屏頂小母線智能跨接裝置原理及應(yīng)用

張憶南，歐陽運廣，楊怡菲，侯 可

國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450019

0 引言

屏頂小母線是控制電源、信號電源、保護(hù)電源等共用的匯集線，一般裝設(shè)在二次設(shè)備屏柜頂部，當(dāng)其中一塊設(shè)備屏需要更換時，需要對小母線進(jìn)行跨接操作。由于屏頂小母線間距較小，數(shù)量較多，工作人員需登高作業(yè)，不僅工作難度大，作業(yè)時間長，而且需帶電作業(yè)，容易產(chǎn)生誤操作，導(dǎo)致短接操作時發(fā)生線序錯誤的事故，給二次設(shè)備的供電帶來一定安全隱患[1-3]。

由于現(xiàn)場作業(yè)空間狹小，帶電登高作業(yè)，增加了線序核對的難度，目前沒有專用于屏頂小母線線序核對的裝置，而且完成小母線跨接工作后還需要對于跨接后的母線的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生電壓異?，F(xiàn)象后需及時進(jìn)行處理，迅速恢復(fù)小母線下二次設(shè)備和裝置的正常供電。

1 裝置概述

屏頂小母線智能跨接裝置能夠快速完成小母線線序核對工作，避免跨接線序錯誤，操作簡單，運行可靠，能夠減少工作人員的工作量。該智能跨接裝置可以監(jiān)測小母線的供電狀態(tài)，發(fā)生小母線電壓異常時蜂鳴器會發(fā)出提示聲音，并且能夠通過內(nèi)置4G模塊將信息發(fā)送到服務(wù)器，及時通知相關(guān)人員對電壓異常問題進(jìn)行處理。

2 裝置基本原理

屏頂小母線智能跨接裝置面板圖如圖1所示。

圖1 屏頂小母線智能跨接裝置面板圖

屏頂小母線裝置同時支持6路交流電壓輸入，將Ua1、Ub1、UN1、L1、N1分別接入待去除的小母線一端，Ua2、Ub2、UN2、L2、N2接入待去除的小母線另一端，如果線序正確，面板上的綠色“OK”燈會同時點亮，如果任一相線序不正確，則該相“OK”燈熄滅，提示工作人員檢查接線。

屏頂小母線帶有大屏幕液晶，能夠顯示6路電壓的幅值和相位差等信息，便于現(xiàn)場人員完成接線工作。屏頂小母線智能跨接裝置原理框圖如圖2所示。

圖2 屏頂小母線智能跨接裝置原理框圖

采用隔離電壓2 000 V的精密電壓互感器完成一二次電氣隔離變換，當(dāng)用戶錯接線時不會導(dǎo)致一次供電出現(xiàn)危險，保證了一次系統(tǒng)側(cè)的安全運行。

濾波放大電路可以將電壓互感器二次側(cè)的小電壓信號進(jìn)行濾波和放大，消除噪聲信號，提高信噪比，并將二次信號放大到適合ADC采集的電壓幅值。

ADS8556是16位高精度A/D，各自基于連續(xù)逼近寄存器原理，構(gòu)架是基于電荷再分配原理，具有采樣保持功能，內(nèi)部包含6個獨立的采樣保持模塊和相對應(yīng)的6個獨立模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可實現(xiàn)對6路信號的同時同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換。該芯片接口時序簡單，如果采用了并行工作模式，因此采集一個點的數(shù)據(jù)只需要幾個時鐘周期即可完成，最高采樣率可達(dá)630 kSPS。

CPU采用STM32F407芯片，儀器外接串口屏，該屏幕分辨率為320×240像素，帶有觸控功能，與CPU之間采用串口進(jìn)行通信。屏幕可顯示各個通道的電壓幅值和相差等信息，還可以通過點擊液晶上的按鈕圖標(biāo)進(jìn)行模式切換或報警信息查看等功能。

STM32處理器通信通過串口與4G物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行通信，可以完成STM32內(nèi)部程序的升級，STM32也可以將裝置的工作狀態(tài)通過4G物聯(lián)網(wǎng)模塊遠(yuǎn)程發(fā)送，便于工作人員了解跨接裝置和小母線的工作狀態(tài)。

該裝置采用8.4 V鋰電池6000 mAh供電，續(xù)航時間大于48 h，電池管理單元用來實現(xiàn)電池充放電等管理功能，為數(shù)字電路、模擬電路和液晶部分提供直流供電電源。

3 屏頂小母線跨接裝置工作模式

3.1 對線模式

對線模式主要是檢測Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2的幅值和相位是否相同。以Ua1和Ua2為例，其判別邏輯如下：

（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頻率在50±0.5 Hz。

如果同時滿足以上條件，則認(rèn)為Ua1和Ua2為同一路信號，面板上Ua1和Ua2端子之間的綠色指示燈點亮，提示接線正確，否則指示燈熄滅。同理，可以檢測Ub1和Ub2,UL1和UL2的線序是否正確。

3.2 監(jiān)視模式

確定線序正確無誤后，將Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UN1和UN2、L1和L2、N1和N2分別用短接線進(jìn)行可靠短接，按下液晶屏幕上的“監(jiān)測模式”按鈕，則裝置進(jìn)入監(jiān)測模式，進(jìn)入監(jiān)測模式時，裝置會記錄進(jìn)入監(jiān)測模式時的Ua1、Ub1、UL1、Ua2、Ub2、UL2電壓初始幅值，該電壓初始值是判斷電壓是否正常的基準(zhǔn)。

監(jiān)視模式下，裝置不斷采集6路電壓信號，并計算這6相電壓的有效值，如果電壓值和初始值相比變化幅值大于5 V，則認(rèn)為小母線電壓出現(xiàn)異常，則蜂鳴器持續(xù)周期為1 s的鳴叫，提示運行人員進(jìn)行查看和消缺，并遠(yuǎn)程發(fā)送異常信息給工作人員。

4 屏頂小母線跨接裝置使用方法

屏頂小母線智能跨接裝置接線示意圖如圖3所示。

圖3 屏頂小母線智能跨接裝置接線示意圖

第一，接好跨接裝置外接供電電源，裝置開機，自動進(jìn)入對線模式。

第二，分別將待跨接的小母線兩端的電壓信號接到跨接裝置面板上的接線端子，如果面板上的3個“OK”指示燈點亮，表明接線正確，否則需要檢查接線,直到面板上3個線序指示燈全部點亮為止。

第三，面板上的3個指示燈點亮后，并通過液晶上顯示的電壓幅值和相位差判斷相序是否正確，確認(rèn)接線正確后，用短接線分別將Ua1和Ua2、Ub1和Ub2、UL1和UL2、UN1和UN2、L1和L2短接，確保接線牢固。

第四，拆除需要更換的間隔的母線，此時由于跨接裝置已經(jīng)將該段小母線兩端的母線短接，因此不會造成其余間隔小母線斷電。

第五，按下液晶上的“監(jiān)視模式”按鈕，進(jìn)入監(jiān)視模式。

第六，進(jìn)入監(jiān)視模式后，裝置會監(jiān)視輸入端子的電壓幅值變動情況，如果電壓突變量大于5 V，則蜂鳴器會發(fā)出報警信息，提醒工作人員排除小母線故障，同時通過內(nèi)部4G物聯(lián)網(wǎng)卡向遠(yuǎn)程發(fā)送小母線電壓異常信息。

5 結(jié)束語

屏頂小母線為變電站基建、技改和擴建線路間隔帶來了便利，但是拆搭接過程中存在安全風(fēng)險，因此有必要研制一種通用型小母線跨接器，根據(jù)現(xiàn)場使用的需求和具體特點，開發(fā)出了一款簡單、實用、智能的小母線跨接裝置，多個跨接裝置可以并聯(lián)使用，以完成更多相電壓的相序核對和監(jiān)視工作?，F(xiàn)場使用結(jié)果表明，該裝置可以顯著提升跨接效率，提升操作安全性，保證了小母線的正常運行。