智能操控裝置概要

1、SK-320 智能操控裝置一、發(fā)明創(chuàng)造名稱SK-320 智能操控裝置是針對(duì)當(dāng)前中壓系統(tǒng)開關(guān)柜研制開發(fā)的一 種新型、多功能、智能化模擬動(dòng)態(tài)指示裝置。適用于 3 至 35KV 戶內(nèi) 各中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關(guān)柜。是公司生產(chǎn)高低 壓開關(guān)柜、箱式變電站所需的配套產(chǎn)品。二、 背景技術(shù) 高壓開關(guān)柜是根據(jù)不同用途的接線方案，將一、二次設(shè)備組裝在 柜中的一種高壓成套配電裝置。 隨著電力工業(yè)的大發(fā)展和國(guó)內(nèi)配電網(wǎng) 的大規(guī)模建設(shè)，使高壓開關(guān)柜的需求量猛增。 它在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用極為廣泛， 但是也存在著操控上的一些問(wèn)題和安全隱患 1-3 ： 開關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中柜門始終是封閉的，運(yùn)行人員無(wú)法知道柜 內(nèi)的主接線，

2、 雖然每面關(guān)柜都標(biāo)有一次主接線圖， 但這種指示方式不 能動(dòng)態(tài)指示開關(guān)柜內(nèi)各種元器件的實(shí)際工作狀態(tài)； 開關(guān)柜驗(yàn)電問(wèn)題是一個(gè)多年來(lái)困擾電力安全生產(chǎn)的問(wèn)題； 目前開關(guān)柜上大量使用以氖燈作為顯示元件的高壓帶電顯示裝 置，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使用失明率高氖燈大量損壞； 凝露問(wèn)題在絕緣事故中占相當(dāng)大比例，高壓柜內(nèi)的溫濕度控制 不能忽略； 盡管開關(guān)柜上已有一定的機(jī)械“防誤”措施，然而如果能加上 語(yǔ)音防誤提示則可以更方便運(yùn)行人員的操作；SK-320 智能操控裝置就是針對(duì)電力開關(guān)柜開發(fā)設(shè)計(jì)的一種新型 的多功能、智能化模擬動(dòng)態(tài)指示裝置，它集一次回路動(dòng)態(tài)模擬指示、 帶電顯示及閉鎖、溫濕度顯示及其控制、語(yǔ)音防誤提示、遠(yuǎn)程

3、通信等 功能，使高壓開關(guān)柜進(jìn)一步智能化、 網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等多功能于一體。 三、發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容SK-320 智能操控裝置 應(yīng)具備的功能 動(dòng)態(tài)模擬一次接線圖：一次接線圖是指由變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電流互感 器以及電壓互感器等主要電氣設(shè)備按一定順序用導(dǎo)線相互連接起來(lái) 的電氣回路。 開關(guān)柜在投運(yùn)過(guò)程中柜門始終是封閉的， 如果沒有一次 主接線圖， 運(yùn)行人員無(wú)法知道該柜體內(nèi)部的主接線。 但這種指示方式 是靜態(tài)的，它不能動(dòng)態(tài)指示出斷路器的位置（分 / 合）、接地開關(guān)的位 置（分/合）、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)（已儲(chǔ)能 / 未儲(chǔ)能）、手車處于工作位置還 是試驗(yàn)位置（對(duì)于手車柜）以及上下隔離開關(guān)的位置（對(duì)于固定柜）

4、 等。實(shí)際上，這些電氣量屬于開關(guān)量，可以通過(guò)對(duì)開入量的檢測(cè)，用 一些“十”字燈或“ V”字燈動(dòng)態(tài)模擬出開關(guān)柜一次系統(tǒng)圖上各種元 器件的位置或狀態(tài)。模擬圖應(yīng)顯示內(nèi)容為斷路器分閘 /合閘顯示、預(yù)分 /預(yù)合閃爍指示、 接地顯示、儲(chǔ)能狀態(tài)顯示、工作位置 / 試驗(yàn)位置顯示、手車進(jìn)出過(guò)程 中動(dòng)態(tài)顯示、斷路器與接地開關(guān)的防誤閃爍提示等。 柜內(nèi)溫濕度顯示控制：由于高壓開關(guān)設(shè)備在運(yùn)行中受環(huán)境條件影響很大，加之我國(guó)地域 和氣候條件差異很大 , 高寒、高濕環(huán)境對(duì)高壓開關(guān)柜運(yùn)行很不利。當(dāng) 溫度與濕度達(dá)到凝露程度時(shí)， 會(huì)造成開關(guān)設(shè)備閃絡(luò)事故， 也就是絕緣 事故。這就需要對(duì)環(huán)境中的濕度和溫度加以控制， 使之不因凝露而發(fā)

5、生絕緣閃絡(luò)。為了達(dá)到開關(guān)柜防凝露的目的，溫濕度控制回路至少應(yīng)帶 1 路濕 度傳感器、 1 路溫度傳感器及除濕或加熱輸出觸點(diǎn) , 同時(shí)要求溫濕度 值能數(shù)字顯示 ,用戶可根據(jù)需要設(shè)置加熱 / 除濕輸出的上下限。一般來(lái) 說(shuō), 開關(guān)柜的濕度測(cè)量、控制范圍為 0- 99%RH；溫度測(cè)量、控制范圍 為 0- 99。高壓帶電顯示：高壓開關(guān)柜驗(yàn)電問(wèn)題是一個(gè)多年來(lái)困擾電力安全生產(chǎn)的問(wèn)題，目 前推廣的全封閉型“五防”開關(guān)柜的機(jī)械“五防”閉鎖裝置，無(wú)法滿 足安全規(guī)程“先驗(yàn)電、后掛接地線”的要求。因?yàn)樵趫?zhí)行停電工作時(shí)， 在合接地開關(guān)前必須驗(yàn)明設(shè)備已無(wú)電壓。 然而封閉式高壓開關(guān)柜處于 全封閉狀態(tài)， 按照正常的操作方法，

6、 無(wú)法用攜帶式高壓驗(yàn)電器對(duì)設(shè)備 進(jìn)行驗(yàn)電因此就出現(xiàn)了強(qiáng)行解鎖打開開關(guān)柜柜門的方式驗(yàn)電。 鑒于老 式高壓帶電顯示裝置存在的諸多問(wèn)題， 客觀上需要一種全新的具有高 可靠性、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、顯示清晰醒目、能彌補(bǔ)老式高壓帶電顯示 裝置缺陷的新型帶電顯示裝置， 以有效防止誤入帶電間隔或帶電合接 地開關(guān)等引起的人身、設(shè)備事故。用于高壓帶電指示的 LED 啟輝電壓 kV3 ：母線電壓 0. 15（A、 B、C三相燈亮）,用于電磁鎖閉鎖的啟控電壓 kV3母線電壓 0.65。 當(dāng)三相同時(shí)不帶電時(shí)，閉鎖解除燈亮，啟動(dòng)電磁鎖動(dòng)作。語(yǔ)音防誤提示：語(yǔ)音防誤是指運(yùn)行人員誤合斷路器、誤帶負(fù)荷拉 /合隔離開關(guān)（或 推/ 拉手

7、車）、誤帶電掛接地線時(shí)， 裝置能夠自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音提示及閃光 提示。遠(yuǎn)程通信： 通過(guò)串行通訊技術(shù)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，組成開關(guān)柜信 息的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：根據(jù)以上分析，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示，開關(guān)柜智能操控 以 STC15F2K602S 為主控芯片。開關(guān)量輸入圖1SK-320智能操控裝 的硬件設(shè)計(jì)主控模塊的核心為 STC15T2K60S2 低功耗單片機(jī) 它具有以下主 要特點(diǎn) 4：STC15F2K60S2系列單片機(jī)是 STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的 單片機(jī)，是高速 /高可靠/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)， 應(yīng)用第 II 代加密技術(shù)， 加密性超強(qiáng)，指

8、令代碼完全應(yīng)用第 I 代加密技 術(shù)，加密性超強(qiáng)，指令代碼完全指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度 快 8-12 倍。內(nèi)部集成高速度 R/C 時(shí)鐘 ( 0.3%)， 1%溫飄 (-40 +85)，常溫下溫飄 0.6%(-20+65 )，5MHz35MHz 寬范圍可 設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路 (內(nèi)部已集成高可 靠 復(fù) 位 電 路 ， ISP 編 程 時(shí) 8 級(jí) 復(fù) 位 門檻 電 壓 可 選 )。 3 路 CCP/PWM/PCA，8 路高速 10位 A/D 轉(zhuǎn)換(30 萬(wàn)次/秒)，內(nèi)置 2K 字 節(jié)大容量 SRAM，2組高速異步串行通信端口 (UART1/UART2 ，可在 5

9、組管腳之間進(jìn)行切換，分時(shí)復(fù)用可作 5組串口使用 )，1組高速同步 串行通信端口 SPI，針對(duì)多串行口通信針對(duì)多串行口通信多串行口通 信 /電機(jī)控制 /強(qiáng)干擾場(chǎng)合。功能單元由主控板、溫濕度采樣電路、開關(guān)量輸入電路、顯示驅(qū) 動(dòng)電路、語(yǔ)音控制電路、通訊電路、繼電器開關(guān)、接線端子和電源組 成 見圖 2溫濕度顯示D0.7C_CD_QD1QHJS4232344DA/4.03DA/3.03_D0APCC/P31A/5.2P1223_D12SAPS/D/1Cx3._0CR/IP64C.14E/PA/261.2A/P4.223_D2AP/2C.0C/P51A/7.2PELA/5.4語(yǔ)音TW5_UPWXSFD62

10、4D73342516WD1 _27CON4 SD1_2VCC WD2 _2SD2_2FH2DL_C無(wú)線收發(fā)GNDD5 17.1P/7CDA/3 DxT/1LATP0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P1.0/ADC0 /CCP1/Rx D2P1.1/ADC1 /CCP0/TxD2P4.7/TxD2_2P1.2/ADC2 /SS/ECIP1.3/ADC3 /MOSIP1.4/ADC4 /MISOP1.5/ADC5 /SCLKP1.6/ADC6 /RxD_ 3/XTAL 2MOSI_ 2/A11 /P2.3MISO_ 2/A10 /P2.2SCLK_2 /A9/P2.1RSTOUT_ L

11、OW/A8 /P2.0RD/P4. 4SCLK_3 /P4.3WR/P4.2MISO-3/P4. 1 2/CCP2 /TxD_2/INT3/P3.7 CCP1_ 2/RxD_2/INT2/P3.6 CCP0_ 2/T0CLKO/T1/P3.533FH2QD_C32GJQD_C31BSQD_C30KCBS_C29WT P0328WT P0227WT P0126WT P0025WT BUS24RTGY C23R1671K4.5P/TSR/OKLCM/3 STX3.3P/1TN2.3P/0DTN5.51.3P/DxTC/C20.4P/3_ISOM 4.3P/0T/OKLC1T/2_IC 0.3P/D

12、xR/4TNI/OKLC2910212_C_2S_C_3S2STC15F2K60 S2-LQFP44圖2溫濕度控制模塊DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕 度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)， 確保產(chǎn)品具有極高 的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè) 電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè) 溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī) 相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià) 比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè) DHT11 傳感器都在極為精確的 濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi) 部在 檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)

13、用這些校準(zhǔn)系數(shù)。 單線制串行接口， 使系 統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。 產(chǎn)品為 4 針單排引腳 封裝。連接方便。見圖 3234溫濕度顯示D0.7DTH11-1 GND4321D51D62D73456WSD1_2CON4VCCDTH11-2 GNDCON44321VCC7CDA/3_DxT/1LAT63 53 43D_0ELA/5.4C/P31A/5.2PP64.14AP/6.2PIPCE/21A/4.2P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P1.0/ADC0 /CCP1/RxD2P1.1

14、/ADC1 /CCP0/TxD2P4.7/TxD2_2P1.2/ADC2 /SS/ECIP1.3/ADC3 /MOSIP1.4/ADC4 /MISOP1.5/ADC5 /SCLKP1.6/ADC6 /RxD_3/XTAL 2MOSI_ 2/A11 /P2.3MISO_ 2/A10 /P2.2SCLK_2 /A9/P2.1RSTOUT_LOW/A8 /P2.0RD/P4.4SCLK_3 /P4.3WR/P4.2MISO-3/P4.1CCP2_2/CCP2/TxD_2/INT3/P3.7CCP1_2/RxD_2/INT2/P3.6CCP0_2/T0CLKO/T1/P3.5U303332313029

15、2827262524230.3P/DxR/4TNI/OKLC21.3P/DxCT/C20.4P/3_ISO4.3P/0T/OKLC1T/2_IC5.53.3P/1TN2.3P/0DTNN21 31STC15F2K60 S2-LQFP44圖3智能語(yǔ)音防誤提示模塊當(dāng)電路處于合閘狀態(tài)時(shí)，操作者誤強(qiáng)行將手車推至工作位置時(shí)， 揚(yáng)聲器發(fā)出“請(qǐng)分?jǐn)嗦菲鳌钡恼Z(yǔ)音提示，當(dāng)電路處于合閘狀態(tài)，操作 者強(qiáng)行合接地開關(guān)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出“請(qǐng)分接地開關(guān)”的語(yǔ)音提示，如 果上述情況同時(shí)發(fā)生，揚(yáng)聲器發(fā)出“請(qǐng)分接地開關(guān)，請(qǐng)分?jǐn)嗦菲鳌碑?dāng)開關(guān)柜帶電運(yùn)行時(shí)有人靠近發(fā)出“高壓柜已帶電，請(qǐng)勿靠近”的語(yǔ) 音提示。因?yàn)檎Z(yǔ)音長(zhǎng)度不長(zhǎng)， 所以該裝置

16、用的是 WTH040可以一次編程的語(yǔ)音芯片，它的聲音長(zhǎng)度是 40s 采用 CPU方式進(jìn)行觸發(fā)選通各段，在圖43+8kHz 的采樣速率下，其選通速度是 65s，其電路見圖 4。高壓帶電顯示模塊高壓帶電指示及閉鎖模塊由壓敏電阻、整流橋、光隔、閉鎖繼電 器組成， 壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的電阻器件， 主要用于 在電路承受過(guò)壓時(shí)進(jìn)行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護(hù)敏感器件。當(dāng)加在壓敏電阻上的電壓低于它的閾值時(shí)，流過(guò)它的電流極小， 它相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)窮大的電阻， 也就是說(shuō)，當(dāng)加在它上面的電壓低于其閾值時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)斷開狀態(tài)的開關(guān)；當(dāng)加在壓敏電阻上的電壓超標(biāo)題尺寸B日期:圖號(hào)22-Jun-2016

17、過(guò)它的閾值時(shí)，流過(guò)它的電流激增， 它相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)窮小的電阻，2 3 4 5也就是說(shuō)， 當(dāng)加在它上面的電壓高于其閾值時(shí)， 它相當(dāng)于一個(gè)閉合狀D態(tài)的開關(guān)。設(shè)計(jì)電路及原理如圖 5 所述修訂12345圖5第張共張制圖人:SK-320 智能操控裝具有優(yōu)異的環(huán)境耐受能力與電磁兼容性能獨(dú)特的抗干擾技術(shù)，光電 / 電磁隔離、電路部件的“三防”處理及嚴(yán) 格的整機(jī)帶電老化與出廠測(cè)試等措施確保了產(chǎn)品的長(zhǎng)期工作可靠性。此外，該系列產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中還充分考慮了與一次系統(tǒng)及設(shè)備的配合采 用具有寬電壓輸入范圍（ 85-265V）的開關(guān)電源為整機(jī)供電，使得產(chǎn) 品能夠適用于控制電源為交直流 110/220V的一次系統(tǒng)。 SK-320 智能 操控裝置是在借鑒國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上， 針對(duì)電力高壓開關(guān)柜的 控制要求設(shè)計(jì)