新型智能有载分接开关控制器的设计

张 姗，张建辉，郭晋伟

（1.保定天泰电力科技有限公司，河北 保定 071000；2.保定德优电气设备制造有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

有载分接开关，是一种为变压器在负载变化时提供恒定电压的开关装置。有载开关控制器作为有载开关的指挥中心占有重要地位。控制器的技术性能水平和产品可靠性直接影响有载调压变压器的运行状态，也直接影响供电质量高低。在长期运行中，变压器有载分接开关在频繁调档过程中，油室内产生大量气体，从而发出轻瓦斯报警信号[1]。当发生轻瓦斯报警后，需要检修人员按照操作规程办理相关手续，登上变压器进行检查，进行人工放气。为了判断有载开关是否需要检修，需要人工现场检查，并且记录气体继电器前后两次报警的时间间隔或有载开关累积动作次数，以此判断是否需要对有载开关进行检修。可见，目前的人工操作方式工作繁琐、强度大、影响供电的连续性和可靠性。

为此，本文设计了一种新型智能有载分接开关控制器，可以采集气体继电器放气信号，并且记录存储每次放气的时间、放气的次数以及放气时有载开关的动作次数，根据数据库存储的历史数据，智能判断是否需要放气和是否需要有载开关维修。

1 系统原理

市场上存在的有载分接开关种类很多，与之配合使用的有载分接开关控制器种类更是繁多。本次设计以与上海华明电力设备制造的CMD型有载分接开关配套使用的有载开关控制器（以下简称控制器）为例[2]。

有载开关分接位置通过19芯航空插座经隔离后由CPU读取显示，并输出BCD码供用户使用。CPU对分接位置的变化次数进行累加计数并显示在液晶屏上，同时将电机工作状态、报警信息和操作模式显示在主页上，通过按键板进行设置、本地控制操作和翻页信息查看等。控制器内部增加EEPROM芯片，可以防止掉电而信息丢失。控制器通过本地、电操和远控三种操作模式，控制本设备内部固态继电器的升、降和停，输出信号控制对应执行机构运行。原理结构如图1所示[3]。

图1 原理结构图

2 系统设计

2.1 硬件设计

控制器硬件设计主要包括CPU单元、电源模块、信号电压采集模块、隔离模块、按键显示模块和通信模块几部分组成。下面对其中几个重要单元模块进行介绍[4]。

2.1.1 CPU单元

控制器CPU选用意法半导体STM32F103VCT6，具有丰富的外围接口，完成整个系统的数据处理，是整个系统的核心控制单元。CPU单元接口主要包括信号输入模块和信号输出模块。信号输入模块包括程序下载接口、档位读取接口、按键输入接口以及远控输入接口。信号输出模块包括升降停控制输出接口、BCD码输出接口、通信接口以及液晶显示接口。

2.1.2 电源模块

电源模块为整个系统供电。电源模块将输入的220 V交流电进行变压、整流、滤波以及稳压，分别输出12 V、5 V。其中，12 V电源主要为继电器等元器件供电；5 V电源通过电压转换模块输出3.3 V电源，主要完成CPU单元的供电。

2.1.3 电压采样模块

该模块主要完成供电电源的采样。当供电电源电压低于正常工作电压的80%时，系统会停止工作，同时发出声光报警，提示工作人员检修供电电源线路。该模块是一种保护电路，防止供电电源过高或过低对控制造成影响。

2.1.4 按键和显示模块

2.1.5 通信模块

中控室上位机需要采集控制器信息，方便远程监测和控制。控制器与上位机RS485通信，设置好通信格式，即可握手通信。上位机可以读取当前有载开关档位，可以写入数据控制有载开关进行升、降和停操作。系统主要通过芯片MAX485来完成具体的通信工作。

2.2 软件设计

软件设计选用KEIL编程软件进行C语言程序的编写调试。程序控制是一个产品的灵魂，既可以实现系统功能，又可以保证系统的稳定性。系统整体程序流程如图2所示，其中主要对主程序中故障处理程序做详细叙述。

2.2.1 系统初始化

上电以后进入主程序，首先完成系统初始化操作，包括硬件初始化、实时时钟初始化、I/O口初始化、RS485初始化以及应用程序等的初始化。应用程序初始化主要完成液晶显示、档位和时间等的初始化。

2.2.2 故障报警处理程序

控制器有欠压、无档、过流和放气信息4种报警产生。当有故障产生时，控制器发出报警提示音，同时主界面显示报警故障信息，用户可以从报警界面查看近16次历史报警信息[5]。

图2 系统程序流程图

控制器采集到有放气报警信息产生时，发出报警提示音，记录并存储本次放气请求产生的时间和放气请求时有载开关动作的次数，同时根据存储的历史数据判断是否需要进行有载开关维修。例如，近6次数据中，放气报警间隔越来越短，且在此间隔时间段内有载开关动作次数越来越频繁，则放气的同时提示工作人员进行有载开关检修。再如，近两次放气报警产生时间段内，有载开关动作次数达到了前两次的一倍之多，则控制器提示工作人员进行有载开关检修。控制器以此长期工程经验数据进行自动智能分析，增加了判断的可靠性，减少了工作人员的误判断、误操作[6]。

3 结 论

此款新型有载开关控制器人机界面良好、功能强大、运行稳定可靠、使用方便，可采集有载开关气体继电器轻瓦斯报警信号，统计报警间隔内有载开关切换次数，分析判断是否对有载开关进行检修，提高了变电站自动化水平，进一步保证了电网工作的可靠稳定性。

目前，市场对轻瓦斯报警处理繁琐且具有一定盲目性。该型控制器可以根据以往经验数据进行智能判断，减少人力物力的损耗。由于控制器智能判断需要大量的数据做依托，因此需要进一步加大工程经验数据作为输入，从而增加判断的可靠性。