劉洪兵 資容濤 解天柱

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局）

0 引言

使用端子排連接保護(hù)屏柜內(nèi)外部回路存在問題有：1、保護(hù)屏柜安裝階段需要專業(yè)設(shè)計進(jìn)行開入、開出、電流回路端子排接線圖的設(shè)計繪圖、同時還需要專業(yè)施工人員按圖進(jìn)行控制電纜的安裝接線，有安裝施工工藝復(fù)雜、過程繁瑣的問題，當(dāng)屏柜投運(yùn)后需要定期進(jìn)行端子螺絲緊固工作，存在維護(hù)量大的問題；2、繼電保護(hù)專業(yè)人員在變電站二次回路日常屏柜調(diào)試及日常維護(hù)工作中需要測量開入、開出、交流電壓回路的對地電壓來分析判斷這些二次回路是否正常，而傳統(tǒng)連接方式不能滿足同時檢測各開入、開出、交流電壓回路對地電位；3、屏柜安裝完成后需要實(shí)際負(fù)載電流后，由工作人員使用相位伏安表進(jìn)行電流向量圖測試數(shù)據(jù)，分析判斷接入保護(hù)裝置的二次電流相位、變比、極性關(guān)系的正確性，因此傳統(tǒng)保護(hù)屏柜電流回路的連接方式缺少一種外部設(shè)備實(shí)時在線監(jiān)測保護(hù)屏柜二次電流回路電流數(shù)據(jù)的手段［1］。

1 電流接口模塊及電壓接口模塊

通過研究保護(hù)屏柜的連接方式，設(shè)計成拔插式的接口可以快速連接保護(hù)屏柜內(nèi)外部回路，大大縮短保護(hù)屏柜安裝、維護(hù)的工作量。通過分類將回路分成電流回路、電壓回路兩類，電壓回路包含開入、開出、交流電壓回路。根據(jù)分類使用設(shè)計一種電流接口模塊、和電壓接口模塊，實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏柜內(nèi)外部回路的快速連接，由此可以解決以下三點(diǎn)問題：

（1）解決傳統(tǒng)端子排連接保護(hù)屏柜內(nèi)外部電流、交流電壓、開入、開出回路連接安裝工藝復(fù)雜、運(yùn)維量大的問題；

（2）在電流接口模塊二次電流回路上配置電流數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，可通過配置的電流監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)安全實(shí)時檢測保護(hù)屏柜內(nèi)二次電流回路中電流量的數(shù)值，并且實(shí)時數(shù)據(jù)可傳輸?shù)接嬎銠C(jī)端，工作人員可進(jìn)行數(shù)據(jù)查看、分析以解決保護(hù)屏柜二次電流回路中電流數(shù)據(jù)缺少第三方設(shè)備實(shí)時監(jiān)測的問題；

（3）在電壓接口模塊二次電壓回路上配置電壓數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，可通該功能實(shí)時檢測保護(hù)屏柜內(nèi)開入、開出、電壓回路的對地電壓的數(shù)值，并實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)端進(jìn)行數(shù)據(jù)查看、分析以解決保護(hù)屏柜缺少一種同時檢測各開入、開出、電壓回路對地電位的問題。

接口式保護(hù)屏柜通過設(shè)計電流接口模塊和電壓接口模塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外部交流電壓、電流、開入、開出回路的連接，經(jīng)過對現(xiàn)行端子排的統(tǒng)計分析，電流接口模塊需要設(shè)置的2個外部接口元件、1個內(nèi)部接口元件，實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏柜內(nèi)外部電流回路的接口化連接，并在電流接口模塊上設(shè)置安全的8個電流采樣元件，實(shí)現(xiàn)被測電流回路電流數(shù)據(jù)采集功能。針對一組三相四線（A、B、C、N相）星型連接的電流回路接入保護(hù)屏柜、需要電流接口模塊具備8個電流通道的檢測、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的功能［2-3］。

電壓接口模塊需要設(shè)置的3個內(nèi)外部接口元件、實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏柜內(nèi)外部開入、開出、電壓回路的接口化連接、并在電壓接口模塊上設(shè)置可投切的12路電壓采樣元件實(shí)現(xiàn)12路回路對公共端（地端）交流或直流電位的測量、電壓接口單元上配置采集微控制單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)化單元，以實(shí)現(xiàn)將微控制單元采集計算的電壓數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸給制定計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示分析。主要原理如圖1所示。

圖1 原理示意圖

如圖1所示保護(hù)屏內(nèi)、外部電流、交流電壓、開入回路、開出回路由電流接口模塊和電壓接口模塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部回路的連接，在電流接口模塊上配置套管電流互感器實(shí)現(xiàn)電流回路安全采樣，并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至交換機(jī)匯集后送至計算機(jī)程序上進(jìn)行電流回路數(shù)據(jù)的顯示分析、同樣在電壓接口模塊上設(shè)置回路接口單元，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部開入、開出、交流電壓回路的連接，并在電壓接口模塊上配置回路對地電壓檢測功能，并將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸至交換機(jī)匯集后送至計算機(jī)軟件上顯示分析。

電流接口模塊采用32位微控制單元作為系統(tǒng)的總控制、核心芯片主頻72M，有15個采樣通道，3組串口通信接口，滿足8組電流數(shù)據(jù)的采集、計算、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件，電流接口模塊上電流采樣實(shí)現(xiàn)由1／1000變比套管電流互感器配合負(fù)載電阻為20Ω電流采樣電路，將小信號經(jīng)過差分放大電路，加法器電路將信號放大濾波后傳輸至微控制單元，同時微控制單元利用檢測當(dāng)前采集的信號結(jié)合電流算法，準(zhǔn)確還原被測電流信號，微控單元將計算出的電流數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至協(xié)議轉(zhuǎn)化單元、后將數(shù)據(jù)傳輸給交換機(jī)，再送到指定地址的計算機(jī)經(jīng)過計算器程序解析數(shù)據(jù)后在應(yīng)用程序上實(shí)時顯示被測電流回路數(shù)據(jù)，至微控制單元做數(shù)據(jù)采集，電路原理如圖2所示。

圖2 電流采樣電路

其中采用套管電流互感器作為電流傳感器可以避免電流測量元件直接與被測電路連接，保證了被測電路的獨(dú)立性、安全性。

電壓接口模塊采用32位微控制單元作為系統(tǒng)的總控制、核心芯片主頻72M，有15個采樣通道，3組串口通信接口，滿足12路電壓數(shù)據(jù)的采集、計算、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件，電壓接口模塊上利用交直流電壓均可測量的電阻分壓原理，將其輸入模擬電壓分壓為很小的電壓后，再利用運(yùn)算放大器將小電壓信號進(jìn)行放大及濾波處理后，利用微控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬的電壓信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并設(shè)置計算模式開關(guān)選擇微控制單元是在交流計算模式。還是直流計算模式。在交流計算模式下微控制單元通過交流計算法將被測回路的交流電壓計算出來；選擇直流計算法時，微控制單元運(yùn)用直流算法將被測電路的將直流電壓值計算出來。同時通過微控制單元計算將待測線纜對地電壓的值通過微控制單元串口通信傳輸給協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊，協(xié)議轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到交換機(jī)做數(shù)據(jù)匯總并轉(zhuǎn)發(fā)至單一通信地址的計算機(jī)端做數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)多保護(hù)屏接口連接的開入、開出、電壓回路對地電壓的實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，電壓采樣原理如圖3所示。

圖3 電壓采樣電路

電壓采樣電路為了保證被測電路的獨(dú)立及安全性，在電壓采樣電路與被測電路的連接處設(shè)置了可投切的采樣開關(guān)，保護(hù)屏做好安全措施檢修調(diào)試需要對開入、開出、交流電壓回路進(jìn)行對地電壓測量時將該開關(guān)投入接口模塊實(shí)時采集各被測回路的對地電位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控計算機(jī)軟件上顯示分析、保護(hù)屏正常運(yùn)行時將該開關(guān)斷開，以保證保護(hù)屏運(yùn)行時該屏柜回路的獨(dú)立性和安全性。

電流接口模塊、電壓接口模塊供電采用交流轉(zhuǎn)換直流電源適配作為裝置的直流電源供電模塊，其供電為12V、1A。

電流接口模塊、電壓接口模塊數(shù)據(jù)傳輸原理均運(yùn)用TCP通信協(xié)議，由微控制單元將采集到的電壓或電流數(shù)據(jù)，通過計算后的值，利用微控制單元的串口通信接口將數(shù)據(jù)傳輸至TCP模塊，TCP模塊利用網(wǎng)線的方式再將數(shù)據(jù)傳輸傳至交換機(jī)，直到計算機(jī)端的應(yīng)用程序讀出數(shù)據(jù)并在界面上顯示。

2 結(jié)束語

經(jīng)分析可知，使用可測量回路電流、電壓電氣量的接口化保護(hù)屏應(yīng)用后有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢： （1）使用電流接口模塊、電壓接口模塊實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏柜內(nèi)外部電流回路、交流電壓回路、開入回路、開出回路的接口化快速連接，有著屏柜安裝快捷、運(yùn)行維護(hù)量少的優(yōu)勢；（2）電流接口模塊采用套管電流互感器無直接接觸安全采集電流，由微控制單元計算數(shù)據(jù)后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換由交換機(jī)匯集后穿給指定地址的計算機(jī)解析實(shí)現(xiàn)多個保護(hù)屏柜的二次電流實(shí)時顯示分析； （3）電壓接口模塊采用可投切的電壓采樣單元實(shí)現(xiàn)電壓測量元件與被測回路斷開或連接以保證被測回路在不需要測量時的安全性；（4）電壓接口模塊切換在交流電壓測量計算模式下，可用于保護(hù)屏柜內(nèi)外交流電壓連接時由微控制單元測量計算數(shù)據(jù)后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換由交換機(jī)匯集后穿給指定地址的計算機(jī)解析實(shí)現(xiàn)多個保護(hù)屏柜的交流電壓回路電壓值的實(shí)時顯示分析；（5）電壓接口模塊切換在直流電壓測量計算模式下，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏柜內(nèi)外部開入、開出回路時由微控制單元測量計算數(shù)據(jù)后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換由交換機(jī)匯集后穿給指定地址的計算機(jī)解析實(shí)現(xiàn)多個保護(hù)屏柜的開入、開出回路電壓的實(shí)時顯示分析。