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黄宏和 徐峰林
衢州电力局，浙江衢州324002
变电所主变有载调压的档位信号一般是通过自准角同步电机带动装于主变控制屏上的刻度圆盘来指示，无空接点引出，不能满足无人值班或综合自动化变电所档位信号远传和无功自动控制的要求。
本文设计了一种主变有载调压档位信号监测与接口转换装置，在原有载调压机构不作任何改动的基础上应用单片机技术，对自准角同步电机的接收机进行数据交流、采集、计算，自动判别有载分接头档位，并提供可靠的输出量，实现既可监测主变有载调压的档位，又可提供两组档位信号的空接点和RS485通讯接口。其中一组输出空接点可满足无功控制装置的需求，另一组空接点和RS485通讯接口可满足遥信的不同要求。通过改造主变档位指示模式，可实现档位信号的远传，满足无功自动控制装置的要求，还可以数码显示代替刻度盘指示，适合于无人值班变电站的改造。
通过对江山变110 kV变压器有载开关原指示系统的改造，监测与接口转换装置运行情况良好。
1 问题的提出
早期投运的110 kV主变，其有载调压的档位信号指示，有许多是通过一对自准角同步电机构成指示系统的，装于调压机构箱内部的为发送机，装于主变控制盘上的为接收机。当进行主变分接头调压时，接收机通过调整失调角来传感档位的变化，驱动刻度圆盘指示档位，这种指示系统无档位输出接点。
随着对电能质量的要求的不断提高，电压合格率已成为一个重要的指标，无功自投和主变分接开关的遥调，在无人站改造中正逐渐得到实现，原有的自准角同步电机指示系统不能满足要求，这就需要对主变有载调压的档位信号进行改造，采取的措施一般有以下2种：一是将有载调压机构的自准角同步电机拆除，配以双路空接点引出的环氧树脂圆盘，需更换信号电缆线；二是将整个有载调压机构作更换，这样费用昂贵，并且增加了安装和调试的工作量。以上2种措施均不理想。以下介绍的转换装置简单可靠，有载调压原有的机构也无需作任何变动，包括户外机构箱至保护室的电缆都可不变，仅在原自准角电机的末端接上一台转换装置，即可满足接口的要求。
2 有载调压档位监测与接口装置原理
2．1 工作原理
装置原理框图见图1所示，通过对发送机输出的模拟电压量进行采集并经分析计算来判断有载调压的档位。由于自整角电机在转动某一角度后，其三相绕阻之间的交流电压也随之产生一一对应的变化，对输出的电压量进行交直流变换等处理后的信号输入单片机，通过软件判断与之对应的档位，并驱动显示与继电器作出相应动作。
2．2 硬件构成
装置主要由1片89C51单片机、AD0809模数转换芯片、数据存储器以及多方式驱动电路构成，通过数码管和继电器来实时反映主变的档位状态。
89C51是目前较为成熟的一种单片机，与MS51系列完全兼容。其片内闪烁存储器的编程与擦除完全用编程器实现。
AD0809为逐次比较型模数转换芯片，每次转换时间为100μS，转换精度高（±1／2LSB），输入电压范围为0～5 V，可分时对8路模拟量进行采样。
串行EEPROM24C02作为数据存储器，采用IC总线技术，在掉电情况下保持数据不丢失，而数据输入则通过单片机自动实现。
为了保证档位判断的正确性，必须对自整角电机三相绕阻中的两路电压进行采样。由于存在两路交流电压不能共地的问题，采取在信号输入端加装隔离变压器，然后再共地，有效地解决了这一问题。AD0809所处理的电压范围为直流0～5 V，装置用DB107作为将自整角电机输出的交流信号转换直流的主要器件提高了转换精度，减小了非线性失真。
装置的初始化过程，即对主变的各档对应的信号值进行预置（通过预置按键实现），以便程序在判断档位时有一参考值。程序将当前采样得到的值与预置值进行比较，从而判断当前档位，再驱动数码显示和继电器动作。预置值在运行中自动修正。
2．3软件说明
装置上电后，便启动单片机工作。AT89C51首先发命令使A／D0809开始进行模数转换，结束后送出一电平信号，CPU采样到该信号便将转换得到的数字电压信号存入内部寄存器中，以此方式连续采样10次，利用“冒泡法”编程，将数据按从小到大的顺序排列，去掉一最大值和一最小值，将其余8次采样进行算术平均，该平均数即此次采样的有效值。第二路循环执行上述命令后，得到第二路的有效值。
在进行档位预存时，每按一次预置键，便产生一次外部中断，执行一遍中断子程序，将采样得到了两路有效值自动存入不同起始地址的EEPROM中，且固定两个首地址为第一档的电压范围，每次中断执行后地址自动改变，直到七档全部设置完毕。当第七档设置完毕后，便产生一标志位，使程序得以往下执行。预置档位时必须从第一档开始。
程序自行判断初始化是否结束，如还未开始，继续等待至标志位产生。如已结束，将第一路采样得到的有效值与EEPROM中的档位预存值进行逐个循环比较（7次），把第一路电压值所属的档位值进行累计并存入一寄存器。同理，把第二路电压值所属的档位值进行累计并存入一寄存器。然后运用交叉法，将寄存档位的两个寄存器进行与运算，便得出一个唯一的档位值，同时进行相应的显示与继电器动作。
考虑到电机掉电后，要求继电器保持原状态，数码显示的档位不变，这就要求装置在无电压输入，或电压输入不在预置档位范围内的情况下，保持原态，且不停循环采样，直到找到新的档位。
在装置第一次运行时，就已产生一停电标志位，在掉电的情况下再上电，装置无须人工复位，瞬间完成自启动。
关于滑档告警的判据，主要依据起始档和终止档的位置来判定。按要求若当前档为N，则换档后显示档位必定为N－1或N＋1档，否则视为滑档。根据这一原则，在程序执行过程中，每次检测到一个新的档位时，先把当前档位保存在一个寄存器中，再将新的档位和寄存器中的档位值进行比较，若不符合上述要求，则告警，同时数码显示新的档位值，继电器状态也随之改变。
3 结论
本文介绍的对主变有载开关档位监测的改造方法简单易行，使用本方法所改造的江山变，目前运行良好，取得了改造的成功，对变电所自动化改造有一定的应用参考价值。
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