屏頂小母線智能跨接裝置原理及應(yīng)用

張憶南，歐陽(yáng)運(yùn)廣，楊怡菲，侯 可

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450019

0 引言

屏頂小母線是控制電源、信號(hào)電源、保護(hù)電源等共用的匯集線，一般裝設(shè)在二次設(shè)備屏柜頂部，當(dāng)其中一塊設(shè)備屏需要更換時(shí)，需要對(duì)小母線進(jìn)行跨接操作。由于屏頂小母線間距較小，數(shù)量較多，工作人員需登高作業(yè)，不僅工作難度大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，而且需帶電作業(yè)，容易產(chǎn)生誤操作，導(dǎo)致短接操作時(shí)發(fā)生線序錯(cuò)誤的事故，給二次設(shè)備的供電帶來一定安全隱患[1-3]。

由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間狹小，帶電登高作業(yè)，增加了線序核對(duì)的難度，目前沒有專用于屏頂小母線線序核對(duì)的裝置，而且完成小母線跨接工作后還需要對(duì)于跨接后的母線的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生電壓異常現(xiàn)象后需及時(shí)進(jìn)行處理，迅速恢復(fù)小母線下二次設(shè)備和裝置的正常供電。

1 裝置概述

屏頂小母線智能跨接裝置能夠快速完成小母線線序核對(duì)工作，避免跨接線序錯(cuò)誤，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，能夠減少工作人員的工作量。該智能跨接裝置可以監(jiān)測(cè)小母線的供電狀態(tài)，發(fā)生小母線電壓異常時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示聲音，并且能夠通過內(nèi)置4G模塊將信息發(fā)送到服務(wù)器，及時(shí)通知相關(guān)人員對(duì)電壓異常問題進(jìn)行處理。

2 裝置基本原理

屏頂小母線智能跨接裝置面板圖如圖1所示。

圖1 屏頂小母線智能跨接裝置面板圖

屏頂小母線裝置同時(shí)支持6路交流電壓輸入，將Ua1、Ub1、UN1、L1、N1分別接入待去除的小母線一端，Ua2、Ub2、UN2、L2、N2接入待去除的小母線另一端，如果線序正確，面板上的綠色“OK”燈會(huì)同時(shí)點(diǎn)亮，如果任一相線序不正確，則該相“OK”燈熄滅，提示工作人員檢查接線。

屏頂小母線帶有大屏幕液晶，能夠顯示6路電壓的幅值和相位差等信息，便于現(xiàn)場(chǎng)人員完成接線工作。屏頂小母線智能跨接裝置原理框圖如圖2所示。

圖2 屏頂小母線智能跨接裝置原理框圖

采用隔離電壓2 000 V的精密電壓互感器完成一二次電氣隔離變換，當(dāng)用戶錯(cuò)接線時(shí)不會(huì)導(dǎo)致一次供電出現(xiàn)危險(xiǎn)，保證了一次系統(tǒng)側(cè)的安全運(yùn)行。

濾波放大電路可以將電壓互感器二次側(cè)的小電壓信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，消除噪聲信號(hào)，提高信噪比，并將二次信號(hào)放大到適合ADC采集的電壓幅值。

ADS8556是16位高精度A/D，各自基于連續(xù)逼近寄存器原理，構(gòu)架是基于電荷再分配原理，具有采樣保持功能，內(nèi)部包含6個(gè)獨(dú)立的采樣保持模塊和相對(duì)應(yīng)的6個(gè)獨(dú)立模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)6路信號(hào)的同時(shí)同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換。該芯片接口時(shí)序簡(jiǎn)單，如果采用了并行工作模式，因此采集一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)只需要幾個(gè)時(shí)鐘周期即可完成，最高采樣率可達(dá)630 kSPS。

CPU采用STM32F407芯片，儀器外接串口屏，該屏幕分辨率為320×240像素，帶有觸控功能，與CPU之間采用串口進(jìn)行通信。屏幕可顯示各個(gè)通道的電壓幅值和相差等信息，還可以通過點(diǎn)擊液晶上的按鈕圖標(biāo)進(jìn)行模式切換或報(bào)警信息查看等功能。

STM32處理器通信通過串口與4G物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行通信，可以完成STM32內(nèi)部程序的升級(jí)，STM32也可以將裝置的工作狀態(tài)通過4G物聯(lián)網(wǎng)模塊遠(yuǎn)程發(fā)送，便于工作人員了解跨接裝置和小母線的工作狀態(tài)。

該裝置采用8.4 V鋰電池6000 mAh供電，續(xù)航時(shí)間大于48 h，電池管理單元用來實(shí)現(xiàn)電池充放電等管理功能，為數(shù)字電路、模擬電路和液晶部分提供直流供電電源。

3 屏頂小母線跨接裝置工作模式

3.1 對(duì)線模式

對(duì)線模式主要是檢測(cè)Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2的幅值和相位是否相同。以Ua1和Ua2為例，其判別邏輯如下：

（1）Ua1和Ua2的幅值大于50 V，并且幅值差值小于1%；

（2）Ua1和Ua2的相位差小于1°；

（3）Ua1和Ua2頻率在50±0.5 Hz。

如果同時(shí)滿足以上條件，則認(rèn)為Ua1和Ua2為同一路信號(hào)，面板上Ua1和Ua2端子之間的綠色指示燈點(diǎn)亮，提示接線正確，否則指示燈熄滅。同理，可以檢測(cè)Ub1和Ub2,UL1和UL2的線序是否正確。

3.2 監(jiān)視模式

確定線序正確無(wú)誤后，將Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UN1和UN2、L1和L2、N1和N2分別用短接線進(jìn)行可靠短接，按下液晶屏幕上的“監(jiān)測(cè)模式”按鈕，則裝置進(jìn)入監(jiān)測(cè)模式，進(jìn)入監(jiān)測(cè)模式時(shí)，裝置會(huì)記錄進(jìn)入監(jiān)測(cè)模式時(shí)的Ua1、Ub1、UL1、Ua2、Ub2、UL2電壓初始幅值，該電壓初始值是判斷電壓是否正常的基準(zhǔn)。

監(jiān)視模式下，裝置不斷采集6路電壓信號(hào)，并計(jì)算這6相電壓的有效值，如果電壓值和初始值相比變化幅值大于5 V，則認(rèn)為小母線電壓出現(xiàn)異常，則蜂鳴器持續(xù)周期為1 s的鳴叫，提示運(yùn)行人員進(jìn)行查看和消缺，并遠(yuǎn)程發(fā)送異常信息給工作人員。

4 屏頂小母線跨接裝置使用方法

屏頂小母線智能跨接裝置接線示意圖如圖3所示。

圖3 屏頂小母線智能跨接裝置接線示意圖

第一，接好跨接裝置外接供電電源，裝置開機(jī)，自動(dòng)進(jìn)入對(duì)線模式。

第二，分別將待跨接的小母線兩端的電壓信號(hào)接到跨接裝置面板上的接線端子，如果面板上的3個(gè)“OK”指示燈點(diǎn)亮，表明接線正確，否則需要檢查接線,直到面板上3個(gè)線序指示燈全部點(diǎn)亮為止。

第三，面板上的3個(gè)指示燈點(diǎn)亮后，并通過液晶上顯示的電壓幅值和相位差判斷相序是否正確，確認(rèn)接線正確后，用短接線分別將Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2、UN1和UN2、L1和L2短接，確保接線牢固。

第四，拆除需要更換的間隔的母線，此時(shí)由于跨接裝置已經(jīng)將該段小母線兩端的母線短接，因此不會(huì)造成其余間隔小母線斷電。

第五，按下液晶上的“監(jiān)視模式”按鈕，進(jìn)入監(jiān)視模式。

第六，進(jìn)入監(jiān)視模式后，裝置會(huì)監(jiān)視輸入端子的電壓幅值變動(dòng)情況，如果電壓突變量大于5 V，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，提醒工作人員排除小母線故障，同時(shí)通過內(nèi)部4G物聯(lián)網(wǎng)卡向遠(yuǎn)程發(fā)送小母線電壓異常信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

屏頂小母線為變電站基建、技改和擴(kuò)建線路間隔帶來了便利，但是拆搭接過程中存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要研制一種通用型小母線跨接器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的需求和具體特點(diǎn)，開發(fā)出了一款簡(jiǎn)單、實(shí)用、智能的小母線跨接裝置，多個(gè)跨接裝置可以并聯(lián)使用，以完成更多相電壓的相序核對(duì)和監(jiān)視工作。現(xiàn)場(chǎng)使用結(jié)果表明，該裝置可以顯著提升跨接效率，提升操作安全性，保證了小母線的正常運(yùn)行。