基于特高壓主變穩(wěn)控系統(tǒng)策略的輔助校驗(yàn)裝置的研制

宋宇 喬星金 馬敏杰

摘 要：在特高壓穩(wěn)控裝置的調(diào)試過(guò)程中，以往是使用短接線模擬接點(diǎn)的閉合，應(yīng)用于穩(wěn)控裝置的單體校驗(yàn)，一旦短接錯(cuò)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作。文章針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了一種多支路開(kāi)關(guān)量輸出的輔助校驗(yàn)裝置，該裝置的開(kāi)出量延時(shí)和保持時(shí)間可就地化設(shè)置，能夠模擬開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信號(hào)及保護(hù)動(dòng)作后的接點(diǎn)輸出，可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，固化人的行為。

關(guān)鍵詞：特高壓；穩(wěn)控裝置；輔助校驗(yàn)；多開(kāi)出量

引言

安全穩(wěn)控裝置作為電力系統(tǒng)第二道防線關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用[1]。2015年，江蘇將建設(shè)多個(gè)特高壓變電站，為保障特高壓安全平穩(wěn)運(yùn)行，勢(shì)必新建多套特高壓穩(wěn)控裝置。國(guó)內(nèi)特高壓變電站經(jīng)過(guò)試點(diǎn)工程和常態(tài)化建設(shè)兩個(gè)階段，目前，雖然江蘇已經(jīng)率先運(yùn)用特高壓穩(wěn)控裝置，但還未在特高壓主變上運(yùn)用，且沒(méi)有完善、成熟的檢修相關(guān)技術(shù)支撐。國(guó)內(nèi)外特高壓發(fā)展還未起步，未出現(xiàn)類(lèi)似特高壓主變穩(wěn)控裝置的檢修相關(guān)技術(shù)。

文章依托江蘇特高壓變電站穩(wěn)控系統(tǒng)，深度分析穩(wěn)控裝置在建設(shè)及檢修過(guò)程中存在的危險(xiǎn)點(diǎn)，研究安全控制技術(shù)，研究有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的驗(yàn)證方法；從長(zhǎng)遠(yuǎn)的檢修維護(hù)角度，研究出適用于該類(lèi)穩(wěn)控裝置檢修輔助試驗(yàn)設(shè)備；所研制的基于特高壓穩(wěn)控系統(tǒng)策略的輔助校驗(yàn)裝置，應(yīng)用于穩(wěn)控裝置的單體校驗(yàn)。

目前，調(diào)試過(guò)程中都是使用短接線模擬接點(diǎn)的閉合，一旦短接錯(cuò)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，輔助校驗(yàn)裝置能夠模擬開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信號(hào)機(jī)保護(hù)動(dòng)作后的接點(diǎn)輸出，可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

1 功能設(shè)計(jì)

如圖1所示，為了便于對(duì)穩(wěn)控裝置的單體校驗(yàn)，輔助校驗(yàn)裝置提供多支路開(kāi)出量輸出，每一路的開(kāi)出量接點(diǎn)動(dòng)作延時(shí)和保持時(shí)間支持就地化設(shè)置，開(kāi)出量的輸出支持手動(dòng)按鈕和外部信號(hào)兩種觸發(fā)方式。外部信號(hào)即開(kāi)入量，支持“邏輯或”和“邏輯與”兩種邏輯組合。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)工作需求，輔助校驗(yàn)裝置具備以下功能特點(diǎn)：（1）裝置能夠模擬開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信號(hào)機(jī)保護(hù)動(dòng)作后的接點(diǎn)輸出。（2）裝置具有12路開(kāi)出量，分為6路常開(kāi)接點(diǎn)、6路常閉接點(diǎn)。（3）裝置具有2路開(kāi)入量，公共端DC5V，支持2路“邏輯與”和“邏輯或”的邏輯組合。（4）開(kāi)出量的延時(shí)和保持時(shí)間參數(shù)，支持就地化設(shè)置。（5）開(kāi)出量輸出支持手動(dòng)按鈕和外部信號(hào)兩種觸發(fā)方式。

綜上所述，該輔助校驗(yàn)裝置采用一體結(jié)構(gòu)，手持化設(shè)計(jì)，開(kāi)出量空節(jié)點(diǎn)輸出，開(kāi)入量裝置內(nèi)部供電，采用外部DC5V1A供電，設(shè)置的時(shí)間單位10ms，設(shè)置范圍10ms到1min，開(kāi)出量根據(jù)設(shè)置的時(shí)間動(dòng)作，精度高，大大提高保護(hù)調(diào)試人員的工作效率，減少因人為因素造成的差錯(cuò)。

2 方案設(shè)計(jì)

該輔助校驗(yàn)裝置應(yīng)用于穩(wěn)控裝置單體的校驗(yàn)，目前調(diào)試過(guò)程中都是使用短接線模擬接點(diǎn)的閉合，一旦短接錯(cuò)可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，因此，輔助校驗(yàn)裝置需要能夠模擬開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信號(hào)及保護(hù)動(dòng)作后的接點(diǎn)輸出。同時(shí)，需要提供多支路的開(kāi)關(guān)量，方便對(duì)不同穩(wěn)控裝置單體校驗(yàn)，并且每個(gè)支路開(kāi)關(guān)量的輸出延時(shí)和保持時(shí)間可設(shè)置，以達(dá)到不同的支路可以按規(guī)定的時(shí)間動(dòng)作。

提出一種設(shè)計(jì)方案，按照其獨(dú)立性的原則，設(shè)計(jì)12路獨(dú)立的開(kāi)出量，分為6路常開(kāi)接點(diǎn)、6路常閉接點(diǎn)，由一種電氣性能良好的繼電器來(lái)完成其接點(diǎn)動(dòng)作和復(fù)歸的功能。設(shè)計(jì)2路開(kāi)入量，支持“邏輯或”和“邏輯與”的邏輯組合控制開(kāi)出量1。為了實(shí)現(xiàn)就地化的設(shè)置開(kāi)出量的動(dòng)作時(shí)間，采用鍵盤(pán)加液晶的組合設(shè)計(jì)，液晶配置一顆主流的GPU（協(xié)處理CPU），所有的工作由其總的處理單元（主控CPU）來(lái)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。其硬件單元應(yīng)包括：主控CPU模塊，協(xié)處理CPU模塊，2#智能開(kāi)出模塊，1#智能開(kāi)出模塊，指示燈顯示模塊，HMI顯示模塊，智能開(kāi)入模塊，鍵盤(pán)模塊，DC-DC隔離電源模塊，電源模塊。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是配置靈活，每個(gè)模塊功能單一、相互獨(dú)立、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并且。

輔助校驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方案如圖 2所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 CPU模塊的設(shè)計(jì)

主控CPU模塊和協(xié)處理CPU模塊都采用ST公司的32位微控制器，該系列MCU包含一個(gè)Cortex-M3核，主頻經(jīng)過(guò)PLL后可達(dá)72MHz。STM32單片機(jī)在微控領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)位置，功能強(qiáng)大、功耗低、存儲(chǔ)容量大，加之ST公司開(kāi)放的固件庫(kù)，使編程變得非常方便[3]。

主控CPU模塊負(fù)責(zé)采集鍵盤(pán)模塊傳來(lái)的信息，包括交互和命令兩種信息類(lèi)型，交互信息通過(guò)USART傳給協(xié)處理CPU模塊，命令信息傳給1#智能開(kāi)出模塊、2#智能開(kāi)出模塊和指示燈顯示模塊；同時(shí)負(fù)責(zé)采集智能開(kāi)入模塊傳來(lái)的狀態(tài)信息，傳給1#智能開(kāi)出模塊和指示燈顯示模塊。

協(xié)處理CPU模塊負(fù)責(zé)接收主控CPU模塊傳來(lái)的交互信息，交互信息經(jīng)處理后，傳給HMI顯示模塊。

3.2 開(kāi)入開(kāi)出模塊的設(shè)計(jì)

1#智能開(kāi)出模塊采用6個(gè)DSP2a-DC5V繼電器，該類(lèi)繼電器包含兩組常開(kāi)接點(diǎn)，輔助校驗(yàn)裝置將兩組常開(kāi)接點(diǎn)并接使用。

2#智能開(kāi)出模塊采用6個(gè)DSP1-DC5V-F繼電器，該類(lèi)繼電器包含一組常開(kāi)接點(diǎn)，一組常閉接點(diǎn)，輔助校驗(yàn)裝置使用了常閉接點(diǎn)。2#智能開(kāi)出模塊負(fù)責(zé)接收主控CPU模塊傳來(lái)的命令信息，根據(jù)命令信息控制開(kāi)出量做出相應(yīng)的動(dòng)作。命令信息包括動(dòng)作命令，停止命令，動(dòng)作延時(shí)時(shí)間、保持時(shí)間。

智能開(kāi)入模塊具有兩路通道，公共端由DC-DC隔離電源模塊提供DC5V電源，兩路通道信號(hào)支持邏輯組合，包括“邏輯或”和“邏輯與”兩種邏輯組合關(guān)系。智能開(kāi)入模塊負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)的邏輯狀態(tài)，傳送到主控CPU模塊，進(jìn)而控制1#智能開(kāi)出模塊中部分開(kāi)出量。

3.3 HMI模塊的設(shè)計(jì)

HMI顯示模塊6采用2.2 220x176分辨率的TFT真彩屏。HMI顯示模塊6負(fù)責(zé)接收協(xié)處理CPU模塊2傳來(lái)的交互信息，控制液晶屏顯示相應(yīng)的交互操作，包括設(shè)置時(shí)間，設(shè)置實(shí)驗(yàn)，查看幫助等。

鍵盤(pán)模塊包括11個(gè)按鍵，負(fù)責(zé)捕獲按鍵的操作，將操作信息傳送到主控CPU模塊，操作包括上、下、左、右、ENTER、ESC、F1、F2、F3、F4、CLR。

3.4 顯示模塊的設(shè)計(jì)

指示燈顯示模塊包括17只LED燈，1只藍(lán)色運(yùn)行燈，1只紅色故障燈，1只綠色實(shí)驗(yàn)燈，2只開(kāi)入指示燈，6只常開(kāi)開(kāi)出指示燈，6只常閉開(kāi)出指示燈。指示燈顯示模塊負(fù)責(zé)接收主控CPU模塊傳來(lái)的命令信息，包括鍵盤(pán)和開(kāi)入觸發(fā)的兩種命令信息，做相應(yīng)的電燈、滅燈操作。

3.5 電源模塊

DC-DC隔離電源模塊負(fù)責(zé)DC5V-DC5V的轉(zhuǎn)換隔離，給智能開(kāi)入模塊公共端供電，防止智能開(kāi)入模塊端子誤操作損壞本實(shí)用型新模塊本身。電源模塊負(fù)責(zé)DC5V-DC3.3V的轉(zhuǎn)換，DC3.3V給主控CPU模塊和協(xié)處理CPU模塊供電。

4 軟件設(shè)計(jì)

輔助校驗(yàn)裝置的軟件設(shè)計(jì)包括人機(jī)交互和實(shí)驗(yàn)兩部分。人機(jī)交互涉及界面操作、參數(shù)設(shè)置等；實(shí)驗(yàn)包括手動(dòng)按鈕和外部信號(hào)兩種觸發(fā)開(kāi)出量的邏輯處理。

如圖4所示，上級(jí)界面中，通過(guò)左右鍵選擇菜單，ENTER鍵進(jìn)入相應(yīng)下級(jí)界面；下級(jí)界面中，通過(guò)ESC鍵返回上級(jí)界面。

如圖5所示，在實(shí)驗(yàn)界面中，通過(guò)F2鍵進(jìn)入修改狀態(tài)，通過(guò)方向（上、下、左、右）鍵選擇修改位，通過(guò)ENTER鍵修改值，通過(guò)ESC鍵返回到實(shí)驗(yàn)界面。

如圖6所示，在觸發(fā)設(shè)置界面，初始界面為開(kāi)出n，可以批量設(shè)開(kāi)出1-12，通過(guò)上下鍵翻頁(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)出1到開(kāi)出12的設(shè)置。在設(shè)置界面中，通過(guò)F2鍵進(jìn)入修改狀態(tài)，通過(guò)左右鍵選擇修改位，通過(guò)上下鍵修改值，通過(guò)ESC鍵取消設(shè)置，通過(guò)ENTER鍵保存設(shè)置值。

如圖7所示，在實(shí)驗(yàn)界面中，通過(guò)F4鍵手動(dòng)觸發(fā)實(shí)驗(yàn)，12路開(kāi)出根據(jù)設(shè)置的狀態(tài)，設(shè)置的延時(shí)和保持時(shí)間動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)未結(jié)束前，通過(guò)CLR鍵可以停止試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)界面中，采集開(kāi)入量，根據(jù)設(shè)置的狀態(tài)及邏輯組合關(guān)系，觸發(fā)開(kāi)出1動(dòng)作。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試證明，輔助校驗(yàn)裝置可以帶來(lái)以下效果：

（1）減少現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)拆線和接線的工作量，進(jìn)而避免了因拆線和接線錯(cuò)誤而導(dǎo)致的安全隱患，大大提高了輔助校驗(yàn)工作的質(zhì)量。

（2）提高了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工作效率，節(jié)約了校驗(yàn)維護(hù)工作時(shí)間；降低了校驗(yàn)維護(hù)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)只需把相應(yīng)的開(kāi)出接入需要校驗(yàn)的支路，之后設(shè)置參數(shù)，就可以進(jìn)行多次校驗(yàn)操作。

（3）該裝置的應(yīng)用，可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，固化人的行為，從而滿(mǎn)足實(shí)際遇到的問(wèn)題，具有實(shí)際的可行性和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張宇，劉靜琨.影響特高壓電網(wǎng)運(yùn)行的因素及應(yīng)對(duì)策略[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，1.

[2]何春華，鄢仁成.開(kāi)關(guān)量的實(shí)用軟件處理方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2005，13（4）.

[3]劉火良，楊森.STM32庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社.