唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局廣東佛山528000）

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一種主變壓器有載分接開關(guān)遙控調(diào)檔裝置的設(shè)計

唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局廣東佛山528000）

摘要：針對主變壓器直流電阻試驗必須專人調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)的試驗現(xiàn)狀，設(shè)計了一種主變有載分接開關(guān)遙控調(diào)檔裝置，能使節(jié)省專門的調(diào)檔人員，提高了直流電阻試驗的效率。運用了圖像采集、處理和顯示技術(shù)，能準實時的顯示有載分接開關(guān)當(dāng)前的檔位，使試驗人員能夠隨時得到檔位信息，使遙控調(diào)檔能夠準確無誤。該裝置與主變二次回路沒有直接的電氣連接，不會給試驗增加新的風(fēng)險點。

關(guān)鍵詞：主變壓器；有載分接開關(guān)；圖像處理；無線通訊；SCCB協(xié)議

變壓器的直阻試驗是變壓器制造中半成品、成品出廠試驗、安裝、交接試驗及電力部門預(yù)防性試驗的必測項目，能有效發(fā)現(xiàn)變壓器線圈的選材、焊接、連接部位松動、缺股、斷線等制造缺陷和運行后存在的隱患。而對裝有有載分接開關(guān)的主變壓器進行直阻試驗，則需要對每個檔位下的直流電阻進行測試。當(dāng)前，在對某一個檔位完成直流電阻測試后，一般是通過人工操作有載分接開關(guān)上的調(diào)壓按扭來調(diào)節(jié)到下一個檔位，因此需要專門的人員負責(zé)調(diào)檔操作，再通知儀器操作人員調(diào)檔完成、可以進行測試［1］。

上述測試技術(shù)所需要的人力資源比較多、測試操作非常不方便，導(dǎo)致人機工作效率低，因此有必要針對現(xiàn)有測試技術(shù)進行改進。基于此，設(shè)計了一種新的調(diào)檔裝置，可以對分接開關(guān)進行遙控調(diào)檔，并可實時監(jiān)控當(dāng)前檔位，使直阻試驗的工作效率得到顯著提高［2］。

1　裝置的硬件設(shè)計

為滿足遙控調(diào)檔的目的，裝置須由兩部分組成，分別命名為“調(diào)檔機構(gòu)”和“控制箱”。其中調(diào)檔機構(gòu)安裝在有載分接開關(guān)處，完成調(diào)壓命令的執(zhí)行和圖像數(shù)據(jù)的采集、處理功能。控制箱由試驗人員操作，用來發(fā)出調(diào)壓命令、接收圖像數(shù)據(jù)并顯示當(dāng)前檔位圖像。兩者須通過無線通訊完成遙控調(diào)檔的目的。裝置硬件設(shè)計如圖1所示。下面將從上述兩部分對裝置進行闡述。

調(diào)檔機構(gòu)直接與有載分接開關(guān)連接，完成主變有載分接開關(guān)的調(diào)檔，設(shè)計具備以下功能：1）采集和預(yù)處理當(dāng)前有載分接開關(guān)的圖像數(shù)據(jù)；2）接收調(diào)檔指令，發(fā)送圖像數(shù)據(jù)；3）存儲圖像數(shù)據(jù)；4）實現(xiàn)調(diào)檔目的。為實現(xiàn)上述目的，以O(shè)mnjVjsjon公司的OV7670圖像傳感器模組作為圖像的采集模塊，該傳感器體積小、電壓低，具備VGA攝像頭和影像處理器的所有功能，同時還具備可夜視功能。通過SCCB協(xié)議控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數(shù)據(jù)。其VGA圖像最高為30幀/秒。所有圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度以及圖像的數(shù)據(jù)格式和傳輸方式都可以通過SCCB接口編程。滿足現(xiàn)場試驗的圖像采集的需求［3］。

裝置的調(diào)檔機構(gòu)采用Xj1jnx公司的Spartan-2E系列FPGA來作為控制器，一方面，F(xiàn)PGA通過UART轉(zhuǎn)WIFI模塊接收控制箱發(fā)過來的調(diào)檔指令，經(jīng)過分析判斷出是升檔還是降檔指令，并且按照指令要求的脈沖時延，通過對應(yīng)的IO口連接到繼電器的線圈，繼而來控制繼電器常開接點的分合動作及動作時間；另一方面，選擇FPGA的IO接口與圖像傳感器相連，通過FPGA編程實現(xiàn)OV7670圖像傳感器需要的SCCB協(xié)議，來控制圖像數(shù)據(jù)的格式和傳輸方式，并且通過并行傳輸來接收圖像數(shù)據(jù)，然后對圖像數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理后通過UART轉(zhuǎn)WIFI模塊再發(fā)送給控制箱；最后，F(xiàn)PGA可將接收到的圖像數(shù)據(jù)都存入FLASH中，并且可以隨時調(diào)用歷史數(shù)據(jù)。

圖1　裝置硬件結(jié)構(gòu)

無線傳輸采用WIFI的方式，選擇一種成熟的UART轉(zhuǎn)WIFI模塊，然后通過FPGA的IO口編寫UART傳輸協(xié)議即可完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。所選繼電器電壓為3.3 V，F(xiàn)PGA的脈沖輸出通過驅(qū)動電路（三極管共射電路）來驅(qū)動繼電器的線圈使常開接點分合。以完成有載分接開關(guān)的調(diào)檔功能。

控制箱作為試驗人員的操控部分，設(shè)計具備以下功能：1）顯示有載開關(guān)當(dāng)前檔位數(shù)據(jù)/圖像；2）形成有效的調(diào)檔脈沖（滿足100ms延時）；3）發(fā)出調(diào)檔指令并接收圖像數(shù)據(jù)；4）圖像顯示?？刂葡洳捎肨I公司的MSP430F6系列單片機，通過鍵盤來控制脈沖的頻率和占空比，再通過UART轉(zhuǎn)WIFI模塊發(fā)送。另外可通過UART轉(zhuǎn)WIFI模塊接受調(diào)檔機構(gòu)發(fā)送過來的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理后，通過TFT液晶屏顯示出來，由于選用的TFT液晶屏本身就集成了ILI9325控制模塊，所以單片機可以直接來控制該模塊，并且發(fā)送圖像數(shù)據(jù)即可［4-6］。

2　裝置軟件設(shè)計

為了使機構(gòu)各個模塊能并行不悖，軟件部分主要是采用嵌入式設(shè)計，包括單片機控制部分和FPGA控制部分，其軟件設(shè)計主要包括調(diào)檔指令的控制，圖像的采集和處理，WIFI的通訊設(shè)計以及圖像數(shù)據(jù)的存儲等其它設(shè)計。

在裝置遙控調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)的試驗過程中，試驗人員需要看到當(dāng)前的檔位圖像，以便確定機構(gòu)是否運行正常。但是因為所用的MSP430F6單片機的主頻最高20 M，UART口的傳輸速度最大為460800波特率（約4.4 Mbps），而OV7670圖像采集的1 s會有30幀圖像數(shù)據(jù)，即使采用數(shù)據(jù)量少的QVGA模式，圖像每一個行同步有效，會產(chǎn)生640個像素時鐘，每一個幀同步有效，會有240個有效行同步信號。每個像素時鐘會有8 bjt數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這樣計算下來1 s就會產(chǎn)生30 M的數(shù)據(jù)量，這么大的數(shù)據(jù)量無論是傳輸還是后續(xù)處理都是難以進行的。本裝置雖然要求對有載分接開關(guān)實時監(jiān)控，但對于圖像的流暢性并無要求。所以本裝置采用一種準實時的圖像采集和處理方式，F(xiàn)PGA只需每秒鐘接收一幀圖像數(shù)據(jù)即可，一秒鐘的采集流程如圖2所示。這樣只需處理1 M左右的數(shù)據(jù)量滿足后續(xù)傳輸和處理的要求。FPGA將每秒一幀的圖像數(shù)據(jù)通過WIFI通訊發(fā)送給控制箱，控制箱接收到這些圖像數(shù)據(jù)后由單片機通過并口模式發(fā)送給TFT液晶屏即可實現(xiàn)準實時監(jiān)控。

圖2　FPGA一秒鐘的采集流程

檔位升降指令由按鍵控制，通過接入單片機的IO口，以中斷觸發(fā)的方式來告訴單片機當(dāng)前的指令是升檔還是降檔。并且可以通過延時函數(shù)來設(shè)置脈沖觸發(fā)時間。然后將這些信息通過對應(yīng)的代碼無線發(fā)送給調(diào)檔機構(gòu)，由FPGA來識別后確定是升檔還是降檔，以及脈沖持續(xù)時間。然后將相應(yīng)的脈沖通過FPGA對應(yīng)的管腳發(fā)送給驅(qū)動電路，再通過繼電器來實現(xiàn)最后的調(diào)檔功能。系統(tǒng)綜合設(shè)計流程如圖3所示。

3　裝置實測效果

完成對裝置主要硬件和軟件的設(shè)計，并且通過一系列的組裝。最終研制出了一款有載分接開關(guān)遙控調(diào)檔裝置。將該裝置調(diào)檔機構(gòu)的繼電器常開接點與主變有載分接開關(guān)對應(yīng)的的升降檔位繼電器的常開接點相并聯(lián)即可進行遙控調(diào)檔試驗，該裝置與主變二次回路避免了直接的電氣連接，不會給試驗增加新的風(fēng)險點。通過多次試驗，該裝置能可靠應(yīng)用于有載開關(guān)的遙控調(diào)檔，并且能準實時的監(jiān)控到當(dāng)前檔位圖像。圖4是裝置夜間操作的照片。

圖3　系統(tǒng)綜合設(shè)計流程

圖4　裝置夜間現(xiàn)場運用

4　結(jié)論

文章首先介紹了當(dāng)前做變壓器直流電阻試驗時需專人調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)，從而造成了人員的浪費，由此提出設(shè)計一種主變壓器有載分接開關(guān)遙控調(diào)檔裝置。接著從硬件結(jié)構(gòu)上設(shè)計了遙控調(diào)檔裝置的各個組成模塊，裝置分成了控制箱和調(diào)檔機構(gòu)兩部分并以WIFI方式來進行無線通訊，兩者間能夠傳送調(diào)檔控制指令以及圖像數(shù)據(jù)，從而使裝置不但能進行遙控調(diào)檔還能對當(dāng)前檔位進行實時監(jiān)控。然后基于硬件系統(tǒng)設(shè)計了對應(yīng)的軟件流程，提出了一種利于裝置實用的準實時的圖像處理方法，完成了整個裝置的軟件綜合設(shè)計。最后通過硬件和軟件兩方面的研究設(shè)計出了一種主變壓器有載分接開關(guān)遙控調(diào)檔裝置，并且通過實測驗證了裝置的有效性和實用價值。

參考文獻：

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Deslgn of remote control devlce of 0LTC

TANG Qj，CHEN Zhj-pjng，HUANG Xu-yu （Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，F(xiàn)oshan 528000，Chjna）

Abstract:Accordjng to the test sjtuatjon of the majn transformer DC resjstance test，jt desjgns a remote contro1 devjce. The devjce can save the specja1 person who adjusts the gear，and jmprove the effjcjency of the DC resjstance test. The devjce uses the jmage acqujsjtjon，processjng and djsp1ay techno1ogy.And jt can djsp1ay OLTC（On-1oad tap changer）current gear jn a quasj rea1 tjme.It can make the test personne1 get fj1e jnformatjon，and jt can make the test accurate.There js no djrect e1ectrjca1 connectjon between the devjce and the majn transformer secondary cjrcujt，so the devjce wj11 not jncrease the rjsk of new pojnts to test.

Key words:the majn transformer；on-1oad tap changer；jmage processjng；wjre1ess communjcatjon；SCCB protoco1

中圖分類號：TN99

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6236（2016）07-0151-03

收稿日期：2015-05-21稿件編號：201505199

作者簡介：唐琪（1983—），男，四川閬中人，碩士，工程師。研究方向：高壓試驗和狀態(tài)監(jiān)測。