具有FTU馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器的应用研究

肇庆市南兴电力工程有限公司 陈耀泳

1 引言

目前，市场上的模拟断路器体积和重量较大，携带不便，需要220V 电源，现场试验需要配备发电机等设备，山地、丛林、农田等车辆无法直接到达的工作地点使用尤其不便，接线复杂，使用门槛高，不适用于现场工作。现有模拟断路器功能固定，参数不可调，不能用于模拟误动、拒动、延迟等各类断路器机械故障。且现有模拟断路器不具备试验数据记录和通信功能，不便于后期故障数据的收集、统计和分析[1]。还经常存在遥控不成功情况，主要原因为FTU 馈线终端遥控功能异常，因此对馈线终端遥控功能的检测和验证尤为重要。但是在设备投入现场运行后，出于供电可靠性压力，不能随意对运行设备进行实际分闸操作。此时需将开关控制器拆回仓库做试验，试验过后装回现场，控制器重量较重不便拆卸，需多人配合才能完成，拆装往返耗费时间很长，造成运维人员劳动强度大且工作效率低。

基于此，本文设计了一种具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器，实现在无须设备停电的方式下进行馈线终端遥控功能的试验，降低了停电造成的损失。携带方便，无须外部供电，提升了运维工作效率。采用单片机作为控制器，内部参数自定义，实现模拟断路器动作参数的灵活调整，同时可模拟各类断路器故障。具备试验数据自动记录和通信功能，提高了试验数据收集、统计和分析的效率[2]。

2 具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器的主要功能

一是具备ZigBee 通信接口、无线通信及遥控功能，能够远程通信，实现FTU 馈线终端基本的遥控试验。二是具备精确定位定时功能，自动生成、归类各种试验历史记录，并将试验数据上传至终端或服务器进行处理，便于数据的收集、统计和分析。三是具备故障自动报警功能，在系统运行异常时，可以及时报警，提醒作业人员立即赶往现场进行故障处理。四是具备时间校核功能，该模拟断路器能够实时校正系统时间，时刻与北京时间保持一致，方便事件准确记录。五是具备遥测功能，通过手持终端模拟断路器可以实现对配电线路上交直流电流、电压、功率等的数据测量，并在液晶显示屏上显示。六是具有合闸、分闸、储能三种功能。按下合闸、分闸、储能按键后，内部电路直接通过继电器向馈线终端反馈合闸位、分闸位和储能位信号，从而模拟真实断路器的手动操作。

3 具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器的结构设计及工作原理

3.1 该模拟断路器的整体结构设计

FTU 模拟断路器整体结构如图1所示。

手持终端模拟断路器似于遥控器，质量轻便、体积小巧、便于携带。主要由状态显示、事件记录、信息查询、参数设置、装置定值、运行维护等部分组成。其中，状态显示包含电压显示、电流显示、遥信状态三个模块，可以对系统运行的各种参数进行显示。

事件记录包含遥控记录、遥信记录、异常记录三个模块，可以对系统运行的各项工作事件实时记录，一旦发生故障时，可通过事件记录等对故障情况进行查看，详细了解故障信息，以便故障原因的准确查找并及时修复处理，提高生产效率，缩短故障停时，保证了系统的运行质量；信息查询包含板卡信息和通信信息两模块，可以对系统板卡、通信参数信息进行查询；参数设置包含网口设置、电池优化、串口设置、时间设置、遥信设置、规约设置、遥控设置、功率设置等八个模块，可以根据实际工况对系统各项运行参数的进行设定；定值设置包含保护定值、电压越限、重合闸值、开关参数等四个模块、通过定值设置可以使系统更加优质地运行；运行维护包含通信链接、通信设置、遥控操作、密码设置、复归位置等五个模块，通过各方位全面的维护，使手持终端模拟断路器更好应用于现场生产。

3.2 该模拟断路器的工作原理

进行手持终端遥控功能试验的流程如下，开关控制器对装置发出分闸、合闸及储能信号，输入模块对应继电器动作，核心控制单元（STM32F103）检测到输入继电器动作信号满足设定时间及判定逻辑，判定为接收到有效的控制信号。接着核心控制单元向通信模块发出信号，控制继电器吸合，对应继电器吸合，通过端子排及通信电缆向控制系统反馈分闸位、合闸位和储能位信号。通过操作矩阵按键（含分闸、合闸、储能三个功能键）进行手动操作时，信号检测流程为：按键分、合、储能键后，直接向核心控制单元（STM32F103）输入信号，信号处理及通信过程与通过控制器自动操作一致。模拟断路器手持终端有端子排与馈线终端的通信电缆进行连接[3]，内部有4G 通信模块用于无线通信。

信号输入输出的过程中，核心控制单元（STM32F103）通过4G 模块和ZigBee 通信接口对外进行通信，将数据记录通过RS485发送到FTU 馈线智能化终端上，可通过智能化终端查看实时运行信息和历史记录，或通过4G 通信模块将信息上传至服务器。同时接收控制信号对模拟断路器内部参数进行调整。FTU 手持终端模拟断路器工作原理如图2所示。

图2 FTU 手持终端模拟断路器工作原理

3.3 该模拟断路器的液晶显示单元

具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器的液晶显示单元采用3.0英寸的触摸屏，分辨率为330×250，FTU 模拟断路器触摸屏主要特征详见表1。

表1 FTU 模拟断路器触摸屏主要特征

4 该模拟断路器试验数据匹配算法流程

模拟断路器试验数据匹配算法流程如图3所示，内部预存现有所有设备台账信息，包含设备名称，定位坐标，历史记录等信息。开机工作时，每完成一次现场测试，连续获取当前定位坐标，当获取到连续稳定的位置坐标时，开始进入设备匹配过程，抽取台账内第一台设备信息，通过测试地坐标与台账设备坐标对比，计算出两点的距离。现场实际断路器安装于不同杆塔，相互距离基本在40m 以上，而北斗/GPS 定位精度在2.5m 以下[4]。因此设定条件为两点距离小于10m 时为匹配成功，自动将该条试验记录归类于此设备。若匹配不成功，则提取台账内下一台设备信息，重复以上计算匹配过程，直到匹配成功为止。若在台账中未找到能匹配的设备，则在台账中创建一台未命名设备。最后将试验记录进行本地存储和远程上传。结束后进入等待下一次检测过程。

图3 模拟断路器试验数据匹配算法流程

5 具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器的使用优势

一是该模拟断路器核心控制单元使用单片机作为控制芯片，矩阵按键的分、合闸和储能时长合开关状态变化延时可通过内部程序自定义，也可模拟真实断路器无法分闸、合闸、储能的故障状态。

二是该模拟断路器无须接入220V 市电，也无须外接发电机、蓄电池等外部电源，直接从端子排取得24V 直流电并通过降压稳压模块转换为5V 电源，为核心控制单元、继电器、驱动电路、定位及通信模块提供电源。并且针对不同厂家型号的馈线终端信号输出方式不同，可以通过电源切换开关自主选择遥信电源或者储能电源给模拟断路器供电。

三是该模拟断路器用于现场测试时，通过核心控制单元内采用的智能匹配与记录算法，将试验现场所在位置的定位坐标，与核心控制单元内部预先存储的馈线终端台账信息进行智能匹配，准确识别出被检测馈线终端的身份信息，并通过北斗授时获取时间，生成带时标的事件记录，自动将本次测试结果归并入该终端的历史试验记录中。

便携式模拟断路器体积小，重量轻，仅有手掌大小，携带方便，可以登上电力杆塔手持使用。在接收到馈线终端发出的合闸、分闸及储能信号后会判断输入信号是否满足设定时间及判定逻辑，若判定为接收到有效的控制信号，经延时后控制继电器动作，通过端子排向馈线终端反馈合闸位、分闸位和储能位信号，并通过所述模拟断路器矩阵按键的指示灯进行合闸位、分闸位和储能位的指示，具备FTU 馈线终端遥控试验所需的全部功能，可以完全模拟断路器的机械结构和逻辑功能。

6 结语

本文设计了一种具有FTU 馈线终端遥控功能的手持终端模拟断路器，采用单片机（STM32F103）作为核心控制单元，可以在线路不停电的情况下，进行馈线终端的现场遥控功能试验，实现模拟断路器动作参数的灵活调整的同时还可模拟各类断路器故障。解决现有模拟断路器携带不便，动作特性不可调，不具备数据记录及通信功能等问题。此外，该装置携带方便，无须外部供电，具备试验数据自动记录和通信功能，提高了试验数据收集、统计和分析的效率，大幅度改善了作业质量。