智能柱上开关控制系统研究与设计

国网河南省电力公司周口供电公司 史宏伟 施学召 赵志健 柴 冰

智能柱上开关控制系统研究与设计

国网河南省电力公司周口供电公司 史宏伟 施学召 赵志健 柴 冰

本文以智能化开关设备为研究对象，设计了一种智能柱上开关用控制系统，从系统的总体设计、关键部件及其工作原理、部件之间的相互关系等角度进行了描述。并以特定硬件型号简要描述了系统关键部件的工作流程。

智能电网；智能化开关设备；柱上开关；设计

1.概述

智能化开关设备是智能电网的重要组成部分，也是当前电网中电力开关设备设计的重要发展方向，可有效的提高设备的便利和安全程度。在各类智能化开关设备中，柱上开关设备是其中的重要组成部分，也是配电自动化的核心，对电网配电安全性和自动化水平具有重要影响。随着城市建设、农网建设的发展智能配电终端广泛应用于配电网中柱上开关、环网柜、开关柜、配电变压器、箱式变、电缆分接箱等一次设备的监控，这些设备的的接入性、安全性、操作方便等特点在智能电网的建设中起着重要作用，新的无线通信技术、移动PDA也得到了广泛应用。国内配电网中，架空线上安装有一定数量的柱上开关。日常维护过程中，传统柱上开关，需要维护人员爬杆至柱上开关处进行开、合闸操作；对新型的智能化柱上开关，虽配置有控制器，但是检修维护人员仍然需要爬杆至柱上开关的控制器处进行相关的操作。这类操作较复杂，且需要确保设备有效的接地，存在严重的安全隐患。

从当前我国的柱上开关系统来看，普遍存在着功能和智能化程度不高、继电保护和接口兼容性方面不够丰富的问题。因此从实际应用的角度看，应当从提高柱上开关系统移动终端功能、与外界通信功能、可操作性和控制方式的便利性、数据交互性等方面予以提高。基于此目的，本文研究了一种智能柱上开关用控制系统，能够在上述方面比普通柱上开关系统在性能有大幅的提高。

2.总体设计

本文在设计智能柱上开关控制时，主要创新性在于引入移动终端系统以提高控制便利性、增强控制系统接口模块的无线传输功能等角度进行，显示屏为液晶显示屏或触摸屏以提高操作便利性，柱上开关智能控制器接收到无线传输模块发出的网络连接请求后，返回请求应答，若同意连接请求，则发送验证信息，进行数据交互。主要设计思路为：

（1）移动终端

在移动终端上设置有控制器、电源模块、存储模块、显示屏、无线传输模块、串行接口和接口模块，所述显示屏、电源模块、存储模块、接口模块分别与所述控制器连接。移动终端采用PDA或智能手机的方式实现。移动终端上还设置有语音输入模块，语音输入模块与所述控制器连接，移动终端上还设置有报警模块，报警模块与控制器连接。

（2）接口模块

通过串行接口与所述无线传输模块连接，移动终端经无线通信模块与柱上开关智能控制器进行数据通信，接口模块采用PCMCIA接口模块或USB接口模块，无线传输模块采用433M无线通信模块或GPRS通信模块。

（3）控制方法

1）移动终端建立与柱上开关控制器的网络连接；2）移动终端接收柱上开关控制器发送的信号；3）移动终端判断是否发生故障，若发生故障，则执行步骤4）；若未发生故障，则执行步骤5）；4）在移动终端中录入控制指令；提交控制指令并验证控制指令是否合法，若控制指令不合法，则在移动终端的内存中缓存控制指令并提示错误；若控制指令合法，则由无线传输模块发送所述控制指令；5）检测移动终端是否有操作指令，若没有，则返回步骤一，若有，则返回步骤4）；6）柱上开关智能控制器接收控制指令；7）柱上开关智能控制器控制柱上开关进行操作。

3.主要模块设计

（1）主要部件

本次设计的智能柱上开关控制系统主要由9个主要部件构成，分别为控制器、电源模块、语音输入模块、显示屏、存储模块、接口模块（PCMCIA接口模块或USB接口模块）、串行接口、无线传输模块（采用433M无线通信模块或GPRS通信模块）和报警模块。其中，电源模块、语音输入模块、显示屏、存储模块、接口模块和报警模块直接与系统控制器相连，串行接口同接口模块和无线传输模块相连。从而形成一个以控制器为中心同时兼容多个子控制模块和外界通信的控制体系。

（2）语音控制模块

语音控制模块采用和移动终端耦合的模式，而语音输入模块与控制器连接。在操控时工作人员可以直接采用语音输入的方式向控制器传达控制指令，控制器在解读语音命令后执行柱上开关的操作控制。

（3）报警模块

报警模块采用和移动终端耦合的模式，而报警模块与控制器连接。在终端上可以通过设置报警阈值，在侦测到满足报警条件如发生障碍时，在通过移动终端传递报警信息，利用诸如智能手机等无线传输工具提醒工作人员检修，并通过存储功能记录发布的报警信息，将该报警事件记录在存储模块中，方便维护人员对系统的查询和维护。

（4）无线通信模块

在本次设计时采用的移动终端为PDA，PDA预装Windows Mobile 5.0系统。采用PDA系统的重要原因是PDA安装针对本发明系统开发的用户软件，用户软件采用图形化的操作界面，避免了繁琐的纯文字化界面，系统采用通用性和兼容性较好的用户平台，操作简单明了，大大降低了使用移动终端误操作引起的误动作事件。

相应的，无线传输模块采用433M无线通信模块，接口模块采用PCMCIA接口模块。其工作原理为PDA通过PCMCIA接口模块与433M无线通信模块进行数据通信。

接口模块通过串行接口将来自PDA的数据和控制信号转换为串行数据，发送至433M无线通信模块，由433M无线通信模块通过433M频率的FSK无线信号传输至柱上开关智能控制器的433M无线收发器中，最终433M无线收发器将PDA发送的数据和控制信号传送到柱上开关智能控制器的微控制器中，经过微控制器的运算，对柱上开关进行相应的分合闸操作。

为配合上述功能，在柱上开关智能控制器内部配置433M无线收发器来实现，系统工作时通过433M无线通信模块和433M无线收发器进行双向的数据通信，实现整定值设置、参数查询、数据读取和远距离分合闸控制，实现了非接触式的，安全系数高的无线遥控作业。

（5）信号传输

USB接口模块通过串行接口将来自智能手机的数据和控制信号转换为串行数据，将串行数据发送至GPRS通信模块，由GPRS通信模块通过无线网络将数据和控制信号传输至柱上开关智能控制器的GPRS无线收发器中，最终GPRS无线收发器将智能手机发送的数据和控制信号传送到柱上开关智能控制器的微控制器中，经过微控制器的运算，对柱上开关进行相应的分合闸操作。

4.小结

本文设计的智能柱上开关控制方法采用无线传输模块采用433M无线通信模块，抗噪声与抗衰减的性能较好，穿透性能强，成本低，能很好地适用于中低速数据传输场合。基于FSK和ASK技术的433M无线通信技术不仅功耗较低，而且通信距离远，抗干扰能力好，在柱上开关现场通信方面具有特有的优势；的移动终端采用PDA或智能手机，设备小巧易于携带，但是功能强大，可以根据需要编写相应的操作和参数设置界面，人机界面友好；无线通信单元采用GPRS通信模块，可以实现远距离的无线通信，便于作业人员对设备状态的监控和管理。接口模块采用USB接口模块或PCMCIA接口模块，便于移动终端与无线适配器的连接，并且可以实现较高的通讯速率。

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