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        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

        2016-10-21 17:00:17宋宇喬星金馬敏杰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年7期
        關(guān)鍵詞:特高壓

        宋宇 喬星金 馬敏杰

        摘 要:在特高壓穩(wěn)控裝置的調(diào)試過程中,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)了一種多支路開關(guān)量輸出的輔助校驗(yàn)裝置,該裝置的開出量延時(shí)和保持時(shí)間可就地化設(shè)置,能夠模擬開關(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。國內(nèi)特高壓變電站經(jīng)過試點(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,且沒有完善、成熟的檢修相關(guān)技術(shù)支撐。國內(nèi)外特高壓發(fā)展還未起步,未出現(xiàn)類似特高壓主變穩(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;從長遠(yuǎn)的檢修維護(hù)角度,研究出適用于該類穩(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)致開關(guān)的誤動(dòng)作,輔助校驗(yàn)裝置能夠模擬開關(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)裝置提供多支路開出量輸出,每一路的開出量接點(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)即開入量,支持“邏輯或”和“邏輯與”兩種邏輯組合。

        鑒于現(xiàn)場工作需求,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路開出量,分為6路常開接點(diǎn)、6路常閉接點(diǎn)。(3)裝置具有2路開入量,公共端DC5V,支持2路“邏輯與”和“邏輯或”的邏輯組合。(4)開出量的延時(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),開出量空節(jié)點(diǎn)輸出,開入量裝置內(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)致開關(guān)的誤動(dòng)作,因此,輔助校驗(yàn)裝置需要能夠模擬開關(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)立的開出量,分為6路常開接點(diǎn)、6路常閉接點(diǎn),由一種電氣性能良好的繼電器來完成其接點(diǎn)動(dòng)作和復(fù)歸的功能。設(shè)計(jì)2路開入量,支持“邏輯或”和“邏輯與”的邏輯組合控制開出量1。為了實(shí)現(xiàn)就地化的設(shè)置開出量的動(dòng)作時(shí)間,采用鍵盤加液晶的組合設(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#智能開出模塊,1#智能開出模塊,指示燈顯示模塊,HMI顯示模塊,智能開入模塊,鍵盤模塊,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公司開放的固件庫,使編程變得非常方便[3]。

        主控CPU模塊負(fù)責(zé)采集鍵盤模塊傳來的信息,包括交互和命令兩種信息類型,交互信息通過USART傳給協(xié)處理CPU模塊,命令信息傳給1#智能開出模塊、2#智能開出模塊和指示燈顯示模塊;同時(shí)負(fù)責(zé)采集智能開入模塊傳來的狀態(tài)信息,傳給1#智能開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模塊傳來的交互信息,交互信息經(jīng)處理后,傳給HMI顯示模塊。

        3.2 開入開出模塊的設(shè)計(jì)

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

        2#智能開出模塊采用6個(gè)DSP1-DC5V-F繼電器,該類繼電器包含一組常開接點(diǎn),一組常閉接點(diǎn),輔助校驗(yàn)裝置使用了常閉接點(diǎn)。2#智能開出模塊負(fù)責(zé)接收主控CPU模塊傳來的命令信息,根據(jù)命令信息控制開出量做出相應(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#智能開出模塊中部分開出量。

        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只開入指示燈,6只常開開出指示燈,6只常閉開出指示燈。指示燈顯示模塊負(fù)責(zé)接收主控CPU模塊傳來的命令信息,包括鍵盤和開入觸發(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,給智能開入模塊公共端供電,防止智能開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)開出量的邏輯處理。

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

        如圖5所示,在實(shí)驗(yàn)界面中,通過F2鍵進(jìn)入修改狀態(tài),通過方向(上、下、左、右)鍵選擇修改位,通過ENTER鍵修改值,通過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,初始界面為開出n,可以批量設(shè)開出1-12,通過上下鍵翻頁,實(shí)現(xiàn)對(duì)開出1到開出12的設(shè)置。在設(shè)置界面中,通過F2鍵進(jìn)入修改狀態(tài),通過左右鍵選擇修改位,通過上下鍵修改值,通過ESC鍵取消設(shè)置,通過ENTER鍵保存設(shè)置值。

        如圖7所示,在實(shí)驗(yàn)界面中,通過F4鍵手動(dòng)觸發(fā)實(shí)驗(yàn),12路開出根據(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CLR鍵可以停止試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)界面中,采集開入量,根據(jù)設(shè)置的狀態(tài)及邏輯組合關(guān)系,觸發(fā)開出1動(dòng)作。

        5 結(jié)束語

        通過現(xiàn)場實(shí)際測(cè)試證明,輔助校驗(yàn)裝置可以帶來以下效果:

        (1)減少現(xiàn)場試驗(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)場只需把相應(yīng)的開出接入需要校驗(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,從而滿足實(shí)際遇到的問題,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庫開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

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