國網實訓專用智能化電源控制系統設計

任 杰 李清泉 韓會濤

1.國網萊蕪供電公司 山東 濟南 271199；2.山東大學電氣工程學院 山東 濟南 250061

3.山東科泰電力科技有限公司 山東 濟南 271114

1 需求分析

電源供電是全部設備運行的基礎，鑒于常規實訓室電源開關只由一個斷路器控制，操作者無論業務熟練程度如何都可為所有的實訓設備通電，這樣的情況不利于對操作者安全以及設備的正常運行進行保障。本文結合實踐，設計了一種國網實訓專用智能化電源控制系統，可有效解決此問題。

2 技術方案

國網實訓專用智能化電源控制系統，其主要包括總控裝置、一級電源控制系統、二級電源控制系統、三級電源控制系統、電機電源控制系統、紅外光電可逆計數器和操作屏。見圖1所示。

圖1 國網實訓專用智能化電源控制系統

其中，總控裝置包括總控模塊、第一繼電器KM1、主控回路和控制回路；總控模塊的輸出端與第一繼電器KM1的線圈相連，第一繼電器KM1與主控回路相連，主控回路與控制回路相連。總控裝置的輸出端與電源總閘相連，電源總閘分別與一級電源控制系統、二級電源控制系統、三級電源控制系統和電機電源控制系統相連。系統運行指示燈表示三相電是否正常運行，如果有一相非正常，則相對應的運行指示燈熄滅。

一級電源控制系統用于控制補償裝置、負荷模擬裝置、配電計量遠程控制安全費控柜、負荷控制裝置、計量柜、負荷開關柜和電度表屏的電源開關，包括一級電源控制回路。

二級電源控制系統用于控制低壓采取模擬裝置、遠程采集故障診斷平臺、電能表接線智能仿真系統和串戶排查模擬裝置，包括二級電源控制回路。二級電源控制回路包括斷路器2ZK、熔斷器3FU、熔斷器4FU、常閉按鈕2-1EDA、常開按鈕2-2EDA和接觸器2C。

三級電源控制系統用于控制照明系統，包括三級電源控制回路。三級電源控制回路包括斷路器3ZK、熔斷器5FU、熔斷器6FU、常閉按鈕3-1EDA、常開按鈕3-2EDA和接觸器3C。

由于負荷裝置存在大電機，因此單獨采用電機電源控制系統，電機電源控制系統用于控制電機，包括電機電源控制回路。電機電源控制回路包括斷路器ZK、熔斷器7FU和接觸器3C；斷路器3ZK的一端與三相電網的任意一相相連，斷路器ZK的另一端與熔斷器7FU的一端相連，熔斷器7FU的另一端與接觸器1C的常開觸點1c的一端相連，接觸器1C的常開觸點1c的另一端與接觸器3C線圈的一端相連，接觸器3C線圈的另一端與斷路器ZK相連。

3 模塊設計與實現

3.1 模塊設計

(1)總控模塊包括STM8L15XRX單片機芯片，STM8L15XRX單片機芯片又包括用于登陸系統的登錄模塊；用于選擇通電等級電源的通電等級選擇模塊；用于統計操作人員為設備通電的起始時間和人員信息的操作日志統計模塊；用于對出入實訓室的人員進行考核，對所有實訓的項目進行操作是否合格進行評價的操作評價模塊；用于對累計操作人員的優秀次數，并判斷操作人員的等級是否可以提升的操作等級評定模塊；用于管理整個系統和實訓室的電源的系統管理模塊。采用負反饋的電源調節裝置包括內部電路和外殼；所述的內部電路包括控制電路、檢測電路和調節電路，檢測電路的輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端與調節電路相連，調節電路的輸出端與用電設備相連；其內部電路置于外殼中。電路圖如圖2

圖2 采用負反饋的電源調節裝置內部電路

(2)為保證控制系統的回路故障能夠自我診斷，設計了一種帶自診斷報警功能的繼電器輸出裝置，該裝置首先由前端電壓采集電路采集電壓信號，發送給控制電路；然后由后端電壓采集電路采集電壓信號，發送給控制電路；最后通過控制電路將兩個電壓信號進行對比，如果繼電器電路動作后，前端的電壓信號和后端的電壓信號沒有變化，且均為0，則表示繼電器觸點粘連，如果繼電器電路動作后，前端的電壓信號為0，后端的電壓信號變化幅度較大，則表示繼電器觸點合不上；如果繼電器電路進行合閘分閘操作后，前端電壓信號和后端電壓信號無變化，則表示繼電器線圈燒壞；觸點粘連如果繼電器電路動作后，前端的電壓信號為0，后端的電壓信號變化幅度較大，則表示繼電器觸點合不上；如果繼電器電路進行合閘分閘操作后，前端電壓信號和后端電壓信號無變化，則表示繼電器線圈燒壞。設計見圖3

圖3

3.2 系統實現 國網實訓專用智能化電源控制系統的控制過程，其具體過程如下:通過操作屏登錄智能化電源控制系統，進入通電等級選擇界面；選擇電源等級，進行上電操作；操作日志統計模塊對上電操作的起始時間和人員信息進行統計；操作評價模塊對操作人員的操作進行評價，判斷操作人員的操作是否是優秀操作、合格操作或違章操作；操作等級評定模塊每隔一段時間對操作人員進行等級評定，根據操作人員操作的優秀次數進行評級，當優秀次數大于20次時，評定為A級操作人員，當優秀次數大于10次，小于20次時，評定為B級操作人員，當優秀次數小于10次時，評定為C級操作人員；實訓室門口處的紅外光電可逆計數器對進出實訓室的人員進行計數，當實訓室無人時，紅外光電可逆計數器將信號發送給總控裝置的系統管理模塊，系統管理模塊控制實訓室總電源斷電。

4 效果評價

(1)本發明提供的國網實訓專用智能化電源控制系統及其控制過程，通過總控裝置、一級電源控制系統、二級電源控制系統、三級電源控制系統、電機電源控制系統將電源進行等級劃分，不同的等級可對用電設備操作的權限不同，避免了經驗少的操作人員由于對用電設備的使用不熟悉而造成人員安全問題或用電設備安全問題。

(2)本發明總控裝置的操作日志統計模塊還可以對操作人員的操作時間和人員信息進行統計，操作評價模塊對操作人員的操作進行合格評價，操作等級評定模塊根據操作人員操作的優秀次數對操作人員進行等級評定，累計達到一定的次數后，操作人員可以晉升等級，從而可以對更多的用電設備進行上電操作。

(3)本發明通過紅外光電可逆計數器對實訓室的操作人員進行統計，當實訓室無人時，通過總控裝置切斷總電源，杜絕了電能浪費。

(4)本發明不僅可以根據操作人員的具體情況自動判斷操作等級，切實的保障了操作人員的安全和用電設備的安全，還可以在實訓室無人的時候自動切斷總電源，保障了用電安全，節約能源。