有載分接開關(guān)擋位遙控裝置的研制

鄧　浩，黃　雯

(國網(wǎng)德陽供電公司，四川 德陽　618000)

?

有載分接開關(guān)擋位遙控裝置的研制

鄧浩，黃雯

(國網(wǎng)德陽供電公司，四川 德陽618000)

在變壓器電氣試驗(yàn)過程中，多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目需要多次切換有載分接開關(guān)，在現(xiàn)場須設(shè)專人就地調(diào)節(jié)分接開關(guān)，增加了試驗(yàn)人員的工作量。因此研制了一種有載分接開關(guān)擋位遙控裝置。該裝置由無線數(shù)傳設(shè)備和上位機(jī)組成。無線數(shù)傳設(shè)備利用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與有載控制器間的無線通信，上位機(jī)程序利用Visual Basic語言進(jìn)行編寫，完成升擋、降擋、停止和讀取擋位信息的功能。經(jīng)過現(xiàn)場測試，該裝置能有效地遙控有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)，并跟蹤當(dāng)前擋位，從而在試驗(yàn)時(shí)1個(gè)人就地調(diào)節(jié)分接開關(guān)，1個(gè)人操作試驗(yàn)儀器的工作方式可簡化為由儀器操作人員來遙控分接開關(guān)，減少1個(gè)人的工作量，提高了電氣試驗(yàn)的效率。

分接開關(guān)；擋位遙控裝置；ZigBee協(xié)議；Visual Basic語言

0　研制背景

變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其各種停電試驗(yàn)較其他設(shè)備耗時(shí)長，直接影響整座變電站的送電時(shí)間。在主變壓器試驗(yàn)時(shí)，多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目需要頻繁地調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)才能完成試驗(yàn)。以1臺(tái)110 kV三繞組變壓器為例，高壓側(cè)分接頭有17擋，交接試驗(yàn)中需要調(diào)擋的試驗(yàn)項(xiàng)目和次數(shù)如表1所示，總共調(diào)檔82次?，F(xiàn)場擋位調(diào)節(jié)的方式為，設(shè)置1個(gè)人就地調(diào)節(jié)分接開關(guān)，1個(gè)人操作試驗(yàn)儀器，兩人相互呼唱才能完成試驗(yàn)項(xiàng)目。由于就地調(diào)節(jié)分接開關(guān)工作內(nèi)容重復(fù)單一、工作時(shí)間長；同時(shí)，在環(huán)境嘈雜時(shí)，儀器操作人員與分接開關(guān)調(diào)節(jié)人員之間信息傳遞容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，延長了主變壓器停電試驗(yàn)時(shí)間，因此，改善變壓器有載分接開關(guān)的調(diào)節(jié)方式，成為提高工作效率，大幅度降低變壓器整體試驗(yàn)用時(shí)的關(guān)鍵。

表1　變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目及調(diào)擋次數(shù)

為此，研制了一種有載分接開關(guān)擋位遙控裝置，能夠無線遙控分接開關(guān)，由儀器操作人員在操作儀器的同時(shí)遙控分接開關(guān)，從而減少了1個(gè)人的工作量，提高了電氣試驗(yàn)的效率。

1　研制方案

變壓器有載分接開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)分為傳統(tǒng)型和智能型電動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)型電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)采用接觸器、繼電器、凸輪開關(guān)、杠桿等組成復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，以CMA7和CMA9電動(dòng)機(jī)構(gòu)為代表；智能型電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)采用機(jī)電分裝和無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，以SHM-I和MAE型電動(dòng)機(jī)構(gòu)為代表。在新投運(yùn)的設(shè)備中，智能型電動(dòng)機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)中逐步取代了傳統(tǒng)型電動(dòng)機(jī)構(gòu)，故針對有載分接開關(guān)智能型電動(dòng)機(jī)構(gòu)開發(fā)了一種擋位遙控裝置。

圖1　有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)與控制器連接示意圖

如圖1所示，有載分接開關(guān)智能型機(jī)構(gòu)由有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)和有載控制器組成，有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于主變壓器場地，有載控制器安裝于主控室，兩者通過控制電纜和電機(jī)電纜實(shí)現(xiàn)通信。有載控制器設(shè)有RS485接口，在平時(shí)是處于未使用狀態(tài)；如果能有效地與RS485接口進(jìn)行通信，那么就能通過該接口輸入操作指令和讀取分接擋位，故本次遙控裝置的研制主要利用RS485接口來實(shí)現(xiàn)。

1.1通信方式的選擇

有載分接開關(guān)擋位遙控裝置需在主變壓器場地遙控分接開關(guān)，利用上位機(jī)發(fā)出控制命令，其與主控室的有載控制器大約有100 m的距離。如果選擇有線通信的方式，會(huì)存在場地限制、布線困難的問題，因此，選擇短距離無線通信的方式。常用的短距離無線通信協(xié)議有藍(lán)牙協(xié)議、WiFi協(xié)議和ZigBee協(xié)議。

表2　3種無線通信協(xié)議比較

表2為3種無線通信協(xié)議相關(guān)參數(shù)比較，藍(lán)牙協(xié)議安全性高、功耗低，缺點(diǎn)為傳輸距離近；WiFi協(xié)議的傳輸速度快、有效距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)為安全性低、功耗高、易受強(qiáng)電磁場環(huán)境的干擾；ZigBee協(xié)議的傳輸距離遠(yuǎn)、安全性高，缺點(diǎn)為傳輸速度低，由于上位機(jī)傳輸?shù)目刂泼顚λ俣纫蟛桓撸?50 kb/s的速度完全能滿足要求[1]。同時(shí)，ZigBee協(xié)議采用小功率通信模塊，抗強(qiáng)電磁場干擾能力強(qiáng)，且不會(huì)對二次設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響。該協(xié)議已在變電站有很多成功的應(yīng)用，如基于ZigBee協(xié)議的變電站監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)等[2-3]。綜合分析，通信方式選擇ZigBee協(xié)議。

1.2控制方案的確定

有載分接開關(guān)擋位遙控裝置的控制方案如圖2所示，上位機(jī)和無線設(shè)備A在主變壓器場地上使用，上位機(jī)通過RS232接口與無線設(shè)備A進(jìn)行連接，無線設(shè)備A將RS232串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為ZigBee信號(hào)，利用天線傳輸出去。安裝于主控室內(nèi)的無線設(shè)備B接收到ZigBee信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為RS485串口信號(hào)，并傳輸給有載控制器，從而驅(qū)動(dòng)有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，有載分接開關(guān)的實(shí)時(shí)擋位通過ZigBee無線通信傳輸給上位機(jī)，從而保證了擋位的一致性。如圖2所示，虛線框中部分為需要研制的有載分接開關(guān)擋位遙控裝置。

圖2　無線控制方案

1.3控制程序的編寫

利用Visual Basic語言設(shè)計(jì)的控制界面如圖3所示，由端口參數(shù)設(shè)置、控制命令輸入2個(gè)部分組成[4]。端口參數(shù)設(shè)置可根據(jù)有載控制器的串口通信參數(shù)，在控制界面上設(shè)置與之對應(yīng)的波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位以及站地址，在本次測試系統(tǒng)中，控制器選擇華明HMK7控制器，故其參數(shù)設(shè)置為：波特率9600，校驗(yàn)位無，數(shù)據(jù)位8，停止位1，站地址1，串口端號(hào)根據(jù)上位機(jī)分配的端號(hào)進(jìn)行選擇。

控制命令的輸入由3個(gè)按鈕I-N、STOP、N-1

圖3　有載分接開關(guān)擋位遙控軟件的控制界面

組成。當(dāng)不點(diǎn)擊按鈕時(shí)，無控制命令輸入，按鈕內(nèi)圈為灰色；當(dāng)點(diǎn)擊I-N或者N-1按鈕時(shí)，按鈕內(nèi)圈變?yōu)榧t色，輸入升擋或降擋命令，有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)收到控制命令完成擋位切換，并且返回新的擋位信息時(shí)，按鈕內(nèi)圈變?yōu)榛疑?，表示一次操作完成。?dāng)出現(xiàn)異常情況，點(diǎn)擊STOP按鈕，有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)電源開關(guān)跳閘，停止當(dāng)前一切動(dòng)作。

表3　控制指令代碼

控制命令的指令代碼如表3所示，其中，B0為地址，缺省為0x01；B1為幀長度，固定為0x05；B2、B3為指令；B4為和校驗(yàn)，B4=B0+B1+B2+B3，不考慮溢出。表3列出了I-N、N-1、STOP和讀取擋位的指令代碼，要實(shí)現(xiàn)升擋操作，就需要將0x01-0x05-0x01-0x01-0x08指令傳送給有載控制器，其程序如下所示[5]：當(dāng)點(diǎn)擊1-N按鈕時(shí)，該按鈕內(nèi)圈變?yōu)榧t色，輸出升擋指令。同樣，N-1、STOP和讀取擋位的控制程序與I-N升擋控制程序類似，讀擋命令的觸發(fā)信號(hào)為定時(shí)器，設(shè)置為每隔1 s發(fā)送讀擋命令一次。

Private Sub Label 12_Click()

Shape2.FillColor = RGB(255, 0, 0)

Dim longth As Integer

Dim sum As Integer

intOutMode = 1

sum = Val(Combo6.Text) + 7

strSendText = "05" + "01" + "01"

longth=strHexToByteArray(strSendText,byt-

SendByte())

MSComm1.Output= Chr(Combo6.Text)

If longth > 0 Then

MSComm1.Output = bytSendByte

End If

根據(jù)《京津風(fēng)沙源治理二期工程規(guī)劃》《天津市水土保持重點(diǎn)工程規(guī)劃》，2014—2025年，規(guī)劃投資 4.03億元，治理水土流失125km2，小流域治理30km2，實(shí)現(xiàn)全市水土流失區(qū)域全部治理的目標(biāo)。

MSComm1.Output = Chr(sum)

End Sub

當(dāng)每秒發(fā)出讀擋命令時(shí)，有載控制器會(huì)返回當(dāng)前擋位數(shù)據(jù)，對返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判斷。當(dāng)?shù)刂肺粸?，幀長度為5，數(shù)據(jù)指令第三位B2的值小于20，和校驗(yàn)滿足要求，那么將該數(shù)據(jù)指令第三位B2設(shè)置為當(dāng)前擋位值。當(dāng)前擋位值與前一次擋位不相同時(shí)，表示完成一次擋位操作，升/降擋按鈕內(nèi)圈變?yōu)榛疑却乱淮尾僮?；?dāng)前擋位值與前一次擋位相同時(shí)，表示擋位未切換，繼續(xù)循環(huán)讀取擋位，其控制程序如下所示：

Private Sub MSComm1_OnComm()

Select Case MSComm1.CommEvent

Case comEvReceive

MSComm1.InputMode = 1

intInputLen = MSComm1.InBufferCount

bytInput = MSComm1.Input

If intInputLen >= 5 Then

If bytInput(num + 1) = 5 And bytInput(num) = Val(Combo6.Text) And bytInput(num + 2)<20

Then

byt=CInt(bytInput(num))+ CInt(bytInput(num + 1)) + CInt(bytInput(num + 2)) + CInt(bytInput(num + 3))

If byt = bytInput(num + 4) Then

truenum = bytInput(num + 2)

Text1.Text = truenum

now = bytInput(num + 2)

If now <> last Then

Shape2.FillColor = RGB(224, 224, 224)

Shape4.FillColor = RGB(224, 224, 224)

End If

last = now

End If

End If

End If

End Select

End Sub

2　調(diào)試應(yīng)用

2.1硬件的選擇

無線通信設(shè)備選用WSN-22無線數(shù)傳設(shè)備，如圖4所示。該無線設(shè)備接口豐富，可將RS232/485串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為ZigBee信號(hào)進(jìn)行傳輸，工作電壓為12 V，支持DC接口和接線端子兩種供電方式，能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換及射頻信號(hào)的自動(dòng)收發(fā)。上位機(jī)選擇10寸工控機(jī)，如圖5所示，該裝置接口豐富，自帶USB和RS232接口，并裝有windows XP系統(tǒng)，能運(yùn)行多種編程語言。

圖4　WSN-22無線數(shù)傳設(shè)備

圖5　工控機(jī)

2.2實(shí)驗(yàn)室調(diào)試

將上位機(jī)與無線設(shè)備進(jìn)行連接，并封裝在儀器盒內(nèi)，如圖6所示，便于現(xiàn)場攜帶。利用單片機(jī)開發(fā)有載控制器模擬裝置，并通過RS485接口與無線設(shè)備進(jìn)行連接，如圖7所示。上位機(jī)與有載模擬裝置

圖6　上位機(jī)與無線設(shè)備的封裝

距離100 m以上，中間相隔多層建筑，上位機(jī)能遙控有載模擬裝置，并跟蹤到當(dāng)前擋位信號(hào)。通過實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，表明了控制程序編寫正確，無線通信方式有效。

圖7　有載模擬器與無線設(shè)備的連接

2.3現(xiàn)場應(yīng)用

當(dāng)某110 kV變壓器停電例行試驗(yàn)時(shí)，對有載分接開關(guān)擋位遙控裝置進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。只需要在有載控制器上RS485接口接兩根信號(hào)線，該裝置就能對有載分接開關(guān)進(jìn)行遙控操作。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出升擋、降擋或停止命令時(shí)，有載電動(dòng)機(jī)構(gòu)能快速響應(yīng)，完成相應(yīng)動(dòng)作；當(dāng)分接開關(guān)擋位發(fā)生變化時(shí)，上位機(jī)能快速跟蹤，并刷新當(dāng)前擋位信息，該裝置的功能達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖8　有載分接開關(guān)檔位遙控裝置使用前后效果對照

如圖8所示為有載分接開關(guān)擋位遙控裝置使用前后的效果對照。使用前，現(xiàn)場需要設(shè)置專人就地調(diào)節(jié)分接開關(guān)，使用后，分接開關(guān)調(diào)節(jié)人員的工作由該裝置代替，儀器操作人員可完成操作儀器和分接開關(guān)遙控，從而減少了1個(gè)人的工作量，提高了變壓器試驗(yàn)的效率。同時(shí)，該裝置的使用減少了儀器操作人員和分接開關(guān)操作人員的中間呼唱環(huán)節(jié)，有效地提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3　結(jié)　語

從有載分接開關(guān)擋位調(diào)節(jié)存在的弊端出發(fā)，提出了有載分接開關(guān)擋位遙控裝置的研制，主要從通信方式的選擇和控制方案的確定進(jìn)行了分析，利用Visual Basic語言編寫了控制程序。最后，通過實(shí)驗(yàn)室的調(diào)試和現(xiàn)場的應(yīng)用，驗(yàn)證了控制程序的正確性和ZigBee無線通信的有效性。該裝置已在現(xiàn)場進(jìn)行推廣使用，效果良好，減少了試驗(yàn)人員的工作量，提高了變壓器試驗(yàn)的效率，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

[1]蔡型, 張思全. 短距離無線通信技術(shù)綜述[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2004, 27(3): 65-67.

[2]梁湖輝, 張峰, 常沖, 等. 基于ZigBee的變電站監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010, 38(12): 122-124.

[3]李旭彥. 基于ZigBee的無線通信模塊射頻電磁場抗干擾性能研究[D]. 北京:華北電力大學(xué), 2012.

[4]魏赟, 魏邦農(nóng), 馮婕，等.Visual Basic語言模塊化程序的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息, 2014(10):114-116.

[5]邱李華, 曹青, 郭志強(qiáng)，等. Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

鄧浩(1986)，碩士，從事變電檢修、高壓試驗(yàn)工作。

In electrical test of transformer, a number of pilot projects require to switch over the on-load tap-changer several times, so there should be some staff to adjust the tap changer on the spot, which increases the workload of electrical test. The remote control device for on-load tap-changer is researched and developed, which consists of the wireless data transmission device and PC. The Zigbee protocol is used to realize wireless communication between PC and load controller. PC program is realized by Visual Basic language, which can complete upshift, downshift, stopping and reading position information. After the field test, the device can effectively control the electric mechanism, and track the current gear. So the work of adjusting the tap changer on the spot is replaced by the device, which improves the efficiency of electrical test.

on-load tap-changer;remote control device;Zigbee protocol;Visual Basic language

TM764.2

A

1003-6954(2016)03-0080-05

2016-01-07)