新型智能有載分接開關控制器的設計

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.保定德優電氣設備制造有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

有載分接開關，是一種為變壓器在負載變化時提供恒定電壓的開關裝置。有載開關控制器作為有載開關的指揮中心占有重要地位。控制器的技術性能水平和產品可靠性直接影響有載調壓變壓器的運行狀態，也直接影響供電質量高低。在長期運行中，變壓器有載分接開關在頻繁調檔過程中，油室內產生大量氣體，從而發出輕瓦斯報警信號[1]。當發生輕瓦斯報警后，需要檢修人員按照操作規程辦理相關手續，登上變壓器進行檢查，進行人工放氣。為了判斷有載開關是否需要檢修，需要人工現場檢查，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累積動作次數，以此判斷是否需要對有載開關進行檢修。可見，目前的人工操作方式工作繁瑣、強度大、影響供電的連續性和可靠性。

為此，本文設計了一種新型智能有載分接開關控制器，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、放氣的次數以及放氣時有載開關的動作次數，根據數據庫存儲的歷史數據，智能判斷是否需要放氣和是否需要有載開關維修。

1 系統原理

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

有載開關分接位置通過19芯航空插座經隔離后由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進行累加計數并顯示在液晶屏上，同時將電機工作狀態、報警信息和操作模式顯示在主頁上，通過按鍵板進行設置、本地控制操作和翻頁信息查看等。控制器內部增加EEPROM芯片，可以防止掉電而信息丟失。控制器通過本地、電操和遠控三種操作模式，控制本設備內部固態繼電器的升、降和停，輸出信號控制對應執行機構運行。原理結構如圖1所示[3]。

圖1 原理結構圖

2 系統設計

2.1 硬件設計

控制器硬件設計主要包括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行介紹[4]。

2.1.1 CPU單元

控制器CPU選用意法半導體STM32F103VCT6，具有豐富的外圍接口，完成整個系統的數據處理，是整個系統的核心控制單元。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供電。電源模塊將輸入的220 V交流電進行變壓、整流、濾波以及穩壓，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。當供電電源電壓低于正常工作電壓的80%時，系統會停止工作，同時發出聲光報警，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

中控室上位機需要采集控制器信息，方便遠程監測和控制。控制器與上位機RS485通信，設置好通信格式，即可握手通信。上位機可以讀取當前有載開關檔位，可以寫入數據控制有載開關進行升、降和停操作。系統主要通過芯片MAX485來完成具體的通信工作。

2.2 軟件設計

軟件設計選用KEIL編程軟件進行C語言程序的編寫調試。程序控制是一個產品的靈魂，既可以實現系統功能，又可以保證系統的穩定性。系統整體程序流程如圖2所示，其中主要對主程序中故障處理程序做詳細敘述。

2.2.1 系統初始化

上電以后進入主程序，首先完成系統初始化操作，包括硬件初始化、實時時鐘初始化、I/O口初始化、RS485初始化以及應用程序等的初始化。應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種報警產生。當有故障產生時，控制器發出報警提示音，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 系統程序流程圖

控制器采集到有放氣報警信息產生時，發出報警提示音，記錄并存儲本次放氣請求產生的時間和放氣請求時有載開關動作的次數，同時根據存儲的歷史數據判斷是否需要進行有載開關維修。例如，近6次數據中，放氣報警間隔越來越短，且在此間隔時間段內有載開關動作次數越來越頻繁，則放氣的同時提示工作人員進行有載開關檢修。再如，近兩次放氣報警產生時間段內，有載開關動作次數達到了前兩次的一倍之多，則控制器提示工作人員進行有載開關檢修。控制器以此長期工程經驗數據進行自動智能分析，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 論

此款新型有載開關控制器人機界面良好、功能強大、運行穩定可靠、使用方便，可采集有載開關氣體繼電器輕瓦斯報警信號，統計報警間隔內有載開關切換次數，分析判斷是否對有載開關進行檢修，提高了變電站自動化水平，進一步保證了電網工作的可靠穩定性。

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以往經驗數據進行智能判斷，減少人力物力的損耗。由于控制器智能判斷需要大量的數據做依托，因此需要進一步加大工程經驗數據作為輸入，從而增加判斷的可靠性。