新型智能有載分接開關(guān)控制器的設(shè)計

張 姍，張建輝，郭晉偉

（1.保定天泰電力科技有限公司，河北 保定 071000；2.保定德優(yōu)電氣設(shè)備制造有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

有載分接開關(guān)，是一種為變壓器在負(fù)載變化時提供恒定電壓的開關(guān)裝置。有載開關(guān)控制器作為有載開關(guān)的指揮中心占有重要地位。控制器的技術(shù)性能水平和產(chǎn)品可靠性直接影響有載調(diào)壓變壓器的運行狀態(tài)，也直接影響供電質(zhì)量高低。在長期運行中，變壓器有載分接開關(guān)在頻繁調(diào)檔過程中，油室內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，從而發(fā)出輕瓦斯報警信號[1]。當(dāng)發(fā)生輕瓦斯報警后，需要檢修人員按照操作規(guī)程辦理相關(guān)手續(xù)，登上變壓器進(jìn)行檢查，進(jìn)行人工放氣。為了判斷有載開關(guān)是否需要檢修，需要人工現(xiàn)場檢查，并且記錄氣體繼電器前后兩次報警的時間間隔或有載開關(guān)累積動作次數(shù)，以此判斷是否需要對有載開關(guān)進(jìn)行檢修。可見，目前的人工操作方式工作繁瑣、強(qiáng)度大、影響供電的連續(xù)性和可靠性。

為此，本文設(shè)計了一種新型智能有載分接開關(guān)控制器，可以采集氣體繼電器放氣信號，并且記錄存儲每次放氣的時間、放氣的次數(shù)以及放氣時有載開關(guān)的動作次數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲的歷史數(shù)據(jù)，智能判斷是否需要放氣和是否需要有載開關(guān)維修。

1 系統(tǒng)原理

市場上存在的有載分接開關(guān)種類很多，與之配合使用的有載分接開關(guān)控制器種類更是繁多。本次設(shè)計以與上海華明電力設(shè)備制造的CMD型有載分接開關(guān)配套使用的有載開關(guān)控制器（以下簡稱控制器）為例[2]。

有載開關(guān)分接位置通過19芯航空插座經(jīng)隔離后由CPU讀取顯示，并輸出BCD碼供用戶使用。CPU對分接位置的變化次數(shù)進(jìn)行累加計數(shù)并顯示在液晶屏上，同時將電機(jī)工作狀態(tài)、報警信息和操作模式顯示在主頁上，通過按鍵板進(jìn)行設(shè)置、本地控制操作和翻頁信息查看等?？刂破鲀?nèi)部增加EEPROM芯片，可以防止掉電而信息丟失?？刂破魍ㄟ^本地、電操和遠(yuǎn)控三種操作模式，控制本設(shè)備內(nèi)部固態(tài)繼電器的升、降和停，輸出信號控制對應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運行。原理結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 原理結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

控制器硬件設(shè)計主要包括CPU單元、電源模塊、信號電壓采集模塊、隔離模塊、按鍵顯示模塊和通信模塊幾部分組成。下面對其中幾個重要單元模塊進(jìn)行介紹[4]。

2.1.1 CPU單元

控制器CPU選用意法半導(dǎo)體STM32F103VCT6，具有豐富的外圍接口，完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，是整個系統(tǒng)的核心控制單元。CPU單元接口主要包括信號輸入模塊和信號輸出模塊。信號輸入模塊包括程序下載接口、檔位讀取接口、按鍵輸入接口以及遠(yuǎn)控輸入接口。信號輸出模塊包括升降停控制輸出接口、BCD碼輸出接口、通信接口以及液晶顯示接口。

2.1.2 電源模塊

電源模塊為整個系統(tǒng)供電。電源模塊將輸入的220 V交流電進(jìn)行變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓，分別輸出12 V、5 V。其中，12 V電源主要為繼電器等元器件供電；5 V電源通過電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出3.3 V電源，主要完成CPU單元的供電。

2.1.3 電壓采樣模塊

該模塊主要完成供電電源的采樣。當(dāng)供電電源電壓低于正常工作電壓的80%時，系統(tǒng)會停止工作，同時發(fā)出聲光報警，提示工作人員檢修供電電源線路。該模塊是一種保護(hù)電路，防止供電電源過高或過低對控制造成影響。

2.1.4 按鍵和顯示模塊

2.1.5 通信模塊

中控室上位機(jī)需要采集控制器信息，方便遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制?？刂破髋c上位機(jī)RS485通信，設(shè)置好通信格式，即可握手通信。上位機(jī)可以讀取當(dāng)前有載開關(guān)檔位，可以寫入數(shù)據(jù)控制有載開關(guān)進(jìn)行升、降和停操作。系統(tǒng)主要通過芯片MAX485來完成具體的通信工作。

2.2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計選用KEIL編程軟件進(jìn)行C語言程序的編寫調(diào)試。程序控制是一個產(chǎn)品的靈魂，既可以實現(xiàn)系統(tǒng)功能，又可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)整體程序流程如圖2所示，其中主要對主程序中故障處理程序做詳細(xì)敘述。

2.2.1 系統(tǒng)初始化

上電以后進(jìn)入主程序，首先完成系統(tǒng)初始化操作，包括硬件初始化、實時時鐘初始化、I/O口初始化、RS485初始化以及應(yīng)用程序等的初始化。應(yīng)用程序初始化主要完成液晶顯示、檔位和時間等的初始化。

2.2.2 故障報警處理程序

控制器有欠壓、無檔、過流和放氣信息4種報警產(chǎn)生。當(dāng)有故障產(chǎn)生時，控制器發(fā)出報警提示音，同時主界面顯示報警故障信息，用戶可以從報警界面查看近16次歷史報警信息[5]。

圖2 系統(tǒng)程序流程圖

控制器采集到有放氣報警信息產(chǎn)生時，發(fā)出報警提示音，記錄并存儲本次放氣請求產(chǎn)生的時間和放氣請求時有載開關(guān)動作的次數(shù)，同時根據(jù)存儲的歷史數(shù)據(jù)判斷是否需要進(jìn)行有載開關(guān)維修。例如，近6次數(shù)據(jù)中，放氣報警間隔越來越短，且在此間隔時間段內(nèi)有載開關(guān)動作次數(shù)越來越頻繁，則放氣的同時提示工作人員進(jìn)行有載開關(guān)檢修。再如，近兩次放氣報警產(chǎn)生時間段內(nèi)，有載開關(guān)動作次數(shù)達(dá)到了前兩次的一倍之多，則控制器提示工作人員進(jìn)行有載開關(guān)檢修。控制器以此長期工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行自動智能分析，增加了判斷的可靠性，減少了工作人員的誤判斷、誤操作[6]。

3 結(jié) 論

此款新型有載開關(guān)控制器人機(jī)界面良好、功能強(qiáng)大、運行穩(wěn)定可靠、使用方便，可采集有載開關(guān)氣體繼電器輕瓦斯報警信號，統(tǒng)計報警間隔內(nèi)有載開關(guān)切換次數(shù)，分析判斷是否對有載開關(guān)進(jìn)行檢修，提高了變電站自動化水平，進(jìn)一步保證了電網(wǎng)工作的可靠穩(wěn)定性。

目前，市場對輕瓦斯報警處理繁瑣且具有一定盲目性。該型控制器可以根據(jù)以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷，減少人力物力的損耗。由于控制器智能判斷需要大量的數(shù)據(jù)做依托，因此需要進(jìn)一步加大工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為輸入，從而增加判斷的可靠性。