新型智能有載分接開關控制器的設計

張 姍，張建輝，郭晉偉

（1.保定天泰電力科技有限公司，河北 保定 071000；2.保定德優(yōu)電氣設備制造有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

有載分接開關，是一種為變壓器在負載變化時提供恒定電壓的開關裝置。有載開關控制器作為有載開關的指揮中心占有重要地位?？刂破鞯募夹g性能水平和產(chǎn)品可靠性直接影響有載調(diào)壓變壓器的運行狀態(tài)，也直接影響供電質(zhì)量高低。在長期運行中，變壓器有載分接開關在頻繁調(diào)檔過程中，油室內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，從而發(fā)出輕瓦斯報警信號[1]。當發(fā)生輕瓦斯報警后，需要檢修人員按照操作規(guī)程辦理相關手續(xù)，登上變壓器進行檢查，進行人工放氣。為了判斷有載開關是否需要檢修，需要人工現(xiàn)場檢查，并且記錄氣體繼電器前后兩次報警的時間間隔或有載開關累積動作次數(shù)，以此判斷是否需要對有載開關進行檢修?？梢姡壳暗娜斯げ僮鞣绞焦ぷ鞣爆?、強度大、影響供電的連續(xù)性和可靠性。

為此，本文設計了一種新型智能有載分接開關控制器，可以采集氣體繼電器放氣信號，并且記錄存儲每次放氣的時間、放氣的次數(shù)以及放氣時有載開關的動作次數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲的歷史數(shù)據(jù)，智能判斷是否需要放氣和是否需要有載開關維修。

1 系統(tǒng)原理

市場上存在的有載分接開關種類很多，與之配合使用的有載分接開關控制器種類更是繁多。本次設計以與上海華明電力設備制造的CMD型有載分接開關配套使用的有載開關控制器（以下簡稱控制器）為例[2]。

有載開關分接位置通過19芯航空插座經(jīng)隔離后由CPU讀取顯示，并輸出BCD碼供用戶使用。CPU對分接位置的變化次數(shù)進行累加計數(shù)并顯示在液晶屏上，同時將電機工作狀態(tài)、報警信息和操作模式顯示在主頁上，通過按鍵板進行設置、本地控制操作和翻頁信息查看等?？刂破鲀?nèi)部增加EEPROM芯片，可以防止掉電而信息丟失。控制器通過本地、電操和遠控三種操作模式，控制本設備內(nèi)部固態(tài)繼電器的升、降和停，輸出信號控制對應執(zhí)行機構運行。原理結(jié)構如圖1所示[3]。

圖1 原理結(jié)構圖

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

控制器硬件設計主要包括CPU單元、電源模塊、信號電壓采集模塊、隔離模塊、按鍵顯示模塊和通信模塊幾部分組成。下面對其中幾個重要單元模塊進行介紹[4]。

2.1.1 CPU單元

控制器CPU選用意法半導體STM32F103VCT6，具有豐富的外圍接口，完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，是整個系統(tǒng)的核心控制單元。CPU單元接口主要包括信號輸入模塊和信號輸出模塊。信號輸入模塊包括程序下載接口、檔位讀取接口、按鍵輸入接口以及遠控輸入接口。信號輸出模塊包括升降停控制輸出接口、BCD碼輸出接口、通信接口以及液晶顯示接口。

2.1.2 電源模塊

電源模塊為整個系統(tǒng)供電。電源模塊將輸入的220 V交流電進行變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓，分別輸出12 V、5 V。其中，12 V電源主要為繼電器等元器件供電；5 V電源通過電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出3.3 V電源，主要完成CPU單元的供電。

2.1.3 電壓采樣模塊

該模塊主要完成供電電源的采樣。當供電電源電壓低于正常工作電壓的80%時，系統(tǒng)會停止工作，同時發(fā)出聲光報警，提示工作人員檢修供電電源線路。該模塊是一種保護電路，防止供電電源過高或過低對控制造成影響。

2.1.4 按鍵和顯示模塊

2.1.5 通信模塊

中控室上位機需要采集控制器信息，方便遠程監(jiān)測和控制。控制器與上位機RS485通信，設置好通信格式，即可握手通信。上位機可以讀取當前有載開關檔位，可以寫入數(shù)據(jù)控制有載開關進行升、降和停操作。系統(tǒng)主要通過芯片MAX485來完成具體的通信工作。

2.2 軟件設計

軟件設計選用KEIL編程軟件進行C語言程序的編寫調(diào)試。程序控制是一個產(chǎn)品的靈魂，既可以實現(xiàn)系統(tǒng)功能，又可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)整體程序流程如圖2所示，其中主要對主程序中故障處理程序做詳細敘述。

2.2.1 系統(tǒng)初始化

上電以后進入主程序，首先完成系統(tǒng)初始化操作，包括硬件初始化、實時時鐘初始化、I/O口初始化、RS485初始化以及應用程序等的初始化。應用程序初始化主要完成液晶顯示、檔位和時間等的初始化。

2.2.2 故障報警處理程序

控制器有欠壓、無檔、過流和放氣信息4種報警產(chǎn)生。當有故障產(chǎn)生時，控制器發(fā)出報警提示音，同時主界面顯示報警故障信息，用戶可以從報警界面查看近16次歷史報警信息[5]。

圖2 系統(tǒng)程序流程圖

控制器采集到有放氣報警信息產(chǎn)生時，發(fā)出報警提示音，記錄并存儲本次放氣請求產(chǎn)生的時間和放氣請求時有載開關動作的次數(shù)，同時根據(jù)存儲的歷史數(shù)據(jù)判斷是否需要進行有載開關維修。例如，近6次數(shù)據(jù)中，放氣報警間隔越來越短，且在此間隔時間段內(nèi)有載開關動作次數(shù)越來越頻繁，則放氣的同時提示工作人員進行有載開關檢修。再如，近兩次放氣報警產(chǎn)生時間段內(nèi)，有載開關動作次數(shù)達到了前兩次的一倍之多，則控制器提示工作人員進行有載開關檢修?？刂破饕源碎L期工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行自動智能分析，增加了判斷的可靠性，減少了工作人員的誤判斷、誤操作[6]。

3 結(jié) 論

此款新型有載開關控制器人機界面良好、功能強大、運行穩(wěn)定可靠、使用方便，可采集有載開關氣體繼電器輕瓦斯報警信號，統(tǒng)計報警間隔內(nèi)有載開關切換次數(shù)，分析判斷是否對有載開關進行檢修，提高了變電站自動化水平，進一步保證了電網(wǎng)工作的可靠穩(wěn)定性。

目前，市場對輕瓦斯報警處理繁瑣且具有一定盲目性。該型控制器可以根據(jù)以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行智能判斷，減少人力物力的損耗。由于控制器智能判斷需要大量的數(shù)據(jù)做依托，因此需要進一步加大工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為輸入，從而增加判斷的可靠性。