智能型直流系统板卡更换装置研发的关键与难点研究

国网湖北直流运检公司 甘秋甫 万 泉 贺霖华 黄 元

当前我国各大换流站中并未出现简易的处理方式，很难实现站内板卡高效处理，并且也不能快速掌握出厂相关参数，所以后续检测工作力度不达标，严重制约了此项工作的顺利运行。为解决以上问题，变流站会储备大量的备用板卡，以此确保其能够长期运行，另一方面在现场故障时，相关操作人员常用排除法对系统进行检测，两类方式均有一定的处理盲点，不仅耗时还费力。

本文发明了一种可以规避以上问题的装置——直流系统板卡更换装置。此类装置主要包括了以下几个方面：首先是人机界面电脑，其次还有10槽位3U 规格插槽，最后是电源转换模块。10槽位3U 规格插槽需要与人机界面电脑相连接，在连接后电源转换模块通过自身功能对人机界面电脑和所述10槽位3U 规格插槽进行连接，在三个设备均连接之后可以规避以上阐述问题。

此发明在应用时可以对板卡进行更换，只需将其安装在10槽位3U 规格插槽后即可实现更换工作，在接通电源转换模块后，相关操作人员利用人机界面电脑中的自动功能，对新旧板卡中的参数信息进行更换，此类更换形式不仅便捷了更换人员的工作难度，还降低了更换人员的操作风险。

1 智能型直流系统板卡更换装置研发的关键点及发明内容

直流输电技术在不断发展的过程中发生了各类变化，其中控制保护系统是控制中心的枢纽，在其中发挥出了重要的作用，并且在换流站运转工作中起到了决定性作用，此系统电子元件及板卡数量庞大，其中系统涉及范围包括：阀控制保护、换流变控制保护、直流线路保护、各直流区域及设备保护、内冷水控制及保护、外冷水控制、交流滤波器控制保护、通信监视和交流母线电压控制等，涉及各种类型板卡四十多种、板卡数量上千块，软件和硬件相互配合、交换数据，才能确保整体逻辑性，因此整体设计工作应该按照以上内容进行综合考虑，确保后续设计工作符合实际需求并满足相应要求。

针对技术不足，本发明为其卡板更换提供一种直流系统板卡更换装置，以此解决更换难度较大的问题，为了能够实现上述目标，本文的发明方案如下文所述：首先需要一种直流系统板卡更换装置，其内部包含了人机界面电脑；10槽位3U 规格插槽；在应用时需要与所述人机界面电脑连接；而电源转换模块则需要分别与人机界面电脑和10槽位3U 规格插槽相连接。其中模拟量和数字量输出模块是设计的重点内容之一，它也需要与10槽位3U 规格插槽和人机界面电脑相互连接。其中装置背板，也需与10槽位3U 规格插槽和人机界面电脑相互连接，以此让其与10槽位3U 规格插槽和人机界面电脑进行通信工作，让二者之间能够产生关联，并且逐步实现相应功能，确保整体工作符合实际需求[1]。

网络通讯装置也需与上述中模拟量和数字量输出模块和人机界面电脑进行连接，它可以将模拟量和数字量的信号转变成为以太网信号内容，通过此信号将其传输至人机界面电脑。板卡数据库存储器需直接与人机界面电脑相连接，以此存储相关参数和软件程序。

通过上述发明内容的结合，整体技术效果如下文所述：本文为其提供了直流系统板卡更换装置，提高了工作人员工作效率和质量，并且降低了工人核对信息的风险，让其整体工作进展更为顺利，促使相应工作顺利实施。

2 智能型直流系统板卡更换装置的原理难点

在此类工作中，很多维护人员会受到直流控制保护系统板卡故障的困扰，在故障中系统会长期处于无冗余无备用状态，因此所造成的故障会对参数读取和程序装载造成一定影响，为了改变此类问题需要应用故障确诊功能对其进行确定，但是此过程需要时间较长，因此此项故障工作需要研究一个可以直接在故障现场做出处理的装置，从而节约时间。

此研究可以对板卡进行故障测试，通过故障测试对现场板卡故障参数进行读取，然后对新的板卡各项参数进行设置，让其程序符合运行状态需求，后续结合缩短故障处理时间装置对其进行完善。此项内容的现场工作要求如下文所述，同时它也是装置设计得到相应原则：

首先要确保整体得到可靠性。在板卡发生故障问题后，此系统需要对卡板当时的状态进行处理判断，通过判断结果对故障类别进行分析，结合各类备用系统崩溃状态对事物进行分析，如果故障较为严重的话，可以采取关闭处理的方式对其进行检查，避免出现闭锁。此项工作必须将安全问题放在设计工作的首位，因此此装置在研究时也应以安全为结构基础[2]。

其次是集成。板卡集成需要在设计过程中融入相应的板卡内容，并且确保各类板卡内容能够与总线板卡相连接，其中总线板卡分为两个，一个是CAN 总线板卡、另一个是TDM 总线板卡；此两类板卡更适用于电源集成工作，一般情况下工作现场的电源为220V 交流电，但实际工作中，板卡和相关装置需要多个电源对其进行支持才可完成后续各项工作，因此在电源方面还需要进行电源集成工作，此次装置选择了110V、24V、5V 的直流电。对于结构集成而言，此类别装置需要满足携带需求，因此设计工作需要符合实际要求，尤其针对结构设计工作，软硬件之间更需高度配合，最大限度实现体系和质量的优化，以此满足实际工作需求。

当前直流控制保护系统对于工作环境的要求较高，因其现场工作会涉及到阀厅、换流，所以附近会有较强的磁场对其进行骚扰，所以对于设备而言，整体抗干扰能力需要达到最大化，所以此类设计也成为了挑战。基于此在电子元件选择方面，相关设计人员应该结合实际情况选择适合的电子元件对此项发明设计进行支持。尤其针对板卡更换装置的外壳防护问题，需要让其达到IP41的标准。

3 具体实施方式

具体实施方式如下文所述：为了能够满足设计需求，此次更换装置主要包括了以下七个电子元件：人机界面电脑、槽位3U 规格插槽、电源转换模块、模拟量和数字量输出模块、装置背板、网络通讯装置、板卡数据库存储器。其中槽位3U 规格插槽与人机界面电脑连接；电源转换模块需要与人机界面电脑和槽位3U 规格插槽连接，在连接结束之后，还需要20V 交流市电为人机界面电脑提供电力支持，后续系统可以将其转化成为110V 直流电，并且将其供给给板卡使用。为了让其能够达到相应的功能需求，模拟量和数字量输出模块还要与槽位3U 规格插槽和人机界面电脑相互连接。

其中装置背板也要与10槽位3U 规格插槽、人机界面电脑相互连接，此类连接工作主要目的是为了实现通信功能。为了能够让通信功能发挥出实质作用，相关操作人员还需将装置背板作为背板通信模块的通信装置，以此让两路总线与以太网进行连接，三者之间的连接实现通信功能的转化，让其更能帮助后续工作实施。其中网络通讯装置还要与模拟量和数字量输出模块、人机界面电脑相互连接，此类连接工作最终目的是为了实现以太网信号的转换，在转换之后将其传输至人机界面电脑界面。其中涵盖的板卡数据库存储器是直接与人机界面电脑相连接的内容，通过此链接实现参数的设置和各类程序的转化。