高压用户专变采集终端智能双电源切换装置研究与设计

高压用户专变采集终端智能双电源切换装置研究与设计

吴永浩陈思敏

关键字：专变终端：双电源：切换装置

中图分类号：TM56文献标示编码：A

Researchanddisignofhighvoltageuserspecificvariableacquistionterminalintelligentdualpoweralterpice

WuyonghaoZhongweipowersupplycompanyofSateGridshapoDestrictofZhongwei755000

Abstract:HighvoltagespecificvariableacquistionterminalisanimportantpartofStateGridpowerconsumptioncollectionestablishment.Butspecificvariableterminalcan’tsupplypowercontinuouslywhensomeofthehighvoltagedualpoweruseralterthepowersupplycircuit,whichwillaffectthecollectionsuccessrate.Theauthorintroubleakindofdesignschemeoftwicesidepoweralterdevicebasedonvoltageinstrumenttransformerinthisarticle,whichisspecificallyappliedtohighvoltagedualpoweruser.Thedesignschemecansolvetheofflineproblemofdualpowerhighvoltageuserspecificvariableterminal.Thedesignschemealsocontainstheadvantageoflowcostandeasyapplicability.

Keyword:specificvariableterminal;dualpower;alterdevice

0、引言

国家电网公司正在大力推进用电采集信息系统的建设，提出了“全覆盖、全采集、全预付费”的建设目标[1]，专变采集终端是用电信息采集系统采集终端的重要组成部分，是对专变用户进行电量采集实时监控的装置[2]。

目前，国网中卫供电公司范围内10kV及以上的双（多）电源供电客户达到600多户，大部分专变终端采用三相三线接线方式，且随着中卫地区高压用户对供电可靠性要求的提高，这种类型的客户数量会继续增多。这种供电方式给专变终端带来的困扰是：现有专变采集终端是接在主供电源的用户PT上的，电压范围为3×100V。客户一旦对主供电源或线路进行检修或主供电源停电启用备用电源进行供电，专变终端就会失电，出现客户正常用电但终端无法采集的情况。这就造成了采集数据不完整，专变采集成功率下降，严重影响到专变用户采集成功率和其它营销业务的正常开展。

目前电源自动切换装置大多用于低压配电系统中，适用于高压双电源用户PT二次侧电源切换装置不多，本文针对由于用户切换供电电源导致高压专变终端离线这一状况，提出研制新装置使高压专变终端电源接线能够随着用户外部电源的切换而改变从而保证终端正常工作的新方法。

1、设计原理

通过微控制器实时地对主电源和备用电源的三相电路进行监测，外部电源正常情况下，当出现监测到有一相电路发生了断路，通过微控制器对与电路相连的继电器发出动作，从而实现主电源和备用电源的切换。

2、采集终端电源切换装置技术要求：

依据中卫市高压专变用户计量装置配置要求，现场用户高压专变终端的工作特点：

1）电源电压100V，单相供电100VAC电源，允许偏差±2%；

2）采集终端的电源接线来自于用户PT。

切换装置要保证正常输出单相100V电压，需要具备以下功能：

1）采集主用电源和备用电源的电压信号，判断外部电源当前的工作状态；

2）根据外部电源当前工作状态，根据预先设定的切换方案发出控制信号；

3）动作模块按照控制信号执行输出。

根据以上功能要求，切换装置应包括外部电源实时监测系统、判断和控制系统、切换电路及输出等部分组成。

3、电源切换装置硬件电路设计

3.1、主供电源设计

主回路供电电源采用开关电源供电，输出在12V-13V之间。

图1主供电电源原理图

在主电源的A、B、C三相输入端，每一相都串联了一个M7整流二极管，并在此基础上又并联了一个方向相反的M7整流二极管，该二极管具有反向漏电流低，正向浪涌承受能力强的特点，在整流的同时也能够保护电路；输入处把V3、V7、V9三个二极管的阴极短接在一起，V4、V8、V11三个二极管的阳极短接在一起，这样一来其中任何一相掉了，切换装置仍然能够正常工作[3]。

3.2、辅助电源设计

辅助电源的工作原理和主电源的工作原理相同，并且都能够给装置提供正常工作所需的电压。

3.2.1、转换电路设计

图33.3V转VREF参考电压1.654V

采用LMV358M运算放大器配置成电压跟随器，通过R39和R40分压，得到1.654V的VREF参考电压。

3.3、电压检测电路设计

图4电压检测电路原理图

此电路实时检测AB相和BC相之间的电压。通过A相输入端串联的6个限流电阻进行电流取样，再通过变比为2mA：2mA的电流互感器CT1，把一次侧的电流按1:1传到二次侧，通过电阻转化为电压，微控制芯片采集参考电压REF和电阻上的电压之和判断当前电路的工作状态。当A相断相，电流互感器起CT1二次侧的电流将变为0，CT3的电流正常；当C相断相，电流互感器起CT3二次侧的电流将变为0，CT1的电流正常；当B相断相，电流互感器CT1和CT3二次侧的电流都将减少一半。

辅助电源回路的电压检测原理和主电源回路的电压检测原理相同，因为辅助回路不需要再隔离，并且出于成本考虑所以没有再使用电流互感器。

3.4、主电源和辅助电源切换电路

图5主电源和辅助电源切换电路原理图

此电路通过继电器来控制主电源与辅助电源的切换，包括电源之间相与相的切换。所使用的继电器型号为HFD4/9,双刀双掷。每个继电器的上方都反向并联了一个二极管，该二极管起到续流作用，当继电器动作的时候会产生一个较大的感应电压，通过该二极管，给产生的感应电压提供一个回路，避免损坏继电器。当检测到A相断相的情况下，继电器K1动作的时候，主电源和辅助电源的B相都能调至A相，并且原来的B相仍有电；当检测到C相断相，继电器K4的动作原理和K1一样[5]；当继电器K2和K3同时动作的情况下，能够实现主电源A、B、C三相分别和辅助电源的A、B、C三相进行对换，从而实现主电源到辅助电源的切换，这种切换可以通过手动切换，或者当芯片检测到ABC三相其中有两相断相的情况下，自己进行切换。

4、软件流程设计

程序流程图

4.1、电压检测:

A\C相断相门限值：

电压断相发生门限值：80V

电压断相恢复门限值：90V

当采样回路电压低于电压断相发生门限值时，置这一路电压断相标志位。

B相断相门限值：

当AC相电压值同时在40~60V之间，则判断B相断相。恢复：A/C相有一相>90V，B相断相恢复。

4.2、按键检测：

4.2.1短按键处理：

1）手动模式：按“手动/自动”按键，主副继电器动作。“模式A/模式B”按键不起作用。

2）自动模式：按“模式A/模式B”用于切换A模式和B模式。短按“手动/自动”按键不起作用。置当前手动模式或者自动模式标志位。

4.2.2长按键处理：用于切换A模式和B模式，长按键时间要>3s。置当前A模式或者B模式标志位。

4.3继电器动作的逻辑判断:

单片机根据采集到的数据，对采集到的三相电压进行判断，看是否有发生断路的情况，然后发出相应的分闸、合闸、延时指令，经过接口电路，驱动继电器，使电源切换开关作相应的动作。

判断主回路电压是否都正常，正常则使用是主回路供电；主回路电压正常，判断副回路电压是否正常，正常则使用副回路供电，如果副回路也不正常判断是A模式还是B模式，A模式：判断主回路B相是否断相，主回路B相断相，则继续判断副回路B相是否断相，如果B相无断相，则使用副回路供电，如果是B相断相，则使用主回路供电。B模式：判断主回路是哪一相失压，A/C相失压，则进入主回路调相模式。如果是B相失压或者主回路两相断相，判断副回路电源电压，如果是A/C相失压，则进入副回路调相模式。

5、转换装置工作状态转换

采集终端取用两相电源，将两相固定接在装置的A、C输出端子上。本装置根据外部电源的情况，共有两种工作状态。正常工作状态和断线工作状态。

工作状态切换方式：

状态1：外部电源三相正常情况下，装置输出（ABC）*相。主用电源正常时默认使用主用电源；主用电源无电而备用电源正常情况下，切换到备用电源，装置输出（ABC）*。

状态2：外部电源在缺一相（该相断电）情况下，装置将另外两相调至输出的A*、C*端子。包括以下几种情况:1)外电源A相断线，将B相调至A*；外电源B相断线，将A、C相输出到A*、C*端子。C相断线，将B相调整至C*，装置仍然A*、C*端子输出。可以在外部电源断一相的情况下保证采集终端的正常工作，这是本装置的第二个创新点。

状态1和状态2之间通过微处理器发出信号，控制输出电路的继电器实现，具体过程见附图。

6、有益效果

采集终端自动切换装置的输入为用户主备两路计量PT三相电源100V，输出为三相100V或单相100V。

1、该装置的创新点之一为信号传递及控制过程均在切换装置内部完成，同时输入输出电源均通过该装置接入或引出。

2、在外部电源有电（缺一相）的情况下，保证采集终端正常的工作电源，避免非故障原因造成的终端停运。现场终端电源接线无法随外部电源改换而重接，终端只有等待用户外部电源再次切换到主用电源才能工作。

3、减少检修人员工作量。由于用户倒电，采集终端失去电源无法与主站通信。这种情况下终端不能采集数据，影响到正常的功能应用。采集系统主站判断终端出现“与主站联系不上”故障，检修人员必须到现场查明原因。采用该装置后，用户外部倒电，终端电源随之切换，正常工作。检修人员不需要到现场去。

4、装置体积小，安装方便。功耗较小（整机功耗<3W；<10VA）能够满足现场工作的要求。可安装于墙壁，或者计量柜内，不需要对用户配电房进行改造或者更换，节约投资。

参考文献

[1]刘利成，任民，张宏生.电力用户用电信息采集系统网络规划研究[J].安徽电力，2011，05（02）：28-29.

[2]陈琦，李小兵，曹敏，白宇峰.电力用户用电信息采集系统建设的研究与探讨[J].陕西电力，2011，09（06）：163-164.

[3]陈广利，陆曙.电源自动切换技术及其发展方向.冶金动力，第3期，（2004），13-15。

[4]马场请太郎，运算放大器应用电路设计.北京：科学出版社，2007，49-57.

[5]王兆安，黄俊.《电力电子技术》（第四版）.机械工业出版社，（2002），18～19。

作者简介：吴永浩，作者简介：吴永浩（1983-），男，汉族，宁夏吴忠人，2011年毕业于上海理工大学信号与信息处理专业，工程师，现主要从事电能计量方面的工作。