开关柜就地遥控装置的设计与实现

郭 立张 飞周国有

（1.国网郑州供电公司，河南 郑州 450000；2.郑州华力信息技术有限公司，河南 郑州 450000）

开关柜就地遥控装置的设计与实现

郭 立1张 飞2周国有1

（1.国网郑州供电公司，河南 郑州 450000；2.郑州华力信息技术有限公司，河南 郑州 450000）

本文针对配电网现场操作存在的人身安全隐患，设计实现了就地遥控装置，实现开关柜安全距离外的现场遥控倒闸操作，为现场操作人员的人身安全提供技术保障。遥控装置具备自学习功能，编码功能，现场操作简单方便，有着广阔的应用前景和较强的市场竞争力。

配电网；开关柜；就地遥控

0.前言

随着国民经济的快速发展，对电力需求的迅猛增加，城市配电网建设也日新月异，配电网架结构日益复杂。为了提高供电可靠性，实现负荷转供，停电检修等工作，对开关设备的倒闸操作也越来越频繁。而现场运行操作人员由于开关设备质量等原因，在操作过程中有可能危及人身安全。

本文针对开关柜现场操作所带来的安全隐患，设计实现了一种就地遥控装置，操作人员可以通过遥控器在距离环网柜、开闭所开关柜安全距离以外的场所对开关柜遥控操作，并且装置具有编码功能，通过对开关编码防止误操作。

1.终端设计要求

1.1 总的要求

系统设计输出产品适用于各种类型的开关柜成套设备，实现开关柜内断路器或负荷开关的遥控操作功能。

1.2 功能要求

（1）系统构成分为接收控制设备和手持遥控设备。

（2）接收控制设备能够方便地进行现场安装固定和接线，具备多个回路的控制和位置监测（断路器位置、接地刀）功能，具备可扩展性，可支持6路、12路、18路开关柜。

（3）接收控制设备能够进行设定，能够进行五防逻辑判别；能够与手持遥控设备进行信息交互。

（4）接收控制设备预留在线升级接口，便于现场维护和升级；

（5）手持遥控设备具备按键输入功能、方便携带和操作。

（6）操作防勿动，防交叉作业串扰，防操作抖动且分闸优先。

（7）系统设计产品符合电力行业自动化产品设备制造标准规范和电磁兼容方面相关标准。

2.整体结构设计

终端装置采用。具体硬件构成如图1所示。

3.硬件设计

3.1 遥控编码

遥控编码主要由遥控按键，编码CPU和输出通信接口3部分组成。

编码CPU识别当前被按下的按键生成控制命令，并前缀加入96位唯一识别ID，形成一个完整的遥控命令帧。然后根据特定的滚动算法对遥控命令帧进行加密。完成加密后将生成的完整帧以二进制数据流的格式送入信号调制电路。

3.2 信号调制与解调

主要由调制电路和解调电路组成，遥控设备和接收终端设备中均设计。

信号调制，采用ASK数字信号调制方式，将编码好的控制命令以二进制方式注入一定频率的载波。然后通过发送电路发送出去。

信号解调，采用超再生接收电路，将收到的无线信号经过选频电路选频后，将某一频率载波上的“0”，“1”编码逐一解调，并送往CPU解码。

因此来说，能够在不同的频率上同时建立多个（256个）信道，且互相之间不构成串扰。

表1　

3.3 遥控解码

遥控解码主要有通信接口，CPU组成，信号出口。

利用通信接口，CPU将解调电路输出的二进制数据，流接收并保存。待收到完整的帧的时候，首先启动滚动解码算法，将加密的二进制数据流中的遥控命令解码出来，并根据遥控命令，执行信号出口操作。

3.4 执行输出

执行输出主要由驱动电路和执行继电器组成，安装于接收终端装置中。

CPU通过驱动电路控制执行继电器，最终输出跳合闸信号，最终完成受控对象（断路器、负荷开关等）的合分闸操作。

3.5 无线收发

一是开展了农村水利发展战略、重大课题研究。围绕农业水价综合改革和基层水利服务体系建设，编制了农业水价综合改革2013年项目立项指南；指导27个省编写了2013年度项目实施方案；总结了2008年以来全国农业水价综合改革情况；起草了《关于大力发展农民用水合作组织的指导意见（草稿）》。坚持把农村水利重大课题研究作为重要支撑点，先后承担了2项“十二五”国家科技支撑项目和8项水利部公益性行业科研项目的课题研究。完成了水利部重大课题“国内外农田水利建设和管理对比研究”、2012年全国灌溉水利用系数测算分析。

采用串口无线透传模块实现，其支持65535个地址和255个信道。

其工作方式有4种：一般模式，唤醒模式，唤醒模式，省电模式，休眠模式。通过外部引脚M0、M1来实现模式切换。模块有4种工作模式，由引脚M0、M1设置；详细情况见表1。

终端常规状态为省电模式，遥控器处于唤醒模式。遥控连接失败进入休眠模式，终端连接失败进入0信道。通过跳频和修改通信地址，防止交叉作业时串扰。

4.遥控过程

4.1 遥控学习

本方案采用特征码固定方式。每个遥控器有一个固定的特征码（设备ID），用于中断对遥控器的学习识别。

操作方式采用终端学习的方式来进行。开放两个独立的信道一个用于学习（CH_Sty），一个用于操作（CH_ Act）。在学习频道，遥控器将特征码写入终端，终端此时只认知该遥控，并每秒钟被询问一次，如果询问中断则，遥控器进入关闭模式。

特征码学习流程示意图如图2所示。

4.2 终端运行流程

（1）常规状态下处于0信道监听状态（手操器召唤信道），红灯亮，不接受按键遥控的任何指令；

（2）按下终端学习按键，进入按键遥控学习模式，调到信道1；

（3）10秒钟之内收到按键遥控任何数据帧，记录当前遥控ID，并回复确认帧，进入状态4；否则，返回状态1；

（4）进入步骤3遥控器约定的信道和地址，至少每10秒钟接收到一个数据帧，如果未收到返回状态1，如果收到了，判断数据帧。如果数据帧是联络询问帧，则恢复确认帧，并保持此状态；如果数据帧是操作帧，则进入状态5；

（5）判断当前操作回路是否完整，和是否具备操作条件，如具备则执行操作，操作完成后，返回执行操作确认帧，否则不执行操作，返回拒绝操作确认帧。然后回到状态4。

4.3 遥控器运行流程

（1）设备上电，此时未建立链路，黄灯长亮，遥控自动进入信道1，地址为广播。

（2）按下遥控器任意按键，发送遥控指令（附带一个随机的信道和地址协商），如果收到正确的返回帧，表明建立了链路，则进入状态3。

（3）进入协商的约定信道和地址，绿灯长亮，每秒钟发送一个链路询问帧，如果收到回复，清除连接失败记录，并点亮绿灯，如果收不到回复则将红灯点亮半秒钟，绿灯熄灭，并记录一次连接失败，如果失败次数超过10，则进入状态4。

（4）连接中断，关闭遥控无线功能，红灯常量，等待关机。

结语

本文利用现代微处理器技术和无线通信技术设计实现了一款适用于环网柜、开关柜断路器就地遥控操作的终端装置。方便现场运行操作人员采用就地遥控方式进行开关操作，降低人身伤害风险，为现场操作人员的人身安全提供了技术保障。

本文中的设计方案和终端设计均已投入到了实际产品和应用当中，取得良好的运行效果。今后，根据现场运行情况和经验，对终端进行进一步地功能优化和完善。

［1］孙锦华.现代调制与解调计数［M］.西安：电子科技大学出版社，2014.

［2］ ST《STM32F系列ARM内核32位高性能微控制器参考手册V10_1》［Z］.

［3］ ST《STM32F103xCDE数据手册》英文第5版［Z］.

［4］ ST《STM32F10xxxCortex-M3编程手册》［Z］.

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