校驗的支路，之后設置參數，就可以進行多次校驗操作。

（3）該裝置的應用，可以有效規避風險，固化人的行為，從而滿足實際遇到的問題，具有實際的可行性和價值。

參考文獻

[1]張宇，劉靜琨.影響特高壓電網運行的因素及應對策略[J].電力系統保護與控制，2013，1.

[2]何春華，鄢仁成.開關量的實用軟件處理方法[J].計算機測量與控制，2005，13（4）.

[3]劉火良，楊森.STM32庫開發實戰指南[M].機械工業出版社.