高压变电站辅助设备智能化控制系统设计

高压变电站辅助设备智能化控制系统设计

李伟

乌兰察布供电公司, 内蒙古 乌兰察布012000

摘要：高压变电站的智能化建设通过采用先进数字化技术和更完善的安全措施，弥补了传统变电站的许多不足，本文通过对辅助设备智能化控制系统的设计，积极推动变电站的智能化建设，提高变电站实时监测能力，自适应控制能力、故障预警能力、数据处理能力等多个方面，从而实现更高效、更安全、更稳定的电力系统运行。

关键词：高压变电站；辅助设备；智能化控制系统；设计

1辅助设备智能控制系统硬件开发

1.1红外控制模块

在本文设计中，在红外控制的基础上加入学习记忆功能，能够解析空调指令并存储在模块对应寄存器里面，同时实现对空调温度、模式、状态等主要功能的控制。红外学习模块由以下两个主要电路构成：（1）红外发射电路：主要包括红外发射二极管、发射驱动电路、脉冲调制电路和电源供应电路等几部分。其中，红外发射二极管是红外发射硬件电路的核心组成部分。其次，发射驱动电路是将来自控制芯片的数字信号转换为红外发射二极管所需的电压和电流；脉冲调制电路是将数字信号调制为红外线信号。最后电源供应电路主要是为红外发射硬件电路提供所需的电源。（2）红外解析电路：主要包括红外接收头、接收驱动电路、滤波电路、放大电路、解码电路等几部分。红外接收头是红外解析硬件电路的核心组成部分；其次，接收驱动电路是将红外接收头接收到的电信号放大，以便后续电路进行处理；滤波电路主要是对接收到的电信号进行滤波处理，以滤除杂散信号和干扰信号。最后，放大电路是对滤波后的信号进行放大，以便后续电路进行处理；解码电路是将放大后的信号解码为数字信号的电路。红外模块的硬件电路主控芯片选用的是STC8G1K08单片机芯片，STC8G1K08采用8051内核，最高主频可达40MHz，具有8位数据总线和16位地址总线，它支持1.8V至5.5V的宽电压工作，同时具有多种低功耗模式，也具有多种外设接口，如12位ADC、DAC、PWM输出、捕捉输入、比较器等，可用于测量和控制信号，它可以通过UART口或USB口与PC机通信，进行在线下载程序、在线调试、在线烧录等操作，整体上具有性能稳定、价格实惠、易于开发。在红外模块的设计中，STC8G1K08芯片主要用来学习和发射相应空调对应指令到模块通道内，每1个通道记录1条红外信号控制指令。学习过程是通过HW_JS位置的红外解析头，将指令解析至上位机，通过手动将指令录入指定通道内；发射过程是根据串口接收指令，通过HW_FS位置的发射头发射对应通道值，红外头的控制距离可以达到10m。

1.2继电器模块

继电器是一种电控开关，可以通过电信号来控制开关的状态，从而实现对电路的控制。继电器通常由两个主要部分组成：触点和电磁铁。触点是用来控制电路通断的机械开关，电磁铁则是通过电流控制触点的开合状态。具体来说，继电器的工作原理如下：（1）当电磁铁通电时，会产生一个磁场，磁场的方向由电磁铁上绕制的线圈方向决定。磁场的作用下，铁芯被吸引，向磁场的方向移动。（2）当铁芯移动到一定的位置时，触点就会被吸引，从而实现开路或者闭合。当电磁铁停止通电时，铁芯恢复原位，触点也跟着恢复原来的状态。继电器具有高可靠性、接口方便、操作简单、应用范围广的特点，在生活中时常可见，常用于家电设备、电子设备、工业自动化设备、交通运输设备、医疗设备等。在本文设计中，继电器将用来控制除湿机和水泵的电源，做到站内设备归一化管理。继电器模块的硬件电路加入了光耦合器件TLP785GB，TLP785GB芯片的工作原理基于光耦合技术，通过光学隔离来隔离输入和输出信号。当输入端有电信号输入时，内部LED发出光信号，光信号通过光电转换器转换为输出端的电信号。TLP785GB芯片具有高速响应、高稳定性、低功耗等主要特点，常常用于电力控制系统、工业自动化系统、通信设备和医疗设备。在继电器模块设计中，通过三极管的开关功能以及二极管的单向导通性，单个继电器模块通过主控芯片单个引脚的高低电平进行控制，当引脚输入低电平时，三极管基极为高电平，继电器开关指向NO端；当引脚输入高电平，三极管基极为低电平，继电器开关指向NC端。整体设计可根据后期改动增减继电器模块数量，实现站内辅助设备整体控制效果。

2辅助设备智能控制系统软件开发

2.1智能测控终端整体工作流程

根据变电站实地调研，单个智能测控终端需搭载3个温湿度传感器和1个超声液位计，并能够实现两种工作模式：人为远程操控和设备自主测控。测控系统的软件设计流程思路如下：（1）当智能测控终端打开后，首先进行系统各模块初始化。主要包含系统时钟的配置、串口及中断配置、定时器及中断配置、ATK-UART2ETH模块配置、引脚初始化、数据采集初始化、数据处理初始化和设备控制模块初始化等；（2）初始化结束后，系统将开始正常运行，定时采集数据，通过信号线将采集数据发送至主控模块，主控模块会先将数据进行误差处理或滤波处理；同时，为保证设备实时在线，终端设备与监控平台之间会始终保持“心跳”包的传送。（3）将处理结果进行异常判断，同时将数据上传监测平台并在终端设备显示屏上实时显示。在人员监测且数据出现异常时，智能测控终端会向站内监测平台发布预警信息，站内工作人员通过手动下达控制指令，改变站内辅助设备工作状态；在无人值守且数据出现异常时，智能测控终端会按照预设数据来自行控制站内辅助设备工作。

2.2控制模块程序设计

控制模块程序设计是针对式控制变电站内辅助设备，改变设备的状态或工作模式。目前，根据现场调研结果，需要对空调、除湿机、水泵3个主要设备进行控制，从而调节变电站内环境变量保持在正常区间；因此，控制模块的程序可以分为两个主要部分：红外控制和继电器控制。两者控制指令都由STM32主控模块发出，红外控制模块通过串口通信与STM32主控模块进行通信，继电器模块通过单引脚的高低电平与STM32主控模块进行连接。能测控终端的各个控制模块是通过接收主控单元的控制指令，从而来执行相应的操作，因此在手动远程控制辅助设备时，主控模块会先解析下行指令，根据指令中配置数据各位设定的功能，发送相应的辅助设备控制指令。辅助设备控制指令主要分为两种，分别是红外控制指令和继电器控制指令。红外控制指令的主要形式为：通道号+数据长度，其中通道号为存储红外控制指令的数组，数据长度为帧头、帧尾和控制空调模式的数据的总和，在实际控制的程序中，单个空调控制指令的形式为：0xFA、0xFD、0xAB、0xCD、0xDF,其中，A位表示开关状态、B位表示风速大小、C位表示模式选择、D位表示空调温度值（调节范围为16℃~30℃）。在具体实现时，首先是根据具体空调类型，通过硬件电路的红外解析头获取空调各个控制指令，并将解析后的指令存储在设定通道内，在控制空调时，调用对应功能的通道号，从而实现对空调的控制。继电器控制指令主要通过控制芯片对应引脚的高低电平，根据硬件部分的设计，单个继电器通过信号引脚输出低电平来打开，输出高电平来使得继电器关闭。在实际操作中，由于除湿机和水泵的系统功能已经设定完成，因此，系统通过继电器模块来控制两个辅助设备的电源从而来实现对湿度和水位的控制。

3结束语

整体上来说，辅助设备智能控制系统的设计能够满足变电站智慧建设的基本需求，其本身具有较好的抗干扰性能、丰富的设备控制、统一的监测平台管理、较强的可拓展性等优点；但随着变电站智能化建设的速度加快，智慧测控系统还有许多可以改进的地方。

参考文献

[1]肖峰,付宝良,潘宏承,李盈盈,刘振,朱王伟,林松,张东旭,江海涛.基于RFID的特高压变电站主设备智慧管控平台应用研究[J].电工电气,2022(03):63-66.

[2]潘院鹏.500kV智能化变电站运维一体化的关键点研究[J].光源与照明,2021(12):124-125.

[3]柳敏瑞.变电站辅助设备智能监控系统无线通信终端设计与研究[D].兰州交通大学,2022.