具有FTU饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的應用研究

肇慶市南興電力工程有限公司 陳耀泳

1 引言

目前，市場上的模擬斷路器體積和重量較大，攜帶不便，需要220V 電源，現場試驗需要配備發電機等設備，山地、叢林、農田等車輛無法直接到達的工作地點使用尤其不便，接線復雜，使用門檻高，不適用于現場工作。現有模擬斷路器功能固定，參數不可調，不能用于模擬誤動、拒動、延遲等各類斷路器機械故障。且現有模擬斷路器不具備試驗數據記錄和通信功能，不便于后期故障數據的收集、統計和分析[1]。還經常存在遙控不成功情況，主要原因為FTU 饋線終端遙控功能異常，因此對饋線終端遙控功能的檢測和驗證尤為重要。但是在設備投入現場運行后，出于供電可靠性壓力，不能隨意對運行設備進行實際分閘操作。此時需將開關控制器拆回倉庫做試驗，試驗過后裝回現場，控制器重量較重不便拆卸，需多人配合才能完成，拆裝往返耗費時間很長，造成運維人員勞動強度大且工作效率低。

基于此，本文設計了一種具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器，實現在無須設備停電的方式下進行饋線終端遙控功能的試驗，降低了停電造成的損失。攜帶方便，無須外部供電，提升了運維工作效率。采用單片機作為控制器，內部參數自定義，實現模擬斷路器動作參數的靈活調整，同時可模擬各類斷路器故障。具備試驗數據自動記錄和通信功能，提高了試驗數據收集、統計和分析的效率[2]。

2 具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的主要功能

一是具備ZigBee 通信接口、無線通信及遙控功能，能夠遠程通信，實現FTU 饋線終端基本的遙控試驗。二是具備精確定位定時功能，自動生成、歸類各種試驗歷史記錄，并將試驗數據上傳至終端或服務器進行處理，便于數據的收集、統計和分析。三是具備故障自動報警功能，在系統運行異常時，可以及時報警，提醒作業人員立即趕往現場進行故障處理。四是具備時間校核功能，該模擬斷路器能夠實時校正系統時間，時刻與北京時間保持一致，方便事件準確記錄。五是具備遙測功能，通過手持終端模擬斷路器可以實現對配電線路上交直流電流、電壓、功率等的數據測量，并在液晶顯示屏上顯示。六是具有合閘、分閘、儲能三種功能。按下合閘、分閘、儲能按鍵后，內部電路直接通過繼電器向饋線終端反饋合閘位、分閘位和儲能位信號，從而模擬真實斷路器的手動操作。

3 具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的結構設計及工作原理

3.1 該模擬斷路器的整體結構設計

FTU 模擬斷路器整體結構如圖1所示。

手持終端模擬斷路器似于遙控器，質量輕便、體積小巧、便于攜帶。主要由狀態顯示、事件記錄、信息查詢、參數設置、裝置定值、運行維護等部分組成。其中，狀態顯示包含電壓顯示、電流顯示、遙信狀態三個模塊，可以對系統運行的各種參數進行顯示。

事件記錄包含遙控記錄、遙信記錄、異常記錄三個模塊，可以對系統運行的各項工作事件實時記錄，一旦發生故障時，可通過事件記錄等對故障情況進行查看，詳細了解故障信息，以便故障原因的準確查找并及時修復處理，提高生產效率，縮短故障停時，保證了系統的運行質量；信息查詢包含板卡信息和通信信息兩模塊，可以對系統板卡、通信參數信息進行查詢；參數設置包含網口設置、電池優化、串口設置、時間設置、遙信設置、規約設置、遙控設置、功率設置等八個模塊，可以根據實際工況對系統各項運行參數的進行設定；定值設置包含保護定值、電壓越限、重合閘值、開關參數等四個模塊、通過定值設置可以使系統更加優質地運行；運行維護包含通信鏈接、通信設置、遙控操作、密碼設置、復歸位置等五個模塊，通過各方位全面的維護，使手持終端模擬斷路器更好應用于現場生產。

3.2 該模擬斷路器的工作原理

進行手持終端遙控功能試驗的流程如下，開關控制器對裝置發出分閘、合閘及儲能信號，輸入模塊對應繼電器動作，核心控制單元（STM32F103）檢測到輸入繼電器動作信號滿足設定時間及判定邏輯，判定為接收到有效的控制信號。接著核心控制單元向通信模塊發出信號，控制繼電器吸合，對應繼電器吸合，通過端子排及通信電纜向控制系統反饋分閘位、合閘位和儲能位信號。通過操作矩陣按鍵（含分閘、合閘、儲能三個功能鍵）進行手動操作時，信號檢測流程為：按鍵分、合、儲能鍵后，直接向核心控制單元（STM32F103）輸入信號，信號處理及通信過程與通過控制器自動操作一致。模擬斷路器手持終端有端子排與饋線終端的通信電纜進行連接[3]，內部有4G 通信模塊用于無線通信。

信號輸入輸出的過程中，核心控制單元（STM32F103）通過4G 模塊和ZigBee 通信接口對外進行通信，將數據記錄通過RS485發送到FTU 饋線智能化終端上，可通過智能化終端查看實時運行信息和歷史記錄，或通過4G 通信模塊將信息上傳至服務器。同時接收控制信號對模擬斷路器內部參數進行調整。FTU 手持終端模擬斷路器工作原理如圖2所示。

圖2 FTU 手持終端模擬斷路器工作原理

3.3 該模擬斷路器的液晶顯示單元

具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的液晶顯示單元采用3.0英寸的觸摸屏，分辨率為330×250，FTU 模擬斷路器觸摸屏主要特征詳見表1。

表1 FTU 模擬斷路器觸摸屏主要特征

4 該模擬斷路器試驗數據匹配算法流程

模擬斷路器試驗數據匹配算法流程如圖3所示，內部預存現有所有設備臺賬信息，包含設備名稱，定位坐標，歷史記錄等信息。開機工作時，每完成一次現場測試，連續獲取當前定位坐標，當獲取到連續穩定的位置坐標時，開始進入設備匹配過程，抽取臺賬內第一臺設備信息，通過測試地坐標與臺賬設備坐標對比，計算出兩點的距離。現場實際斷路器安裝于不同桿塔，相互距離基本在40m 以上，而北斗/GPS 定位精度在2.5m 以下[4]。因此設定條件為兩點距離小于10m 時為匹配成功，自動將該條試驗記錄歸類于此設備。若匹配不成功，則提取臺賬內下一臺設備信息，重復以上計算匹配過程，直到匹配成功為止。若在臺賬中未找到能匹配的設備，則在臺賬中創建一臺未命名設備。最后將試驗記錄進行本地存儲和遠程上傳。結束后進入等待下一次檢測過程。

圖3 模擬斷路器試驗數據匹配算法流程

5 具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的使用優勢

一是該模擬斷路器核心控制單元使用單片機作為控制芯片，矩陣按鍵的分、合閘和儲能時長合開關狀態變化延時可通過內部程序自定義，也可模擬真實斷路器無法分閘、合閘、儲能的故障狀態。

二是該模擬斷路器無須接入220V 市電，也無須外接發電機、蓄電池等外部電源，直接從端子排取得24V 直流電并通過降壓穩壓模塊轉換為5V 電源，為核心控制單元、繼電器、驅動電路、定位及通信模塊提供電源。并且針對不同廠家型號的饋線終端信號輸出方式不同，可以通過電源切換開關自主選擇遙信電源或者儲能電源給模擬斷路器供電。

三是該模擬斷路器用于現場測試時，通過核心控制單元內采用的智能匹配與記錄算法，將試驗現場所在位置的定位坐標，與核心控制單元內部預先存儲的饋線終端臺賬信息進行智能匹配，準確識別出被檢測饋線終端的身份信息，并通過北斗授時獲取時間，生成帶時標的事件記錄，自動將本次測試結果歸并入該終端的歷史試驗記錄中。

便攜式模擬斷路器體積小，重量輕，僅有手掌大小，攜帶方便，可以登上電力桿塔手持使用。在接收到饋線終端發出的合閘、分閘及儲能信號后會判斷輸入信號是否滿足設定時間及判定邏輯，若判定為接收到有效的控制信號，經延時后控制繼電器動作，通過端子排向饋線終端反饋合閘位、分閘位和儲能位信號，并通過所述模擬斷路器矩陣按鍵的指示燈進行合閘位、分閘位和儲能位的指示，具備FTU 饋線終端遙控試驗所需的全部功能，可以完全模擬斷路器的機械結構和邏輯功能。

6 結語

本文設計了一種具有FTU 饋線終端遙控功能的手持終端模擬斷路器，采用單片機（STM32F103）作為核心控制單元，可以在線路不停電的情況下，進行饋線終端的現場遙控功能試驗，實現模擬斷路器動作參數的靈活調整的同時還可模擬各類斷路器故障。解決現有模擬斷路器攜帶不便，動作特性不可調，不具備數據記錄及通信功能等問題。此外，該裝置攜帶方便，無須外部供電，具備試驗數據自動記錄和通信功能，提高了試驗數據收集、統計和分析的效率，大幅度改善了作業質量。