陈益栓，余伙庆

（广东正诚电气科技有限公司，广东 汕头 515000）

0 引 言

随着智能电网技术的应用，特别是IEC61850标准在中国实施以来，电子式互感器、智能化开关柜广泛应用于变电站。站用变低压开关柜作为变电站内部的重要组成部分，是保障智能变电站安全、可靠运行的重要保障。对其进行智能化升级改造，是建设智能变电站的重要措施，是为变电站提供稳定、可靠电源的基础。

1 变电站低压开关柜进线方案的现状

长期以来，变电站中，监控系统或变电站管理均重视高压，忽略了低压（380 V系统）。以往的技术方案有以下两种。

第一，采用老式的两进线一母联的单母分段供电方式。正常时，两进线各自运行，当一路进线停电或者检修时，需合上母联断路器。该方案采用自动或手动操作，即使采用自动操作，其响应时间仍未2～3 s，停电时间较长，对变电站的设备造成一定影响。

第二，目前多采用双路电源进线，以PC级ATS开关为进线切换器件，但使用传统的控制器。使用该方案，切换时间大大降低，可以在100 ms内。但是，由于采用传统的控制器，只有单一的控制模式，需在接线时确定主备进线，因此运行灵活性大大降低，通信功能较弱，采集的数据量小。如果需满足数字化变电站的需求，就要各增加一台综合电量采集装置和开关量采集装置。对于使用IEC61850通信标准的变电站，该方案需要增加更多的通信设备满足需求。

2 变电站低压开关柜进线方案的改进设计

本文提供了一种结构简单，集进线电源监控、母线电量监测、电能计算和馈线监控于一体，可设置六种工作模式供用户自由选择，包含通信功能，可实现四遥，方便接入综合自动化系统的变电站交流电源监控、测量装置，解决了现有变电站进线电源存在的技术问题。

本文采用单母线供电，每段单母线均为双电源供电，采用ATS双电源切换开关进行控制，可以根据运行需要，控制ATS（图1中的1ZK）、#1电源和#2电源，测量母线的相关电量，并在本地显示相关电量，也可以利用通信方式读取[1]。如图1所示。

图1 主要控制变电站站用电的进线一次方案

3 变电站低压开关柜进线控制器的设计

为了控制ATS并将其连接到智能变电站的控制系统，可采用以下的技术方案。

（1）本文的CPU示意图如图2所示，采用STM32F103VCT6嵌入式微控制器作为核心处理器，所有数据通过其进行处理，并发出告警、通信等信号。

图2 CPU结构

（2）本文的电压采集示意图如图2所示，包括#1电源、#2电源和母线电压三个模块。通过ZMPT107电压互感器，将220 V电压转换成0～5 V的微电压，使用LM324四运算放大器处理后，送至CPU处理[2]。

图3 电压采集

（3）本文的电流采集示意图如图4所示，主要是母线电流，也包括零序电流。通过YTCT102电流互感器，将5 A的电流转换成2.5 mA的微电流，使用LM324四运算放大器处理后，送至CPU处理。

图4 电流采集

（4）本文的开关量采集示意图如图5所示，有四个模块，共采集30路开关量输入。采用4个74HC244芯片作为开关量输入采集元件，经过光电隔离器隔离后输入，每个芯片可采集8个回路，共可采集30路开关量，2个作为备用。其中，6路已定义了相关功能，作为ATS切换控制的固定输入，24路开关量未定义，可作为馈线监控。

（5）本文的开关量输出示意图如图6所示，采用2个ULN2803A芯片作为开关量输出控制元件，通过中间继电器后输出，可以输出16路额定电流为5 A的无源开关接点。其中，9路已定义，作为装置告警等提示性输出，7路未定义，用户可自定义或根据客户要求定义。

图5 开关量采集

图6 开关量输出

（6）本文的控制输出示意图如图7所示，采用1个ULN2803A芯片作为ATS控制输出元件，经中间继电器后输出，共可输出5路无源开关接点，分别控制ATS合1路、合2路、停机。另外，2路可用作分#1电源断路器、分#2电源断路器。

（7）本文的主程序示意图如图8所示。主程序主要为框架的程序，主要功能在子程序中完成。

（8）本文的模式一程序图如图9所示。该模式为固定#1电源供电，当线路出现错误或其他问题时，可自动切换到模式三运行，模式二与模式一类似[3]。

图7 控制输出

图8 主程序

图9 模式一程序

（9）本文的模式三程序图如图10所示。该模式为#1电源主用，#2电源备用的工况。此模式为自投自复，在上电确认工作模式或远程切换的方式下远程选择“一路优先”。执行逻辑：主供电为#1电源，备用供电为#2电源，具备自动切换，自动恢复功能。任何情况下，当#1电源正常时，ATS开关合I位。只有当#1电源异常，#2电源正常时，ATS开关合II位，而#1电源恢复正常后，ATS开关重新合于I位。模式四、模块五与模式三类似。模式四执行逻辑：主供电为#2电源，备用供电为#1电源，具备自动切换，自动恢复功能。任何情况下，当#2电源正常时，ATS开关合II位。只有当#2电源异常，#1电源正常时，ATS开关合I位，而#2电源恢复正常后，ATS开关重新合于II位。模块五为自投不自复的工况，两路电源仅互为备用[4]。

4 结 论

改造变电站的进线时，采用智能设备进行控制、测量，可提高变电站的自动化控制水平。本装置采用ATS控制进线，最快切换时间为100 ms内，大大提高了供电的可靠性，为变电站的安全可靠运行提供保障。另外，由于采用了整体智能控制装置，只需在控制装置内增加一个IEC61850通信模块，就可以轻松实现通信，提高了智能变电站的智能化水平。

图10 模式三程序