基于特高压主变稳控系统策略的辅助校验装置的研制

宋宇 乔星金 马敏杰

摘 要：在特高压稳控装置的调试过程中，以往是使用短接线模拟接点的闭合，应用于稳控装置的单体校验，一旦短接错可能会导致开关的误动作。文章针对这种情况，设计了一种多支路开关量输出的辅助校验装置，该装置的开出量延时和保持时间可就地化设置，能够模拟开关、刀闸等位置信号及保护动作后的接点输出，可以有效规避风险，固化人的行为。

关键词：特高压；稳控装置；辅助校验；多开出量

引言

安全稳控装置作为电力系统第二道防線关键设备，对保障电力系统稳定运行具有重要作用[1]。2015年，江苏将建设多个特高压变电站，为保障特高压安全平稳运行，势必新建多套特高压稳控装置。国内特高压变电站经过试点工程和常态化建设两个阶段，目前，虽然江苏已经率先运用特高压稳控装置，但还未在特高压主变上运用，且没有完善、成熟的检修相关技术支撑。国内外特高压发展还未起步，未出现类似特高压主变稳控装置的检修相关技术。

文章依托江苏特高压变电站稳控系统，深度分析稳控装置在建设及检修过程中存在的危险点，研究安全控制技术，研究有效规避风险的验证方法；从长远的检修维护角度，研究出适用于该类稳控装置检修辅助试验设备；所研制的基于特高压稳控系统策略的辅助校验装置，应用于稳控装置的单体校验。

目前，调试过程中都是使用短接线模拟接点的闭合，一旦短接错可能会导致开关的误动作，辅助校验装置能够模拟开关、刀闸等位置信号机保护动作后的接点输出，可以有效规避风险。

1 功能设计

如图1所示，为了便于对稳控装置的单体校验，辅助校验装置提供多支路开出量输出，每一路的开出量接点动作延时和保持时间支持就地化设置，开出量的输出支持手动按钮和外部信号两种触发方式。外部信号即开入量，支持“逻辑或”和“逻辑与”两种逻辑组合。

鉴于现场工作需求，辅助校验装置具备以下功能特点：（1）装置能够模拟开关、刀闸等位置信号机保护动作后的接点输出。（2）装置具有12路开出量，分为6路常开接点、6路常闭接点。（3）装置具有2路开入量，公共端DC5V，支持2路“逻辑与”和“逻辑或”的逻辑组合。（4）开出量的延时和保持时间参数，支持就地化设置。（5）开出量输出支持手动按钮和外部信号两种触发方式。

综上所述，该辅助校验装置采用一体结构，手持化设计，开出量空节点输出，开入量装置内部供电，采用外部DC5V1A供电，设置的时间单位10ms，设置范围10ms到1min，开出量根据设置的时间动作，精度高，大大提高保护调试人员的工作效率，减少因人为因素造成的差错。

2 方案设计

该辅助校验装置应用于稳控装置单体的校验，目前调试过程中都是使用短接线模拟接点的闭合，一旦短接错可能会导致开关的误动作，因此，辅助校验装置需要能够模拟开关、刀闸等位置信号及保护动作后的接点输出。同时，需要提供多支路的开关量，方便对不同稳控装置单体校验，并且每个支路开关量的输出延时和保持时间可设置，以达到不同的支路可以按规定的时间动作。

提出一种设计方案，按照其独立性的原则，设计12路独立的开出量，分为6路常开接点、6路常闭接点，由一种电气性能良好的继电器来完成其接点动作和复归的功能。设计2路开入量，支持“逻辑或”和“逻辑与”的逻辑组合控制开出量1。为了实现就地化的设置开出量的动作时间，采用键盘加液晶的组合设计，液晶配置一颗主流的GPU（协处理CPU），所有的工作由其总的处理单元（主控CPU）来负责协调。其硬件单元应包括：主控CPU模块，协处理CPU模块，2#智能开出模块，1#智能开出模块，指示灯显示模块，HMI显示模块，智能开入模块，键盘模块，DC-DC隔离电源模块，电源模块。

该方案的优点是配置灵活，每个模块功能单一、相互独立、设计简单并且。

辅助校验装置的设计方案如图 2所示。

3 硬件设计

3.1 CPU模块的设计

主控CPU模块和协处理CPU模块都采用ST公司的32位微控制器，该系列MCU包含一个Cortex-M3核，主频经过PLL后可达72MHz。STM32单片机在微控领域占据主导位置，功能强大、功耗低、存储容量大，加之ST公司开放的固件库，使编程变得非常方便[3]。

主控CPU模块负责采集键盘模块传来的信息，包括交互和命令两种信息类型，交互信息通过USART传给协处理CPU模块，命令信息传给1#智能开出模块、2#智能开出模块和指示灯显示模块；同时负责采集智能开入模块传来的状态信息，传给1#智能开出模块和指示灯显示模块。

协处理CPU模块负责接收主控CPU模块传来的交互信息，交互信息经处理后，传给HMI显示模块。

3.2 开入开出模块的设计

1#智能开出模块采用6个DSP2a-DC5V继电器，该类继电器包含两组常开接点，辅助校验装置将两组常开接点并接使用。

2#智能开出模块采用6个DSP1-DC5V-F继电器，该类继电器包含一组常开接点，一组常闭接点，辅助校验装置使用了常闭接点。2#智能开出模块负责接收主控CPU模块传来的命令信息，根据命令信息控制开出量做出相应的动作。命令信息包括动作命令，停止命令，动作延时时间、保持时间。

智能开入模块具有两路通道，公共端由DC-DC隔离电源模块提供DC5V电源，两路通道信号支持逻辑组合，包括“逻辑或”和“逻辑与”两种逻辑组合关系。智能开入模块负责采集外部信号的逻辑状态，传送到主控CPU模块，进而控制1#智能开出模块中部分开出量。

3.3 HMI模块的设计

HMI显示模块6采用2.2 220x176分辨率的TFT真彩屏。HMI显示模块6负责接收协处理CPU模块2传来的交互信息，控制液晶屏显示相应的交互操作，包括设置时间，设置实验，查看帮助等。

键盘模块包括11个按键，负责捕获按键的操作，将操作信息传送到主控CPU模块，操作包括上、下、左、右、ENTER、ESC、F1、F2、F3、F4、CLR。

3.4 显示模块的设计

指示灯显示模块包括17只LED灯，1只蓝色运行灯，1只红色故障灯，1只绿色实验灯，2只开入指示灯，6只常开开出指示灯，6只常闭开出指示灯。指示灯显示模块负责接收主控CPU模块传来的命令信息，包括键盘和开入触发的两种命令信息，做相应的电灯、灭灯操作。

3.5 电源模块

DC-DC隔离电源模块负责DC5V-DC5V的转换隔离，给智能开入模块公共端供电，防止智能开入模块端子误操作损坏本实用型新模块本身。电源模块负责DC5V-DC3.3V的转换，DC3.3V给主控CPU模块和协处理CPU模块供电。

4 软件设计

辅助校验装置的软件设计包括人机交互和实验两部分。人机交互涉及界面操作、参数设置等；实验包括手动按钮和外部信号两种触发开出量的逻辑处理。

如图4所示，上级界面中，通过左右键选择菜单，ENTER鍵进入相应下级界面；下级界面中，通过ESC键返回上级界面。

如图5所示，在实验界面中，通过F2键进入修改状态，通过方向（上、下、左、右）键选择修改位，通过ENTER键修改值，通过ESC键返回到实验界面。

如图6所示，在触发设置界面，初始界面为开出n，可以批量设开出1-12，通过上下键翻页，实现对开出1到开出12的设置。在设置界面中，通过F2键进入修改状态，通过左右键选择修改位，通过上下键修改值，通过ESC键取消设置，通过ENTER键保存设置值。

如图7所示，在实验界面中，通过F4键手动触发实验，12路开出根据设置的状态，设置的延时和保持时间动作，实验未结束前，通过CLR键可以停止试验。在实验界面中，采集开入量，根据设置的状态及逻辑组合关系，触发开出1动作。

5 结束语

通过现场实际测试证明，辅助校验装置可以带来以下效果：

（1）减少现场试验时拆线和接线的工作量，进而避免了因拆线和接线错误而导致的安全隐患，大大提高了辅助校验工作的质量。

（2）提高了现场试验的工作效率，节约了校验维护工作时间；降低了校验维护工作的劳动强度，现场只需把相应的开出接入需要校验的支路，之后设置参数，就可以进行多次校验操作。

（3）该装置的应用，可以有效规避风险，固化人的行为，从而满足实际遇到的问题，具有实际的可行性和价值。

参考文献

[1]张宇，刘静琨.影响特高压电网运行的因素及应对策略[J].电力系统保护与控制，2013，1.

[2]何春华，鄢仁成.开关量的实用软件处理方法[J].计算机测量与控制，2005，13（4）.

[3]刘火良，杨森.STM32库开发实战指南[M].机械工业出版社.