肇慶市南興電力工程有限公司 陳耀泳

1 引言

目前，市場(chǎng)上的模擬斷路器體積和重量較大，攜帶不便，需要220V 電源，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需要配備發(fā)電機(jī)等設(shè)備，山地、叢林、農(nóng)田等車(chē)輛無(wú)法直接到達(dá)的工作地點(diǎn)使用尤其不便，接線(xiàn)復(fù)雜，使用門(mén)檻高，不適用于現(xiàn)場(chǎng)工作?，F(xiàn)有模擬斷路器功能固定，參數(shù)不可調(diào)，不能用于模擬誤動(dòng)、拒動(dòng)、延遲等各類(lèi)斷路器機(jī)械故障。且現(xiàn)有模擬斷路器不具備試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和通信功能，不便于后期故障數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)和分析[1]。還經(jīng)常存在遙控不成功情況，主要原因?yàn)镕TU 饋線(xiàn)終端遙控功能異常，因此對(duì)饋線(xiàn)終端遙控功能的檢測(cè)和驗(yàn)證尤為重要。但是在設(shè)備投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后，出于供電可靠性壓力，不能隨意對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)際分閘操作。此時(shí)需將開(kāi)關(guān)控制器拆回倉(cāng)庫(kù)做試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)后裝回現(xiàn)場(chǎng)，控制器重量較重不便拆卸，需多人配合才能完成，拆裝往返耗費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)，造成運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度大且工作效率低。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一種具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器，實(shí)現(xiàn)在無(wú)須設(shè)備停電的方式下進(jìn)行饋線(xiàn)終端遙控功能的試驗(yàn)，降低了停電造成的損失。攜帶方便，無(wú)須外部供電，提升了運(yùn)維工作效率。采用單片機(jī)作為控制器，內(nèi)部參數(shù)自定義，實(shí)現(xiàn)模擬斷路器動(dòng)作參數(shù)的靈活調(diào)整，同時(shí)可模擬各類(lèi)斷路器故障。具備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和通信功能，提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)和分析的效率[2]。

2 具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的主要功能

一是具備ZigBee 通信接口、無(wú)線(xiàn)通信及遙控功能，能夠遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)FTU 饋線(xiàn)終端基本的遙控試驗(yàn)。二是具備精確定位定時(shí)功能，自動(dòng)生成、歸類(lèi)各種試驗(yàn)歷史記錄，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳至終端或服務(wù)器進(jìn)行處理，便于數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)和分析。三是具備故障自動(dòng)報(bào)警功能，在系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)，可以及時(shí)報(bào)警，提醒作業(yè)人員立即趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障處理。四是具備時(shí)間校核功能，該模擬斷路器能夠?qū)崟r(shí)校正系統(tǒng)時(shí)間，時(shí)刻與北京時(shí)間保持一致，方便事件準(zhǔn)確記錄。五是具備遙測(cè)功能，通過(guò)手持終端模擬斷路器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線(xiàn)路上交直流電流、電壓、功率等的數(shù)據(jù)測(cè)量，并在液晶顯示屏上顯示。六是具有合閘、分閘、儲(chǔ)能三種功能。按下合閘、分閘、儲(chǔ)能按鍵后，內(nèi)部電路直接通過(guò)繼電器向饋線(xiàn)終端反饋合閘位、分閘位和儲(chǔ)能位信號(hào)，從而模擬真實(shí)斷路器的手動(dòng)操作。

3 具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

3.1 該模擬斷路器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

FTU 模擬斷路器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

手持終端模擬斷路器似于遙控器，質(zhì)量輕便、體積小巧、便于攜帶。主要由狀態(tài)顯示、事件記錄、信息查詢(xún)、參數(shù)設(shè)置、裝置定值、運(yùn)行維護(hù)等部分組成。其中，狀態(tài)顯示包含電壓顯示、電流顯示、遙信狀態(tài)三個(gè)模塊，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行顯示。

事件記錄包含遙控記錄、遙信記錄、異常記錄三個(gè)模塊，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)工作事件實(shí)時(shí)記錄，一旦發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)事件記錄等對(duì)故障情況進(jìn)行查看，詳細(xì)了解故障信息，以便故障原因的準(zhǔn)確查找并及時(shí)修復(fù)處理，提高生產(chǎn)效率，縮短故障停時(shí)，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量；信息查詢(xún)包含板卡信息和通信信息兩模塊，可以對(duì)系統(tǒng)板卡、通信參數(shù)信息進(jìn)行查詢(xún)；參數(shù)設(shè)置包含網(wǎng)口設(shè)置、電池優(yōu)化、串口設(shè)置、時(shí)間設(shè)置、遙信設(shè)置、規(guī)約設(shè)置、遙控設(shè)置、功率設(shè)置等八個(gè)模塊，可以根據(jù)實(shí)際工況對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的進(jìn)行設(shè)定；定值設(shè)置包含保護(hù)定值、電壓越限、重合閘值、開(kāi)關(guān)參數(shù)等四個(gè)模塊、通過(guò)定值設(shè)置可以使系統(tǒng)更加優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行；運(yùn)行維護(hù)包含通信鏈接、通信設(shè)置、遙控操作、密碼設(shè)置、復(fù)歸位置等五個(gè)模塊，通過(guò)各方位全面的維護(hù)，使手持終端模擬斷路器更好應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

3.2 該模擬斷路器的工作原理

進(jìn)行手持終端遙控功能試驗(yàn)的流程如下，開(kāi)關(guān)控制器對(duì)裝置發(fā)出分閘、合閘及儲(chǔ)能信號(hào)，輸入模塊對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作，核心控制單元（STM32F103）檢測(cè)到輸入繼電器動(dòng)作信號(hào)滿(mǎn)足設(shè)定時(shí)間及判定邏輯，判定為接收到有效的控制信號(hào)。接著核心控制單元向通信模塊發(fā)出信號(hào)，控制繼電器吸合，對(duì)應(yīng)繼電器吸合，通過(guò)端子排及通信電纜向控制系統(tǒng)反饋分閘位、合閘位和儲(chǔ)能位信號(hào)。通過(guò)操作矩陣按鍵（含分閘、合閘、儲(chǔ)能三個(gè)功能鍵）進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，信號(hào)檢測(cè)流程為：按鍵分、合、儲(chǔ)能鍵后，直接向核心控制單元（STM32F103）輸入信號(hào)，信號(hào)處理及通信過(guò)程與通過(guò)控制器自動(dòng)操作一致。模擬斷路器手持終端有端子排與饋線(xiàn)終端的通信電纜進(jìn)行連接[3]，內(nèi)部有4G 通信模塊用于無(wú)線(xiàn)通信。

信號(hào)輸入輸出的過(guò)程中，核心控制單元（STM32F103）通過(guò)4G 模塊和ZigBee 通信接口對(duì)外進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)記錄通過(guò)RS485發(fā)送到FTU 饋線(xiàn)智能化終端上，可通過(guò)智能化終端查看實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和歷史記錄，或通過(guò)4G 通信模塊將信息上傳至服務(wù)器。同時(shí)接收控制信號(hào)對(duì)模擬斷路器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。FTU 手持終端模擬斷路器工作原理如圖2所示。

圖2 FTU 手持終端模擬斷路器工作原理

3.3 該模擬斷路器的液晶顯示單元

具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的液晶顯示單元采用3.0英寸的觸摸屏，分辨率為330×250，F(xiàn)TU 模擬斷路器觸摸屏主要特征詳見(jiàn)表1。

表1 FTU 模擬斷路器觸摸屏主要特征

4 該模擬斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)匹配算法流程

模擬斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)匹配算法流程如圖3所示，內(nèi)部預(yù)存現(xiàn)有所有設(shè)備臺(tái)賬信息，包含設(shè)備名稱(chēng)，定位坐標(biāo)，歷史記錄等信息。開(kāi)機(jī)工作時(shí)，每完成一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，連續(xù)獲取當(dāng)前定位坐標(biāo)，當(dāng)獲取到連續(xù)穩(wěn)定的位置坐標(biāo)時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入設(shè)備匹配過(guò)程，抽取臺(tái)賬內(nèi)第一臺(tái)設(shè)備信息，通過(guò)測(cè)試地坐標(biāo)與臺(tái)賬設(shè)備坐標(biāo)對(duì)比，計(jì)算出兩點(diǎn)的距離?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際斷路器安裝于不同桿塔，相互距離基本在40m 以上，而北斗/GPS 定位精度在2.5m 以下[4]。因此設(shè)定條件為兩點(diǎn)距離小于10m 時(shí)為匹配成功，自動(dòng)將該條試驗(yàn)記錄歸類(lèi)于此設(shè)備。若匹配不成功，則提取臺(tái)賬內(nèi)下一臺(tái)設(shè)備信息，重復(fù)以上計(jì)算匹配過(guò)程，直到匹配成功為止。若在臺(tái)賬中未找到能匹配的設(shè)備，則在臺(tái)賬中創(chuàng)建一臺(tái)未命名設(shè)備。最后將試驗(yàn)記錄進(jìn)行本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程上傳。結(jié)束后進(jìn)入等待下一次檢測(cè)過(guò)程。

圖3 模擬斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)匹配算法流程

5 具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器的使用優(yōu)勢(shì)

一是該模擬斷路器核心控制單元使用單片機(jī)作為控制芯片，矩陣按鍵的分、合閘和儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)合開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化延時(shí)可通過(guò)內(nèi)部程序自定義，也可模擬真實(shí)斷路器無(wú)法分閘、合閘、儲(chǔ)能的故障狀態(tài)。

二是該模擬斷路器無(wú)須接入220V 市電，也無(wú)須外接發(fā)電機(jī)、蓄電池等外部電源，直接從端子排取得24V 直流電并通過(guò)降壓穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)換為5V 電源，為核心控制單元、繼電器、驅(qū)動(dòng)電路、定位及通信模塊提供電源。并且針對(duì)不同廠家型號(hào)的饋線(xiàn)終端信號(hào)輸出方式不同，可以通過(guò)電源切換開(kāi)關(guān)自主選擇遙信電源或者儲(chǔ)能電源給模擬斷路器供電。

三是該模擬斷路器用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，通過(guò)核心控制單元內(nèi)采用的智能匹配與記錄算法，將試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所在位置的定位坐標(biāo)，與核心控制單元內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)的饋線(xiàn)終端臺(tái)賬信息進(jìn)行智能匹配，準(zhǔn)確識(shí)別出被檢測(cè)饋線(xiàn)終端的身份信息，并通過(guò)北斗授時(shí)獲取時(shí)間，生成帶時(shí)標(biāo)的事件記錄，自動(dòng)將本次測(cè)試結(jié)果歸并入該終端的歷史試驗(yàn)記錄中。

便攜式模擬斷路器體積小，重量輕，僅有手掌大小，攜帶方便，可以登上電力桿塔手持使用。在接收到饋線(xiàn)終端發(fā)出的合閘、分閘及儲(chǔ)能信號(hào)后會(huì)判斷輸入信號(hào)是否滿(mǎn)足設(shè)定時(shí)間及判定邏輯，若判定為接收到有效的控制信號(hào)，經(jīng)延時(shí)后控制繼電器動(dòng)作，通過(guò)端子排向饋線(xiàn)終端反饋合閘位、分閘位和儲(chǔ)能位信號(hào)，并通過(guò)所述模擬斷路器矩陣按鍵的指示燈進(jìn)行合閘位、分閘位和儲(chǔ)能位的指示，具備FTU 饋線(xiàn)終端遙控試驗(yàn)所需的全部功能，可以完全模擬斷路器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和邏輯功能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種具有FTU 饋線(xiàn)終端遙控功能的手持終端模擬斷路器，采用單片機(jī)（STM32F103）作為核心控制單元，可以在線(xiàn)路不停電的情況下，進(jìn)行饋線(xiàn)終端的現(xiàn)場(chǎng)遙控功能試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)模擬斷路器動(dòng)作參數(shù)的靈活調(diào)整的同時(shí)還可模擬各類(lèi)斷路器故障。解決現(xiàn)有模擬斷路器攜帶不便，動(dòng)作特性不可調(diào)，不具備數(shù)據(jù)記錄及通信功能等問(wèn)題。此外，該裝置攜帶方便，無(wú)須外部供電，具備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和通信功能，提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)和分析的效率，大幅度改善了作業(yè)質(zhì)量。