一種主變壓器有載分接開關遙控調檔裝置的設計

唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網有限責任公司佛山供電局廣東佛山528000）

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一種主變壓器有載分接開關遙控調檔裝置的設計

唐琪，陳志平，黃緒煜

（廣東電網有限責任公司佛山供電局廣東佛山528000）

摘要：針對主變壓器直流電阻試驗必須專人調節有載分接開關的試驗現狀，設計了一種主變有載分接開關遙控調檔裝置，能使節省專門的調檔人員，提高了直流電阻試驗的效率。運用了圖像采集、處理和顯示技術，能準實時的顯示有載分接開關當前的檔位，使試驗人員能夠隨時得到檔位信息，使遙控調檔能夠準確無誤。該裝置與主變二次回路沒有直接的電氣連接，不會給試驗增加新的風險點。

關鍵詞：主變壓器；有載分接開關；圖像處理；無線通訊；SCCB協議

變壓器的直阻試驗是變壓器制造中半成品、成品出廠試驗、安裝、交接試驗及電力部門預防性試驗的必測項目，能有效發現變壓器線圈的選材、焊接、連接部位松動、缺股、斷線等制造缺陷和運行后存在的隱患。而對裝有有載分接開關的主變壓器進行直阻試驗，則需要對每個檔位下的直流電阻進行測試。當前，在對某一個檔位完成直流電阻測試后，一般是通過人工操作有載分接開關上的調壓按扭來調節到下一個檔位，因此需要專門的人員負責調檔操作，再通知儀器操作人員調檔完成、可以進行測試［1］。

上述測試技術所需要的人力資源比較多、測試操作非常不方便，導致人機工作效率低，因此有必要針對現有測試技術進行改進。基于此，設計了一種新的調檔裝置，可以對分接開關進行遙控調檔，并可實時監控當前檔位，使直阻試驗的工作效率得到顯著提高［2］。

1　裝置的硬件設計

為滿足遙控調檔的目的，裝置須由兩部分組成，分別命名為“調檔機構”和“控制箱”。其中調檔機構安裝在有載分接開關處，完成調壓命令的執行和圖像數據的采集、處理功能。控制箱由試驗人員操作，用來發出調壓命令、接收圖像數據并顯示當前檔位圖像。兩者須通過無線通訊完成遙控調檔的目的。裝置硬件設計如圖1所示。下面將從上述兩部分對裝置進行闡述。

調檔機構直接與有載分接開關連接，完成主變有載分接開關的調檔，設計具備以下功能：1）采集和預處理當前有載分接開關的圖像數據；2）接收調檔指令，發送圖像數據；3）存儲圖像數據；4）實現調檔目的。為實現上述目的，以OmnjVjsjon公司的OV7670圖像傳感器模組作為圖像的采集模塊，該傳感器體積小、電壓低，具備VGA攝像頭和影像處理器的所有功能，同時還具備可夜視功能。通過SCCB協議控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數據。其VGA圖像最高為30幀/秒。所有圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度以及圖像的數據格式和傳輸方式都可以通過SCCB接口編程。滿足現場試驗的圖像采集的需求［3］。

裝置的調檔機構采用Xj1jnx公司的Spartan-2E系列FPGA來作為控制器，一方面，FPGA通過UART轉WIFI模塊接收控制箱發過來的調檔指令，經過分析判斷出是升檔還是降檔指令，并且按照指令要求的脈沖時延，通過對應的IO口連接到繼電器的線圈，繼而來控制繼電器常開接點的分合動作及動作時間；另一方面，選擇FPGA的IO接口與圖像傳感器相連，通過FPGA編程實現OV7670圖像傳感器需要的SCCB協議，來控制圖像數據的格式和傳輸方式，并且通過并行傳輸來接收圖像數據，然后對圖像數據進行相應的處理后通過UART轉WIFI模塊再發送給控制箱；最后，FPGA可將接收到的圖像數據都存入FLASH中，并且可以隨時調用歷史數據。

圖1　裝置硬件結構

無線傳輸采用WIFI的方式，選擇一種成熟的UART轉WIFI模塊，然后通過FPGA的IO口編寫UART傳輸協議即可完成數據的接收和發送。所選繼電器電壓為3.3 V，FPGA的脈沖輸出通過驅動電路（三極管共射電路）來驅動繼電器的線圈使常開接點分合。以完成有載分接開關的調檔功能。

控制箱作為試驗人員的操控部分，設計具備以下功能：1）顯示有載開關當前檔位數據/圖像；2）形成有效的調檔脈沖（滿足100ms延時）；3）發出調檔指令并接收圖像數據；4）圖像顯示。控制箱采用TI公司的MSP430F6系列單片機，通過鍵盤來控制脈沖的頻率和占空比，再通過UART轉WIFI模塊發送。另外可通過UART轉WIFI模塊接受調檔機構發送過來的圖像數據，經單片機處理后，通過TFT液晶屏顯示出來，由于選用的TFT液晶屏本身就集成了ILI9325控制模塊，所以單片機可以直接來控制該模塊，并且發送圖像數據即可［4-6］。

2　裝置軟件設計

為了使機構各個模塊能并行不悖，軟件部分主要是采用嵌入式設計，包括單片機控制部分和FPGA控制部分，其軟件設計主要包括調檔指令的控制，圖像的采集和處理，WIFI的通訊設計以及圖像數據的存儲等其它設計。

在裝置遙控調節有載分接開關的試驗過程中，試驗人員需要看到當前的檔位圖像，以便確定機構是否運行正常。但是因為所用的MSP430F6單片機的主頻最高20 M，UART口的傳輸速度最大為460800波特率（約4.4 Mbps），而OV7670圖像采集的1 s會有30幀圖像數據，即使采用數據量少的QVGA模式，圖像每一個行同步有效，會產生640個像素時鐘，每一個幀同步有效，會有240個有效行同步信號。每個像素時鐘會有8 bjt數據產生，這樣計算下來1 s就會產生30 M的數據量，這么大的數據量無論是傳輸還是后續處理都是難以進行的。本裝置雖然要求對有載分接開關實時監控，但對于圖像的流暢性并無要求。所以本裝置采用一種準實時的圖像采集和處理方式，FPGA只需每秒鐘接收一幀圖像數據即可，一秒鐘的采集流程如圖2所示。這樣只需處理1 M左右的數據量滿足后續傳輸和處理的要求。FPGA將每秒一幀的圖像數據通過WIFI通訊發送給控制箱，控制箱接收到這些圖像數據后由單片機通過并口模式發送給TFT液晶屏即可實現準實時監控。

圖2　FPGA一秒鐘的采集流程

檔位升降指令由按鍵控制，通過接入單片機的IO口，以中斷觸發的方式來告訴單片機當前的指令是升檔還是降檔。并且可以通過延時函數來設置脈沖觸發時間。然后將這些信息通過對應的代碼無線發送給調檔機構，由FPGA來識別后確定是升檔還是降檔，以及脈沖持續時間。然后將相應的脈沖通過FPGA對應的管腳發送給驅動電路，再通過繼電器來實現最后的調檔功能。系統綜合設計流程如圖3所示。

3　裝置實測效果

完成對裝置主要硬件和軟件的設計，并且通過一系列的組裝。最終研制出了一款有載分接開關遙控調檔裝置。將該裝置調檔機構的繼電器常開接點與主變有載分接開關對應的的升降檔位繼電器的常開接點相并聯即可進行遙控調檔試驗，該裝置與主變二次回路避免了直接的電氣連接，不會給試驗增加新的風險點。通過多次試驗，該裝置能可靠應用于有載開關的遙控調檔，并且能準實時的監控到當前檔位圖像。圖4是裝置夜間操作的照片。

圖3　系統綜合設計流程

圖4　裝置夜間現場運用

4　結論

文章首先介紹了當前做變壓器直流電阻試驗時需專人調節有載分接開關，從而造成了人員的浪費，由此提出設計一種主變壓器有載分接開關遙控調檔裝置。接著從硬件結構上設計了遙控調檔裝置的各個組成模塊，裝置分成了控制箱和調檔機構兩部分并以WIFI方式來進行無線通訊，兩者間能夠傳送調檔控制指令以及圖像數據，從而使裝置不但能進行遙控調檔還能對當前檔位進行實時監控。然后基于硬件系統設計了對應的軟件流程，提出了一種利于裝置實用的準實時的圖像處理方法，完成了整個裝置的軟件綜合設計。最后通過硬件和軟件兩方面的研究設計出了一種主變壓器有載分接開關遙控調檔裝置，并且通過實測驗證了裝置的有效性和實用價值。

參考文獻：

［1］蔡博.基于無觸點開關的有載調壓控制系統與方法研究［D］.北京：華北電力大學，2009.

［2］陳飛，饒洪林，吳劍波.換流變有載分接開關介紹及故障分析［J］.變壓器.2014，51（1）：38-42.

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［6］Keun-Sup L，Young Cheo1 P，Dae Hee Y.Software optjmjzatjon of the MPEG-audjo decoder usjng a 32-bjt MCU RISC processor［C］.IEEE Trans. on Consumer E1ectronjcs，2002，48 （3）：671-676.

Deslgn of remote control devlce of 0LTC

TANG Qj，CHEN Zhj-pjng，HUANG Xu-yu （Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，Foshan 528000，Chjna）

Abstract:Accordjng to the test sjtuatjon of the majn transformer DC resjstance test，jt desjgns a remote contro1 devjce. The devjce can save the specja1 person who adjusts the gear，and jmprove the effjcjency of the DC resjstance test. The devjce uses the jmage acqujsjtjon，processjng and djsp1ay techno1ogy.And jt can djsp1ay OLTC（On-1oad tap changer）current gear jn a quasj rea1 tjme.It can make the test personne1 get fj1e jnformatjon，and jt can make the test accurate.There js no djrect e1ectrjca1 connectjon between the devjce and the majn transformer secondary cjrcujt，so the devjce wj11 not jncrease the rjsk of new pojnts to test.

Key words:the majn transformer；on-1oad tap changer；jmage processjng；wjre1ess communjcatjon；SCCB protoco1

中圖分類號：TN99

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6236（2016）07-0151-03

收稿日期：2015-05-21稿件編號：201505199

作者簡介：唐琪（1983—），男，四川閬中人，碩士，工程師。研究方向：高壓試驗和狀態監測。