屏顶小母线智能跨接装置原理及应用

张忆南，欧阳运广，杨怡菲，侯 可

国网河南省电力公司检修公司，河南 郑州 450019

0 引言

屏顶小母线是控制电源、信号电源、保护电源等共用的汇集线，一般装设在二次设备屏柜顶部，当其中一块设备屏需要更换时，需要对小母线进行跨接操作。由于屏顶小母线间距较小，数量较多，工作人员需登高作业，不仅工作难度大，作业时间长，而且需带电作业，容易产生误操作，导致短接操作时发生线序错误的事故，给二次设备的供电带来一定安全隐患[1-3]。

由于现场作业空间狭小，带电登高作业，增加了线序核对的难度，目前没有专用于屏顶小母线线序核对的装置，而且完成小母线跨接工作后还需要对于跨接后的母线的工作状态进行监视，发生电压异常现象后需及时进行处理，迅速恢复小母线下二次设备和装置的正常供电。

1 装置概述

屏顶小母线智能跨接装置能够快速完成小母线线序核对工作，避免跨接线序错误，操作简单，运行可靠，能够减少工作人员的工作量。该智能跨接装置可以监测小母线的供电状态，发生小母线电压异常时蜂鸣器会发出提示声音，并且能够通过内置4G模块将信息发送到服务器，及时通知相关人员对电压异常问题进行处理。

2 装置基本原理

屏顶小母线智能跨接装置面板图如图1所示。

图1 屏顶小母线智能跨接装置面板图

屏顶小母线装置同时支持6路交流电压输入，将Ua1、Ub1、UN1、L1、N1分别接入待去除的小母线一端，Ua2、Ub2、UN2、L2、N2接入待去除的小母线另一端，如果线序正确，面板上的绿色“OK”灯会同时点亮，如果任一相线序不正确，则该相“OK”灯熄灭，提示工作人员检查接线。

屏顶小母线带有大屏幕液晶，能够显示6路电压的幅值和相位差等信息，便于现场人员完成接线工作。屏顶小母线智能跨接装置原理框图如图2所示。

图2 屏顶小母线智能跨接装置原理框图

采用隔离电压2 000 V的精密电压互感器完成一二次电气隔离变换，当用户错接线时不会导致一次供电出现危险，保证了一次系统侧的安全运行。

滤波放大电路可以将电压互感器二次侧的小电压信号进行滤波和放大，消除噪声信号，提高信噪比，并将二次信号放大到适合ADC采集的电压幅值。

ADS8556是16位高精度A/D，各自基于连续逼近寄存器原理，构架是基于电荷再分配原理，具有采样保持功能，内部包含6个独立的采样保持模块和相对应的6个独立模数转换模块，可实现对6路信号的同时同步的模数转换。该芯片接口时序简单，如果采用了并行工作模式，因此采集一个点的数据只需要几个时钟周期即可完成，最高采样率可达630 kSPS。

CPU采用STM32F407芯片，仪器外接串口屏，该屏幕分辨率为320×240像素，带有触控功能，与CPU之间采用串口进行通信。屏幕可显示各个通道的电压幅值和相差等信息，还可以通过点击液晶上的按钮图标进行模式切换或报警信息查看等功能。

STM32处理器通信通过串口与4G物联网模块进行通信，可以完成STM32内部程序的升级，STM32也可以将装置的工作状态通过4G物联网模块远程发送，便于工作人员了解跨接装置和小母线的工作状态。

该装置采用8.4 V锂电池6000 mAh供电，续航时间大于48 h，电池管理单元用来实现电池充放电等管理功能，为数字电路、模拟电路和液晶部分提供直流供电电源。

3 屏顶小母线跨接装置工作模式

3.1 对线模式

对线模式主要是检测Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2的幅值和相位是否相同。以Ua1和Ua2为例，其判别逻辑如下：

（1）Ua1和Ua2的幅值大于50 V，并且幅值差值小于1%；

（2）Ua1和Ua2的相位差小于1°；

（3）Ua1和Ua2频率在50±0.5 Hz。

如果同时满足以上条件，则认为Ua1和Ua2为同一路信号，面板上Ua1和Ua2端子之间的绿色指示灯点亮，提示接线正确，否则指示灯熄灭。同理，可以检测Ub1和Ub2,UL1和UL2的线序是否正确。

3.2 监视模式

确定线序正确无误后，将Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UN1和UN2、L1和L2、N1和N2分别用短接线进行可靠短接，按下液晶屏幕上的“监测模式”按钮，则装置进入监测模式，进入监测模式时，装置会记录进入监测模式时的Ua1、Ub1、UL1、Ua2、Ub2、UL2电压初始幅值，该电压初始值是判断电压是否正常的基准。

监视模式下，装置不断采集6路电压信号，并计算这6相电压的有效值，如果电压值和初始值相比变化幅值大于5 V，则认为小母线电压出现异常，则蜂鸣器持续周期为1 s的鸣叫，提示运行人员进行查看和消缺，并远程发送异常信息给工作人员。

4 屏顶小母线跨接装置使用方法

屏顶小母线智能跨接装置接线示意图如图3所示。

图3 屏顶小母线智能跨接装置接线示意图

第一，接好跨接装置外接供电电源，装置开机，自动进入对线模式。

第二，分别将待跨接的小母线两端的电压信号接到跨接装置面板上的接线端子，如果面板上的3个“OK”指示灯点亮，表明接线正确，否则需要检查接线,直到面板上3个线序指示灯全部点亮为止。

第三，面板上的3个指示灯点亮后，并通过液晶上显示的电压幅值和相位差判断相序是否正确，确认接线正确后，用短接线分别将Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2、UN1和UN2、L1和L2短接，确保接线牢固。

第四，拆除需要更换的间隔的母线，此时由于跨接装置已经将该段小母线两端的母线短接，因此不会造成其余间隔小母线断电。

第五，按下液晶上的“监视模式”按钮，进入监视模式。

第六，进入监视模式后，装置会监视输入端子的电压幅值变动情况，如果电压突变量大于5 V，则蜂鸣器会发出报警信息，提醒工作人员排除小母线故障，同时通过内部4G物联网卡向远程发送小母线电压异常信息。

5 结束语

屏顶小母线为变电站基建、技改和扩建线路间隔带来了便利，但是拆搭接过程中存在安全风险，因此有必要研制一种通用型小母线跨接器，根据现场使用的需求和具体特点，开发出了一款简单、实用、智能的小母线跨接装置，多个跨接装置可以并联使用，以完成更多相电压的相序核对和监视工作。现场使用结果表明，该装置可以显著提升跨接效率，提升操作安全性，保证了小母线的正常运行。