換流站模擬量測(cè)量回路便攜式檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

唐 帆，王方偉

（1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000；2.云南寶能建設(shè)工程有限公司，云南 昆明 650500）

0 引 言

換流站有多種非電氣模擬量輸出，如油溫表、網(wǎng)側(cè)繞溫表、閥側(cè)繞溫表、本體油位表、分接開關(guān)油位表、SF6氣壓表及水位表等，均需通過(guò)模擬量信號(hào)變送器轉(zhuǎn)為4～20 mA的信號(hào)，并傳至后臺(tái)信號(hào)系統(tǒng)。

在變電站或者換流站中，當(dāng)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與后臺(tái)顯示相差很大難以確認(rèn)故障位置時(shí)，可能是傳感器故障、測(cè)量回路硬件回路故障或者是測(cè)量回路軟件設(shè)置錯(cuò)誤。由于后臺(tái)信號(hào)系統(tǒng)接收了錯(cuò)誤信息，造成后臺(tái)顯示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤數(shù)據(jù)不能正常反映設(shè)備狀態(tài)，將增加運(yùn)行人員的運(yùn)維難度。

本文研究了一種基于換流站模擬量測(cè)量回路的便攜式檢測(cè)調(diào)試裝置，對(duì)換流站模擬量測(cè)量回路進(jìn)行檢測(cè)，便于快速查找故障原因。

1 便攜式檢測(cè)調(diào)試裝置工作原理

便攜式檢測(cè)調(diào)試裝置的處理核心為STM32單片機(jī)。單片機(jī)分別連接電壓輸出模塊和電流輸出模塊。電壓輸出模塊和電流輸出模塊的模擬量輸出接口與換流站的測(cè)控系統(tǒng)連接，從測(cè)控系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)并傳至STM32單片機(jī)。單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并對(duì)比測(cè)量的相應(yīng)模擬量信號(hào)數(shù)據(jù)與測(cè)控系統(tǒng)中傳至單片機(jī)的數(shù)據(jù)，同時(shí)在顯示模塊中顯示測(cè)量的模擬量數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換量數(shù)據(jù)及從測(cè)控系統(tǒng)中傳到單片機(jī)的數(shù)據(jù)。單片機(jī)對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，若兩數(shù)據(jù)差距超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，并啟動(dòng)聲光報(bào)警模塊，具體模塊連接如圖1所示。

圖1 模塊連接圖

電源模塊為整個(gè)裝置的供電模塊，可通過(guò)MICRO USB接口充電，設(shè)有一個(gè)用于控制整個(gè)裝置供電的總開關(guān)和一個(gè)指示工作狀態(tài)的LED燈。當(dāng)指示燈滅時(shí)，裝置未運(yùn)行；當(dāng)指示燈亮?xí)r，裝置運(yùn)行。單片機(jī)的作用是收集、處理數(shù)據(jù)，做出判斷，輸出指令。電壓輸出模塊的作用是接收單片機(jī)的指令，輸出0～10 V電壓或者2～10 V電壓。此模塊包含一個(gè)LED指示燈，指示燈滅時(shí)休眠不工作，指示燈持續(xù)亮?xí)r輸出0～10 V電壓，指示燈閃爍時(shí)輸出2～10 V電壓。電流輸出模塊的作用是接收單片機(jī)的指令，輸出0～20 mA電流或者4～20 mA電流。此模塊也包含一個(gè)LED指示，指示燈滅時(shí)休眠不工作，指示燈持續(xù)亮?xí)r輸出0～20 mA電流，指示燈閃爍時(shí)輸出4～20 mA電流。顯示模塊的作用是接收單片機(jī)的指令，顯示模擬量的真實(shí)值、測(cè)控系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)換量的數(shù)值。按鍵輸入模塊的作用是設(shè)置裝置工作模式，設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出值。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括STM32單片機(jī)的初始化、電壓和電流輸出模塊采集設(shè)計(jì)、顯示器循環(huán)顯示相應(yīng)采集數(shù)據(jù)及鍵盤模塊程序選擇設(shè)計(jì)[1-2]。

軟件采用定時(shí)中斷的工作方式，每隔2 ms對(duì)各個(gè)傳輸?shù)絊TM32的測(cè)量值輪流采樣，通過(guò)數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，并在數(shù)據(jù)處理后計(jì)算相應(yīng)的模擬量數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換量數(shù)據(jù)，然后對(duì)比測(cè)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量模擬量，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)判斷是否發(fā)出警報(bào)，具體流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制流程圖

3 測(cè)量流程

以調(diào)試換流站主變溫度測(cè)量回路為例，流程如下。

（1）打開電源模塊的總開關(guān)，通過(guò)按鍵模塊設(shè)置裝置為4～20 mA電流輸出模式，并設(shè)置轉(zhuǎn)換公式參數(shù)，初始輸出為4 mA；觀察裝置的運(yùn)行狀態(tài)，確認(rèn)無(wú)異常后關(guān)閉總開關(guān)。

（2）將裝置按照?qǐng)D1接線在測(cè)控系統(tǒng)的最低端，替代傳感器。

（3）檢查輸出模式，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后打開總開關(guān)，使裝置處于輸出模式。

（4）觀察測(cè)控系統(tǒng)后臺(tái)的數(shù)值變化，若與轉(zhuǎn)換量顯示模塊顯示的轉(zhuǎn)換值不一樣，則通過(guò)按鍵模塊調(diào)節(jié)輸出的電流值得到多組數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)的變化，尋找不一致的原因。若此數(shù)據(jù)無(wú)變化，則測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量回路存在問(wèn)題；若數(shù)據(jù)變化且是另外一種線性關(guān)系的變化，則測(cè)控系統(tǒng)中輸入的公式錯(cuò)誤。

（5）監(jiān)測(cè)調(diào)試后，關(guān)閉電池模塊1的總開關(guān)。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）模擬量顯示模塊和轉(zhuǎn)換量顯示模塊可直接顯示模擬輸出量的值和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換量的值，結(jié)果顯示明顯，便于與測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)值進(jìn)行對(duì)照；

（2）設(shè)有鍵盤模塊，可用于設(shè)置裝置工作模式、參數(shù)設(shè)置及步進(jìn)調(diào)試；

（3）多種模式，可滿足不同狀態(tài)下的模擬量輸出條件；

（4）裝置體積小，便于攜帶。

基于換流站模擬量測(cè)量回路，開發(fā)了換流站模擬量測(cè)量回路的便攜式檢測(cè)調(diào)試裝置，實(shí)現(xiàn)了換流站內(nèi)模擬量測(cè)量回路的快速檢測(cè)調(diào)試，減小了運(yùn)行檢修人員的檢修難度，提高了運(yùn)行檢修人員的檢修效率和換流站運(yùn)行的穩(wěn)定性。