智能操控装置概要.docx

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智能操控装置概要

SK-320智能操控装置

一、发明创造名称

SK-320智能操控装置是针对当前中压系统开关柜研制开发的一种新型、多功能、智能化模拟动态指示装置。

适用于3至35KV户内各中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜。

是公司生产高低压开关柜、箱式变电站所需的配套产品。

二、背景技术

高压开关柜是根据不同用途的接线方案，将一、二次设备组装在柜中的一种高压成套配电装置。

随着电力工业的大发展和国内配电网的大规模建设，使高压开关柜的需求量猛增。

它在现场运用极为广泛，但是也存在着操控上的一些问题和安全隐患[1-3]：

①开关柜在运行过程中柜门始终是封闭的，运行人员无法知道柜内的主接线，虽然每面关柜都标有一次主接线图，但这种指示方式不能动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态；

②开关柜验电问题是一个多年来困扰电力安全生产的问题；

③目前开关柜上大量使用以氖灯作为显示元件的高压带电显示装置，经过长时间的运行使用失明率高氖灯大量损坏；

④凝露问题在绝缘事故中占相当大比例，高压柜内的温湿度控制不能忽略；

⑤尽管开关柜上已有一定的机械“防误”措施，然而如果能加上语音防误提示则可以更方便运行人员的操作；

SK-320智能操控装置就是针对电力开关柜开发设计的一种新型的多功能、智能化模拟动态指示装置，它集一次回路动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、语音防误提示、远程通信等功能，使高压开关柜进一步智能化、网络化、数字化等多功能于一体。

三、发明创造内容

SK-320智能操控装置应具备的功能

动态模拟一次接线图：

一次接线图是指由变压器、断路器、隔离开关、母线、电流互感器以及电压互感器等主要电气设备按一定顺序用导线相互连接起来的电气回路。

开关柜在投运过程中柜门始终是封闭的，如果没有一次主接线图，运行人员无法知道该柜体内部的主接线。

但这种指示方式是静态的，它不能动态指示出断路器的位置（分/合）、接地开关的位置（分/合）、弹簧储能状态（已储能/未储能）、手车处于工作位置还是试验位置（对于手车柜）以及上下隔离开关的位置（对于固定柜）等。

实际上，这些电气量属于开关量，可以通过对开入量的检测，用一些“十”字灯或“V”字灯动态模拟出开关柜一次系统图上各种元器件的位置或状态。

模拟图应显示内容为断路器分闸/合闸显示、预分/预合闪烁指示、接地显示、储能状态显示、工作位置/试验位置显示、手车进出过程中动态显示、断路器与接地开关的防误闪烁提示等。

柜内温湿度显示控制：

由于高压开关设备在运行中受环境条件影响很大，加之我国地域和气候条件差异很大,高寒、高湿环境对高压开关柜运行很不利。

当温度与湿度达到凝露程度时，会造成开关设备闪络事故，也就是绝缘事故。

这就需要对环境中的湿度和温度加以控制，使之不因凝露而发生绝缘闪络。

为了达到开关柜防凝露的目的，温湿度控制回路至少应带1路湿度传感器、1路温度传感器及除湿或加热输出触点,同时要求温湿度值能数字显示,用户可根据需要设置加热/除湿输出的上下限。

一般来说,开关柜的湿度测量、控制范围为0-99%RH；温度测量、控制范围为0-99℃。

高压带电显示：

高压开关柜验电问题是一个多年来困扰电力安全生产的问题，目前推广的全封闭型“五防”开关柜的机械“五防”闭锁装置，无法满足安全规程“先验电、后挂接地线”的要求。

因为在执行停电工作时，在合接地开关前必须验明设备已无电压。

然而封闭式高压开关柜处于全封闭状态，按照正常的操作方法，无法用携带式高压验电器对设备进行验电因此就出现了强行解锁打开开关柜柜门的方式验电。

鉴于老式高压带电显示装置存在的诸多问题，客观上需要一种全新的具有高可靠性、长寿命、免维护、显示清晰醒目、能弥补老式高压带电显示装置缺陷的新型带电显示装置，以有效防止误入带电间隔或带电合接地开关等引起的人身、设备事故。

用于高压带电指示的LED启辉电压kV[3]：

母线电压×0.15（A、B、C三相灯亮）,用于电磁锁闭锁的启控电压kV[3]母线电压×0.65。

当三相同时不带电时，闭锁解除灯亮，启动电磁锁动作。

语音防误提示：

语音防误是指运行人员误合断路器、误带负荷拉/合隔离开关（或推/拉手车）、误带电挂接地线时，装置能够自动发出语音提示及闪光提示。

远程通信：

通过串行通讯技术将监测到的数据上传到上位机，组成开关柜信息的远程监控系统。

系统总体设计：

根据以上分析，系统总体设计框图如图1所示，开关柜智能操控以STC15F2K602S为主控芯片。

图1

SK-320智能操控装的硬件设计

主控模块的核心为STC15T2K60S2低功耗单片机它具有以下主要特点[4]：

STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，应用第II代加密技术，加密性超强，指令代码完全应用第I代加密技术，加密性超强，指令代码完全指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成高速度R/C时钟（±0.3%），±1%温飘（-40℃~+85℃），常温下温飘±0.6%（-20℃~+65℃），5MHz~35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路（内部已集成高可靠复位电路，ISP编程时8级复位门槛电压可选）。

3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），内置2K字节大容量SRAM，2组高速异步串行通信端口（UART1/UART2，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用），1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串行口通信针对多串行口通信多串行口通信/电机控制/强干扰场合。

功能单元由主控板、温湿度采样电路、开关量输入电路、显示驱动电路、语音控制电路、通讯电路、继电器开关、接线端子和电源组成见图2

图2

温湿度控制模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个DHT11传感器都在极为精确的 湿度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内 部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

产品为4 针单排引脚 封装。

连接方便。

见图3

图3

智能语音防误提示模块

当电路处于合闸状态时，操作者误强行将手车推至工作位置时，扬声器发出“请分断路器”的语音提示，当电路处于合闸状态，操作者强行合接地开关时，扬声器发出“请分接地开关”的语音提示，如果上述情况同时发生，扬声器发出“请分接地开关，请分断路器”，当开关柜带电运行时有人靠近发出“高压柜已带电，请勿靠近”的语音提示。

因为语音长度不长，所以该装置用的是WTH040可以一次编程的语音芯片，它的声音长度是40s采用CPU方式进行触发选通各段，在8kHz的采样速率下，其选通速度是65μs，其电路见图4。

图4

高压带电显示模块

高压带电指示及闭锁模块由压敏电阻、整流桥、光隔、闭锁继电器组成，压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。

当加在压敏电阻上的电压低于它的阈值时，流过它的电流极小，它相当于一个阻值无穷大的电阻，也就是说，当加在它上面的电压低于其阈值时，它相当于一个断开状态的开关；当加在压敏电阻上的电压超过它的阈值时，流过它的电流激增，它相当于一个阻值无穷小的电阻，也就是说，当加在它上面的电压高于其阈值时，它相当于一个闭合状态的开关。

设计电路及原理如图5所述。

图5

SK-320智能操控装具有优异的环境耐受能力与电磁兼容性能独特的抗干扰技术，光电/电磁隔离、电路部件的“三防”处理及严格的整机带电老化与出厂测试等措施确保了产品的长期工作可靠性。

此外，该系列产品在设计中还充分考虑了与一次系统及设备的配合采用具有宽电压输入范围（85-265V）的开关电源为整机供电，使得产品能够适用于控制电源为交直流110/220V的一次系统。

SK-320智能操控装置是在借鉴国内外同类产品的基础上，针对电力高压开关柜的控制要求设计的，适用于中置柜、固定柜、环网柜等多种开关柜。

该装置以一体化布局配套装备于开关柜，简化了结构设计、美化了面板布局，取代现有的一次回路模拟指示牌、电磁式开关状态指示器、接地指示器、储能开关、断路器分合等多种控制、指示器件。

能够保障电气的安全可靠运行，应用前景十分广阔。

[1]周丰群张义民何超电气设备用温度凝露控制器的研制[J].电力自动化设备200222361-63.

[2]周骁威开关柜状态综合指示装置ZL01237590.X[P].2002.

[3]DL/538-2006.高压带电显示装置[S].

[4]STC15F2K60S2使用手册。