智能型直流系統板卡更換裝置研發的關鍵與難點研究

國網湖北直流運檢公司 甘秋甫 萬 泉 賀霖華 黃 元

當前我國各大換流站中并未出現簡易的處理方式，很難實現站內板卡高效處理，并且也不能快速掌握出廠相關參數，所以后續檢測工作力度不達標，嚴重制約了此項工作的順利運行。為解決以上問題，變流站會儲備大量的備用板卡，以此確保其能夠長期運行，另一方面在現場故障時，相關操作人員常用排除法對系統進行檢測，兩類方式均有一定的處理盲點，不僅耗時還費力。

本文發明了一種可以規避以上問題的裝置——直流系統板卡更換裝置。此類裝置主要包括了以下幾個方面：首先是人機界面電腦，其次還有10槽位3U 規格插槽，最后是電源轉換模塊。10槽位3U 規格插槽需要與人機界面電腦相連接，在連接后電源轉換模塊通過自身功能對人機界面電腦和所述10槽位3U 規格插槽進行連接，在三個設備均連接之后可以規避以上闡述問題。

此發明在應用時可以對板卡進行更換，只需將其安裝在10槽位3U 規格插槽后即可實現更換工作，在接通電源轉換模塊后，相關操作人員利用人機界面電腦中的自動功能，對新舊板卡中的參數信息進行更換，此類更換形式不僅便捷了更換人員的工作難度，還降低了更換人員的操作風險。

1 智能型直流系統板卡更換裝置研發的關鍵點及發明內容

直流輸電技術在不斷發展的過程中發生了各類變化，其中控制保護系統是控制中心的樞紐，在其中發揮出了重要的作用，并且在換流站運轉工作中起到了決定性作用，此系統電子元件及板卡數量龐大，其中系統涉及范圍包括：閥控制保護、換流變控制保護、直流線路保護、各直流區域及設備保護、內冷水控制及保護、外冷水控制、交流濾波器控制保護、通信監視和交流母線電壓控制等，涉及各種類型板卡四十多種、板卡數量上千塊，軟件和硬件相互配合、交換數據，才能確保整體邏輯性，因此整體設計工作應該按照以上內容進行綜合考慮，確保后續設計工作符合實際需求并滿足相應要求。

針對技術不足，本發明為其卡板更換提供一種直流系統板卡更換裝置，以此解決更換難度較大的問題，為了能夠實現上述目標，本文的發明方案如下文所述：首先需要一種直流系統板卡更換裝置，其內部包含了人機界面電腦；10槽位3U 規格插槽；在應用時需要與所述人機界面電腦連接；而電源轉換模塊則需要分別與人機界面電腦和10槽位3U 規格插槽相連接。其中模擬量和數字量輸出模塊是設計的重點內容之一，它也需要與10槽位3U 規格插槽和人機界面電腦相互連接。其中裝置背板，也需與10槽位3U 規格插槽和人機界面電腦相互連接，以此讓其與10槽位3U 規格插槽和人機界面電腦進行通信工作，讓二者之間能夠產生關聯，并且逐步實現相應功能，確保整體工作符合實際需求[1]。

網絡通訊裝置也需與上述中模擬量和數字量輸出模塊和人機界面電腦進行連接，它可以將模擬量和數字量的信號轉變成為以太網信號內容，通過此信號將其傳輸至人機界面電腦。板卡數據庫存儲器需直接與人機界面電腦相連接，以此存儲相關參數和軟件程序。

通過上述發明內容的結合，整體技術效果如下文所述：本文為其提供了直流系統板卡更換裝置，提高了工作人員工作效率和質量，并且降低了工人核對信息的風險，讓其整體工作進展更為順利，促使相應工作順利實施。

2 智能型直流系統板卡更換裝置的原理難點

在此類工作中，很多維護人員會受到直流控制保護系統板卡故障的困擾，在故障中系統會長期處于無冗余無備用狀態，因此所造成的故障會對參數讀取和程序裝載造成一定影響，為了改變此類問題需要應用故障確診功能對其進行確定，但是此過程需要時間較長，因此此項故障工作需要研究一個可以直接在故障現場做出處理的裝置，從而節約時間。

此研究可以對板卡進行故障測試，通過故障測試對現場板卡故障參數進行讀取，然后對新的板卡各項參數進行設置，讓其程序符合運行狀態需求，后續結合縮短故障處理時間裝置對其進行完善。此項內容的現場工作要求如下文所述，同時它也是裝置設計得到相應原則：

首先要確保整體得到可靠性。在板卡發生故障問題后，此系統需要對卡板當時的狀態進行處理判斷，通過判斷結果對故障類別進行分析，結合各類備用系統崩潰狀態對事物進行分析，如果故障較為嚴重的話，可以采取關閉處理的方式對其進行檢查，避免出現閉鎖。此項工作必須將安全問題放在設計工作的首位，因此此裝置在研究時也應以安全為結構基礎[2]。

其次是集成。板卡集成需要在設計過程中融入相應的板卡內容，并且確保各類板卡內容能夠與總線板卡相連接，其中總線板卡分為兩個，一個是CAN 總線板卡、另一個是TDM 總線板卡；此兩類板卡更適用于電源集成工作，一般情況下工作現場的電源為220V 交流電，但實際工作中，板卡和相關裝置需要多個電源對其進行支持才可完成后續各項工作，因此在電源方面還需要進行電源集成工作，此次裝置選擇了110V、24V、5V 的直流電。對于結構集成而言，此類別裝置需要滿足攜帶需求，因此設計工作需要符合實際要求，尤其針對結構設計工作，軟硬件之間更需高度配合，最大限度實現體系和質量的優化，以此滿足實際工作需求。

當前直流控制保護系統對于工作環境的要求較高，因其現場工作會涉及到閥廳、換流，所以附近會有較強的磁場對其進行騷擾，所以對于設備而言，整體抗干擾能力需要達到最大化，所以此類設計也成為了挑戰。基于此在電子元件選擇方面，相關設計人員應該結合實際情況選擇適合的電子元件對此項發明設計進行支持。尤其針對板卡更換裝置的外殼防護問題，需要讓其達到IP41的標準。

3 具體實施方式

具體實施方式如下文所述：為了能夠滿足設計需求，此次更換裝置主要包括了以下七個電子元件：人機界面電腦、槽位3U 規格插槽、電源轉換模塊、模擬量和數字量輸出模塊、裝置背板、網絡通訊裝置、板卡數據庫存儲器。其中槽位3U 規格插槽與人機界面電腦連接；電源轉換模塊需要與人機界面電腦和槽位3U 規格插槽連接，在連接結束之后，還需要20V 交流市電為人機界面電腦提供電力支持，后續系統可以將其轉化成為110V 直流電，并且將其供給給板卡使用。為了讓其能夠達到相應的功能需求，模擬量和數字量輸出模塊還要與槽位3U 規格插槽和人機界面電腦相互連接。

其中裝置背板也要與10槽位3U 規格插槽、人機界面電腦相互連接，此類連接工作主要目的是為了實現通信功能。為了能夠讓通信功能發揮出實質作用，相關操作人員還需將裝置背板作為背板通信模塊的通信裝置，以此讓兩路總線與以太網進行連接，三者之間的連接實現通信功能的轉化，讓其更能幫助后續工作實施。其中網絡通訊裝置還要與模擬量和數字量輸出模塊、人機界面電腦相互連接，此類連接工作最終目的是為了實現以太網信號的轉換，在轉換之后將其傳輸至人機界面電腦界面。其中涵蓋的板卡數據庫存儲器是直接與人機界面電腦相連接的內容，通過此鏈接實現參數的設置和各類程序的轉化。